[摘要] 在巖溶地區(qū)修建隧道時，常遇到突水、涌泥等地質(zhì)災(zāi)害，對人員及財產(chǎn)造成重大的損失。本文將隧洞巖溶涌水突泥的成因分為地質(zhì)因素和工程因素兩大類，進(jìn)行了詳細(xì)的分析，針對不同涌水情況，提出了整治對策，為隧道涌水突泥災(zāi)害的分析、治理提供一定的參考。
[關(guān)鍵字] 隧道工程 涌水突泥 成因 整治措施
1 前言
隨著我國隧道、礦山、水利及其它地下工程建設(shè)的快速發(fā)展，遇到的工程地質(zhì)條件不斷復(fù)雜，面臨的問題也越來越有挑戰(zhàn)性，特別是高壓、富水區(qū)高埋深巖溶隧道面臨高壓突水、涌泥的危險，詳細(xì)地分析了成因，提出相應(yīng)措施，對隧道巖溶涌水災(zāi)害的防治具有很重大的意義。
2 成因分析
隧道巖溶突水的實質(zhì)是地下水原有的輸水網(wǎng)絡(luò)或存儲條件受到外界因素的影響而失去平衡而導(dǎo)致失穩(wěn)的現(xiàn)象，其影響因素眾多且復(fù)雜，但總體上可分為地質(zhì)因素和工程因素兩大類。
2.1 地質(zhì)因素
�。�1）地形地貌。從多個隧道建設(shè)中的突水實例調(diào)查發(fā)現(xiàn)，整個工程的地形地貌條件與突水的發(fā)生密切相關(guān)：地表巖溶洼地、溝槽地區(qū)為雨水等的匯集提供有利條件，而巖溶洼地、槽谷中的落水洞或漏斗使降雨轉(zhuǎn)入地下，成為地下水的補(bǔ)給區(qū)。在隧道橫斷面上，地形地貌可分平坦型、凸形、山谷正下方平行型、山谷側(cè)下平行型和單斜面型；在縱斷面上，地形地貌可分平坦型、凸型、橫貫河流型、盆地型和平凸型。在橫斷面地形類別中，山谷正下方平行型和側(cè)下平行型隧道的比突水量最大，凸型隧道的比突水量則最小。從縱剖面來看，橫貫河流型、盆地型和平凸型隧道的比突水量最大，平坦型和凸型隧道的比突水量則相對要小很多。從中可以看出，突水量的大小與地形地貌有較大的關(guān)系，在隧道前期勘察過程中應(yīng)多注意，盡避開可能發(fā)生突水的地段。
（2）地層巖性。大型突水災(zāi)害多發(fā)生在灰?guī)r、白云巖等可溶巖地層中，地層巖性越純、單層厚度越大則巖溶越發(fā)育，越易形成大型巖溶管道。在碳酸鹽巖中，除化學(xué)沉積，還有碎屑沉積，為發(fā)育大型含水巖溶管道創(chuàng)造了條件。長興組灰?guī)r中常沉積隧石結(jié)核，隧石結(jié)核和隧石條帶與灰?guī)r接觸界面附近易溶蝕，水流沿著此界面逐漸淘蝕，使結(jié)核孤立直至最終剝離。因此界面上易發(fā)育大量溶孔、小型溶洞，為巖溶的進(jìn)一步發(fā)育提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時巖層中的易溶特殊礦物成分在很大程度上可加速巖溶的發(fā)育，特殊物質(zhì)與水發(fā)生物理化學(xué)作用形成對碳酸巖有很強(qiáng)侵蝕性的巖溶水，導(dǎo)致溶蝕作用加劇，從而造成該地層深部含水巖溶管道的大量發(fā)育。
�。�3）地質(zhì)構(gòu)造。巖層構(gòu)造和褶皺形態(tài)對巖溶的發(fā)育影響很大，大量野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)在構(gòu)造強(qiáng)烈地區(qū)，薄層灰?guī)r與厚層灰?guī)r交界處往往易發(fā)育溶洞，因構(gòu)造強(qiáng)烈?guī)r層層面張開程度遠(yuǎn)大于節(jié)理裂隙面，為地下水滲流形成了良好的通道，較易形成大型含水構(gòu)造。在同一地層中，褶皺構(gòu)造的核部巖溶發(fā)育程度強(qiáng)于翼部，背斜傾伏端或向斜翹起端及各類褶皺構(gòu)造的轉(zhuǎn)折部分，巖層走向和傾向均發(fā)生改變。同時巖層彎曲產(chǎn)生的二次構(gòu)造應(yīng)力場導(dǎo)致巖體易破碎，更有利于巖溶的發(fā)育。從大型突水災(zāi)害事后揭露地質(zhì)情況來看，較為發(fā)育的破碎帶居多，如斷層破碎帶和節(jié)理密集帶、巖性接觸帶、可溶巖與不可溶巖接觸帶、巖漿接觸擠壓帶以及變質(zhì)接觸帶等等，其中大斷裂帶和區(qū)域性斷層附近發(fā)生的突水災(zāi)害尤其嚴(yán)重。
