浅谈隧道工程涌水突泥成因及预防整治措施

浅谈隧道工程涌水突泥成因及预防整治措施
摘要：隧道突水、涌泥为仅次于坍方的等地质灾害，对人员及财产造成重大的
损失。

本文对突泥、涌水原因进行了详细的分析，根据不同成因，提出了预防和
整治对策，为隧道涌水突泥灾害的分析、治理提供一定的参考。

关键字：隧道工程涌水突泥成因预防整治措施
1 前言
随着我国隧道、矿山、水利及其它地下工程建设的快速发展，遇到的工程地
质条件不断复杂，面临的问题也越来越有挑战性，特别是高压、富水区高埋深岩
溶隧道面临高压突泥、涌水的危险，本人在工作过程中，多次遇到突泥涌水事故，结合工作经验，对突泥涌水成因进行详细地分析，提出相应措施，对隧道突泥、
涌水灾害的防治具有很重大的意义。

2 成因分析
隧道涌水的实质是地下水原有的输水网络或存储条件受到外界因素的影响而
失去平衡而导致失稳的现象，其影响因素众多且复杂，但隧道涌水主要是因为大
量的压力水存在，即一是富水，水量大，二是水有压力，即水头在隧道开挖面上方，这是形成涌水的两个必要条件。

压力水来源主要有承压水层、断层裂隙水、溶洞积水、暗河、地表水经裂隙
补充、煤系地层中的老窖水及矿山老积水等；突泥造成的主要不良地质为位于岩
溶发育地区的溶洞以及围岩中软弱夹层和淤泥带、煤矿采空区和其他矿洞积存的
淤泥带、富水断层破碎带。

突泥涌水聚集在岩层中积聚了一定能量，由于超前探
测手段不及时，未进行有效的排放消除积聚的能量，在隧道开挖过程中，因为坚
硬的不透水层逐步减少，当不透水层承压能力少于水头压力时，不透水层被破坏，大量的水在压力作用下短时间突出，就造成涌水；当水中夹杂大量软弱填充物时，就形成突泥。

当隧道施工时存在以上情况时，必须要高度重视，要探明开挖掌子面前方实
际情况，制定专项方案才能施工。

3 整治措施
3.1预防措施
隧道突泥涌水爆发时速度特别快（本人施工的云南大五山引水隧道曾爆发三
次突泥涌水事故，其速度为15m/s），一旦爆发，人员根本来不及撤离，会带来
人员伤害及大量财产损失，因此对突泥涌水主要是预防为主。

预防手段主要有以
下几种
1）超前地质预报：地质预报可采用开挖面地质素描、TSP203地震反射法、HSP水平声波反射法、地质雷达、红外探水等，对围岩的破碎和富水程度进行预
测和验证，及时进行信息收集、处理、反馈，以调整施工方案和施工方法。

如用
于探测隧道前方含水体，红外探水操作简单，测量快速，相对其他物探技术而言，基本不占用生产时间，而在后期数据处理上也简便快捷，准确率高，应用较多。

超前预报必须纳入日常施工管理，以超前预报结果来指导施工。

2）超前探孔：超前探孔一般分为30米长管棚超前探孔及每循环作业过程中
加深炮孔。

30米长管棚探孔每次施做30米，搭接5米，加深炮孔每次施做5米，每循环施做。

长管棚和钻孔一般布置在拱顶和两腰，均要有一定的外插角。

探孔过程中要详细记录岩层软硬程度、含水量变化，水有无压力、有无夹带
软弱填充物等。

地质观察：与弹性波法、地质雷达等较复杂的地质预报相比，简单而又实用的地质观察显得更为重要和直观，同时也是验证和提高其他预测方法的准确性的最直接的方法。

地质观察可以直观的描述掌子面岩层稳定性，其中比较重要的是对例掌子面水的观察，大体上应从四个方面加强观测，即水源、水量、水分和水的位置。

例如在作业过程中，如发现钻孔中有出水量比较大或水在压力下涌出，同时水中夹杂软物质，此时一定要注意，这是突泥涌水的前兆，必须采取措施探明前方是否富水，是否有富水破碎带；采取必要的加固、堵水措施后才能继续施工。

3.2对已经探明的可能发生突泥涌水地层采取的超前预加固措施
探明压力水会在沿较明显的弱面结构涌出的可能，因此突水治理以开挖面以外封堵为原则，基于综合物探手段的精细定位，探明导水断层属性后，根据断层规模及其于隧道位置关系，采取恰当措施进行预加固措施。