�。�4）巖溶動力分帶。巖溶水動力分帶與突水關(guān)系密切，尤其是垂向分帶。巖溶水動力垂向分帶分為表層巖溶帶、包氣帶、季節(jié)交替帶、淺飽水帶、壓力飽水帶和深部緩流帶。其中表層巖溶帶和包氣帶發(fā)生突水的概率最小，但巖溶洞穴充填物易塌陷；季節(jié)變化帶又稱過渡帶，在雨季期間可能產(chǎn)生自上而下的有壓突水、涌泥災(zāi)害；淺飽水帶處于巖溶含水層上部，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，一些水平洞穴、地下河主通道及一些大的充水溶洞、寬大的溶縫、溶潭和地下湖常發(fā)育于此帶，威脅到隧道施工突水，一般為有壓突水、突泥；壓力飽水帶主要位于暗河排水面以下、當(dāng)?shù)刂饕恿髋潘鶞?zhǔn)面影響帶以上的含水層中，很多特大型突水、突泥都出現(xiàn)在此帶；深部緩流帶是指飽水帶之下受當(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)面影響比較弱的含水帶，該帶巖溶發(fā)育較弱，但在大的構(gòu)造斷裂帶出亦可形成溶洞或溶蝕 斷裂帶，有時膏溶作用、混合溶蝕作用和古巖溶作用都能在深部形成溶洞，一般交通隧道不涉及此帶。
2.2 工程因素
影響巖溶突水的工程因素主要是開挖擾動和爆破振動。在隧道的施工過程中，施工工法、工藝均可能誘發(fā)巖溶水突出，甚至在注漿失效后也可能引起滯后型突水災(zāi)害。但從突水實例的統(tǒng)計來看，大多數(shù)突水均發(fā)生在施工爆破開挖后。因此可認(rèn)為開挖和爆破擾動是工程因素中最重要的影響因素。
3 整治措施
3.1 斷層突水治理
斷層揭露前一般巖溶水會在沿較明顯的弱面結(jié)構(gòu)涌出的可能，因此突水治理以斷層系統(tǒng)的封堵為原則，基于綜合物探手段的精細(xì)定位，充分借助隧道左右線和橫洞的空間位置實施未揭露斷層的超前預(yù)注漿治理，具體見圖1。探明導(dǎo)水?dāng)鄬訉傩院�，根�?jù)斷層規(guī)模及其于隧道位置關(guān)系，選擇雙洞掌子面預(yù)注漿或橫洞預(yù)注漿。在安全的前提下，掌子面預(yù)注漿盡量靠近斷層位置實施作業(yè)，但橫洞預(yù)注漿時，超前洞盡量遠(yuǎn)離斷層，并在橫洞口設(shè)置防水閘門，確保注漿實施安全。若導(dǎo)水?dāng)鄬右蛘`探或施工揭露發(fā)生大面積突（涌）水，則迅速在此實施超前預(yù)報，并側(cè)重超前鉆孔與鉆孔電視手段探明含導(dǎo)水構(gòu)造的性質(zhì)，實施分區(qū)劃段治理方案，對斷層影響范圍內(nèi)的滲水、滴水、淋水以及小股涌水實施分區(qū)劃段治理，對于斷層附近的突（涌）水則實施分流減壓控注漿治理。
3.2 巖溶管道突水治理
當(dāng)巖溶管道未揭露時，巖溶水沿管道衍生的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面涌出時，同樣實施分區(qū)劃段治理，快速封堵隧道附近的裂隙通道，為靠近掌子面實施深部圍巖的固注漿創(chuàng)造良好的工作條件。在掌子面前方固結(jié)灌漿的基礎(chǔ)上實施管道內(nèi)固結(jié)灌漿，截斷管道內(nèi)的水流，具體見圖2。若巖溶管道揭露突水時，一般為股狀大流量出水，此時適宜在引排減壓的條件下實施模袋注漿，后采用單孔多泵集中注漿或多孔多泵大流量控水注漿。
3.3 暗河突水治理
暗河突水水量大、持續(xù)性強(qiáng)，未揭露時采取局部預(yù)注漿或繞行的措施，若暗河在隧道上方則需施作分流導(dǎo)洞進(jìn)行排水，若暗河位于隧道底板則采用施作橋涵的方式通過，暗河預(yù)注漿時則一般需施作縱通道和橫通道，以保障引排水和施工安全需求，具體見圖3。若暗河不慎揭露后，只能以排放為原則實施被動治理，具體治理措施為：1）施作導(dǎo)流泄水洞，將大部分暗河水排至隧道外；2）固結(jié)并清理含水涌出物，改善施工條件和環(huán)境；3）對危險地段加強(qiáng)支護(hù)，尤其是突水突泥部位；4）分析與探測潛在突水位置與區(qū)域，實施封閉注漿，防止二次突水發(fā)生。
4 結(jié)語
隧道一旦發(fā)生突水災(zāi)害，對施工人員甚至整個隧洞造成重大的影響，因此施工前應(yīng)通過各種手段查清是否存在巖溶條件，預(yù)先采取措施，在施工過程中結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報等手段，及早發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的突水災(zāi)害，通過判斷突水類型，采用相應(yīng)措施，治理突水，避免災(zāi)害的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)
[1] 姜云，王蘭生.深埋長大公路隧道高地應(yīng)力巖爆和巖溶涌突水問題及對策[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002，21（9）：1319-1323.
[2] 劉招偉，何滿潮，王樹仁.圓梁山隧道巖溶突水機(jī)理及防治對策研究[J].巖土力學(xué)，2006，27（2）：228-236.
[3] 顧義磊，李曉紅，趙瑜，任松.通渝隧道涌突泥成因分析[J].巖土力學(xué)，2006，26（6）：920-923.
[關(guān)鍵字] 隧道工程 涌水突泥 成因 整治措施
1 前言
隨著我國隧道、礦山、水利及其它地下工程建設(shè)的快速發(fā)展，遇到的工程地質(zhì)條件不斷復(fù)雜，面臨的問題也越來越有挑戰(zhàn)性，特別是高壓、富水區(qū)高埋深巖溶隧道面臨高壓突水、涌泥的危險，詳細(xì)地分析了成因，提出相應(yīng)措施，對隧道巖溶涌水災(zāi)害的防治具有很重大的意義。
2 成因分析
隧道巖溶突水的實質(zhì)是地下水原有的輸水網(wǎng)絡(luò)或存儲條件受到外界因素的影響而失去平衡而導(dǎo)致失穩(wěn)的現(xiàn)象，其影響因素眾多且復(fù)雜，但總體上可分為地質(zhì)因素和工程因素兩大類。
2.1 地質(zhì)因素
�。�1）地形地貌。從多個隧道建設(shè)中的突水實例調(diào)查發(fā)現(xiàn)，整個工程的地形地貌條件與突水的發(fā)生密切相關(guān)：地表巖溶洼地、溝槽地區(qū)為雨水等的匯集提供有利條件，而巖溶洼地、槽谷中的落水洞或漏斗使降雨轉(zhuǎn)入地下，成為地下水的補(bǔ)給區(qū)。在隧道橫斷面上，地形地貌可分平坦型、凸形、山谷正下方平行型、山谷側(cè)下平行型和單斜面型；在縱斷面上，地形地貌可分平坦型、凸型、橫貫河流型、盆地型和平凸型。在橫斷面地形類別中，山谷正下方平行型和側(cè)下平行型隧道的比突水量最大，凸型隧道的比突水量則最小。從縱剖面來看，橫貫河流型、盆地型和平凸型隧道的比突水量最大，平坦型和凸型隧道的比突水量則相對要小很多。從中可以看出，突水量的大小與地形地貌有較大的關(guān)系，在隧道前期勘察過程中應(yīng)多注意，盡避開可能發(fā)生突水的地段。