1）对水头在隧道上方的承压水层、溶洞积水、富水断层破碎带等，充分借助隧道左右线和横洞的空间位置实施未揭露断层的超前预注浆治理，主要为全断面封堵帷幕注浆。

选择双洞掌子面预注浆或横洞预注浆。

在安全的前提下，掌子面预注浆尽量靠近断层位置实施作业，但横洞预注浆时，超前洞尽量远离断层，并在横洞口设置防水闸门，确保注浆实施安全。

若导水断层因误探或施工揭露发生大面积突（涌）水，则迅速在此实施超前预报，并侧重超前钻孔与钻孔电视手段探明含导水构造的性质，实施分区划段治理方案，对断层影响范围内的渗水、滴水、淋水以及小股涌水实施分区划段治理，对于断层附近的突（涌）水则实施分流减压控注浆治理。

单掌子面全断面封堵帷幕注浆时，在掌子面中下部位置一定要施做1~2根带闸阀的排水管，以保证安全。

施做大管棚一般采用水平地质钻机，围岩稳定性较好的，可以钻孔后按照管棚；若围岩稳定性不好，成孔差，则需要在钢管上车正反丝扣，固定钻头直接打入，每根管棚需要耗费一个钻头。

为避免管棚侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不相撞和立交，钻孔时必须有一定的外插角，钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在1°～1.5°，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20cm～30cm。

管棚施工完毕后要进行注浆作业，管棚注浆顺序原则上遵循着“先外后内”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”的原则，跳孔进行注浆施工，开始时注浆的浆液浓度要低一些，逐渐加浓至设计浓度。

注浆必须达到一定的压力，保证浆液扩散后形成一定厚度的保护层。

注浆完成后要对注浆效果进行检验，达到效果后才能继续施工。

2）对于探明补水量不大的溶洞积水、煤矿和其他矿洞积水，可采取定向打大口径排水钢管，用阀门控制将积水导出，辅助洞内注浆加固措施，此措施费用较低，安全性也较高，但只适用于无补给水源的情况。

针对岩溶管道还可以在掌子面前方固结灌浆的基础上实施管道内固结灌浆，截断管道内的水流。

若岩溶管道揭露突水时，一般为股状大流量出水，此时适宜在引排减压的条件下实施模袋注浆，后采用单孔多泵集中注浆或多孔多泵大流量控水注浆。

3）暗河突水治理
暗河突水水量大、持续性强，未揭露时采取局部预注浆或绕行的措施，若暗河在隧道上方则需施作分流导洞进行排水，若暗河位于隧道底板则采用施作桥涵的方式通过，暗河预注浆时则一般需施作纵通道和横通道，以保障引排水和施工安全需求。

若暗河不慎揭露后，只能以排放为原则实施被动治理，具体治理措施
为：1）施作导流泄水洞，将大部分暗河水排至隧道外；2）固结并清理含水涌出物，改善施工条件和环境；3）对危险地段加强支护，尤其是突水突泥部位；4）
分析与探测潜在突水位置与区域，实施封闭注浆，防止二次突水发生。

4）对有地表水补充的浅埋段治理
除隧道内超前管棚注浆加固外，可根据实际情况采取地表径流改移、地表加
固等措施。

3.3对发生突泥涌水后处理措施
发生突泥涌水事故后，应等待涌水减少或停止、突出体稳定后再采取处理措施，不能盲目的急于施工，避免次生事故造成二次伤害。

涌水停止或减少后排水
对掌子面封堵注浆加固后即可施工。

对突泥事故，应根据突泥数量，采取改线、
清除突泥后（清除时必须时刻观察稳定性，要距发生突泥时掌子面一段距离，此
有成功经验，云南省引牛栏江入滇池引水工程大五山隧道突泥300多米，清理突
出体至最后5米左右，采取全断面封堵管棚注浆加固后成功度过该段岩层，但此
法具有一定的风险性，要综合考虑）全断面封堵管棚注浆等措施。

总之要根据实际情况，制定专项方案后施工。

4 结语
隧道一旦发生突水灾害，对施工人员甚至整个隧洞造成重大的影响，除直接
伤害外，还可能造成触电、物体打击等其他伤害。

因此施工前应通过各种手段查
清是否存在岩溶条件，预先采取措施，在施工过程中结合超前地质预报等手段，
及早发现可能出现的突水灾害，通过判断突水类型，采用相应措施，治理突水，
避免灾害的发生。

同时施工时要做好应急预案和储备好应急物资，要严格按照制
定的专项方案施工，才能避免事故的发生及将事故的损害降低到最低。

参考文献：
[1] 姜云，王兰生.深埋长大公路隧道高地应力岩爆和岩溶涌突水问题及对策[J].岩石力学与工程学报，2002，21（9）：1319-1323.
[2] 刘招伟，何满潮，王树仁.圆梁山隧道岩溶突水机理及防治对策研究[J].岩土力学，2006，27（2）：228-236.
[3] 顾义磊，李晓红，赵瑜，任松.通渝隧道涌突泥成因分析[J].岩土力学，2006，26（6）：920-923.。