（2）地層巖性。大型突水災(zāi)害多發(fā)生在灰?guī)r、白云巖等可溶巖地層中，地層巖性越純、單層厚度越大則巖溶越發(fā)育，越易形成大型巖溶管道。在碳酸鹽巖中，除化學(xué)沉積，還有碎屑沉積，為發(fā)育大型含水巖溶管道創(chuàng)造了條件。長興組灰?guī)r中常沉積隧石結(jié)核，隧石結(jié)核和隧石條帶與灰?guī)r接觸界面附近易溶蝕，水流沿著此界面逐漸淘蝕，使結(jié)核孤立直至最終剝離。因此界面上易發(fā)育大量溶孔、小型溶洞，為巖溶的進(jìn)一步發(fā)育提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時巖層中的易溶特殊礦物成分在很大程度上可加速巖溶的發(fā)育，特殊物質(zhì)與水發(fā)生物理化學(xué)作用形成對碳酸巖有很強(qiáng)侵蝕性的巖溶水，導(dǎo)致溶蝕作用加劇，從而造成該地層深部含水巖溶管道的大量發(fā)育。
�。�3）地質(zhì)構(gòu)造。巖層構(gòu)造和褶皺形態(tài)對巖溶的發(fā)育影響很大，大量野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)在構(gòu)造強(qiáng)烈地區(qū)，薄層灰?guī)r與厚層灰?guī)r交界處往往易發(fā)育溶洞，因構(gòu)造強(qiáng)烈?guī)r層層面張開程度遠(yuǎn)大于節(jié)理裂隙面，為地下水滲流形成了良好的通道，較易形成大型含水構(gòu)造。在同一地層中，褶皺構(gòu)造的核部巖溶發(fā)育程度強(qiáng)于翼部，背斜傾伏端或向斜翹起端及各類褶皺構(gòu)造的轉(zhuǎn)折部分，巖層走向和傾向均發(fā)生改變。同時巖層彎曲產(chǎn)生的二次構(gòu)造應(yīng)力場導(dǎo)致巖體易破碎，更有利于巖溶的發(fā)育。從大型突水災(zāi)害事后揭露地質(zhì)情況來看，較為發(fā)育的破碎帶居多，如斷層破碎帶和節(jié)理密集帶、巖性接觸帶、可溶巖與不可溶巖接觸帶、巖漿接觸擠壓帶以及變質(zhì)接觸帶等等，其中大斷裂帶和區(qū)域性斷層附近發(fā)生的突水災(zāi)害尤其嚴(yán)重。
�。�4）巖溶動力分帶。巖溶水動力分帶與突水關(guān)系密切，尤其是垂向分帶。巖溶水動力垂向分帶分為表層巖溶帶、包氣帶、季節(jié)交替帶、淺飽水帶、壓力飽水帶和深部緩流帶。其中表層巖溶帶和包氣帶發(fā)生突水的概率最小，但巖溶洞穴充填物易塌陷；季節(jié)變化帶又稱過渡帶，在雨季期間可能產(chǎn)生自上而下的有壓突水、涌泥災(zāi)害；淺飽水帶處于巖溶含水層上部，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，一些水平洞穴、地下河主通道及一些大的充水溶洞、寬大的溶縫、溶潭和地下湖常發(fā)育于此帶，威脅到隧道施工突水，一般為有壓突水、突泥；壓力飽水帶主要位于暗河排水面以下、當(dāng)?shù)刂饕恿髋潘鶞?zhǔn)面影響帶以上的含水層中，很多特大型突水、突泥都出現(xiàn)在此帶；深部緩流帶是指飽水帶之下受當(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)面影響比較弱的含水帶，該帶巖溶發(fā)育較弱，但在大的構(gòu)造斷裂帶出亦可形成溶洞或溶蝕 斷裂帶，有時膏溶作用、混合溶蝕作用和古巖溶作用都能在深部形成溶洞，一般交通隧道不涉及此帶。
2.2 工程因素
影響巖溶突水的工程因素主要是開挖擾動和爆破振動。在隧道的施工過程中，施工工法、工藝均可能誘發(fā)巖溶水突出，甚至在注漿失效后也可能引起滯后型突水災(zāi)害。但從突水實例的統(tǒng)計來看，大多數(shù)突水均發(fā)生在施工爆破開挖后。因此可認(rèn)為開挖和爆破擾動是工程因素中最重要的影響因素。
3 整治措施
3.1 斷層突水治理
斷層揭露前一般巖溶水會在沿較明顯的弱面結(jié)構(gòu)涌出的可能，因此突水治理以斷層系統(tǒng)的封堵為原則，基于綜合物探手段的精細(xì)定位，充分借助隧道左右線和橫洞的空間位置實施未揭露斷層的超前預(yù)注漿治理，具體見圖1。探明導(dǎo)水?dāng)鄬訉傩院�，根�?jù)斷層規(guī)模及其于隧道位置關(guān)系，選擇雙洞掌子面預(yù)注漿或橫洞預(yù)注漿。在安全的前提下，掌子面預(yù)注漿盡量靠近斷層位置實施作業(yè)，但橫洞預(yù)注漿時，超前洞盡量遠(yuǎn)離斷層，并在橫洞口設(shè)置防水閘門，確保注漿實施安全。若導(dǎo)水?dāng)鄬右蛘`探或施工揭露發(fā)生大面積突（涌）水，則迅速在此實施超前預(yù)報，并側(cè)重超前鉆孔與鉆孔電視手段探明含導(dǎo)水構(gòu)造的性質(zhì)，實施分區(qū)劃段治理方案，對斷層影響范圍內(nèi)的滲水、滴水、淋水以及小股涌水實施分區(qū)劃段治理，對于斷層附近的突（涌）水則實施分流減壓控注漿治理。
3.2 巖溶管道突水治理
當(dāng)巖溶管道未揭露時，巖溶水沿管道衍生的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面涌出時，同樣實施分區(qū)劃段治理，快速封堵隧道附近的裂隙通道，為靠近掌子面實施深部圍巖的固注漿創(chuàng)造良好的工作條件。在掌子面前方固結(jié)灌漿的基礎(chǔ)上實施管道內(nèi)固結(jié)灌漿，截斷管道內(nèi)的水流，具體見圖2。若巖溶管道揭露突水時，一般為股狀大流量出水，此時適宜在引排減壓的條件下實施模袋注漿，后采用單孔多泵集中注漿或多孔多泵大流量控水注漿。
3.3 暗河突水治理
暗河突水水量大、持續(xù)性強(qiáng)，未揭露時采取局部預(yù)注漿或繞行的措施，若暗河在隧道上方則需施作分流導(dǎo)洞進(jìn)行排水，若暗河位于隧道底板則采用施作橋涵的方式通過，暗河預(yù)注漿時則一般需施作縱通道和橫通道，以保障引排水和施工安全需求，具體見圖3。若暗河不慎揭露后，只能以排放為原則實施被動治理，具體治理措施為：1）施作導(dǎo)流泄水洞，將大部分暗河水排至隧道外；2）固結(jié)并清理含水涌出物，改善施工條件和環(huán)境；3）對危險地段加強(qiáng)支護(hù)，尤其是突水突泥部位；4）分析與探測潛在突水位置與區(qū)域，實施封閉注漿，防止二次突水發(fā)生。
4 結(jié)語
隧道一旦發(fā)生突水災(zāi)害，對施工人員甚至整個隧洞造成重大的影響，因此施工前應(yīng)通過各種手段查清是否存在巖溶條件，預(yù)先采取措施，在施工過程中結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報等手段，及早發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的突水災(zāi)害，通過判斷突水類型，采用相應(yīng)措施，治理突水，避免災(zāi)害的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)
[1] 姜云，王蘭生.深埋長大公路隧道高地應(yīng)力巖爆和巖溶涌突水問題及對策[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002，21（9）：1319-1323.
[2] 劉招偉，何滿潮，王樹仁.圓梁山隧道巖溶突水機(jī)理及防治對策研究[J].巖土力學(xué)，2006，27（2）：228-236.
[3] 顧義磊，李曉紅，趙瑜，任松.通渝隧道涌突泥成因分析[J].巖土力學(xué)，2006，26（6）：920-923.
