永吉高速公路突水涌泥风险分析及控制措施研究

钟 君

(湖南路桥建设集团公司，湖南长沙 410004)

0 引言

我国岩溶地区分布广泛，在铁路、公路、水利和矿井建设过程中，难免不会遇见岩溶突水问题。一般情况下，构造富水带或渗流击穿隧洞壁而产生的水流泥流称为突水涌泥现象［1］。突水是指水流量大于0.1 m3/s，而涌泥是指地下水含泥沙超过50%。隧道岩溶突水不仅仅对人生命安全和财产的破坏，还会产生环境的污染［2，3］。

岩溶隧道施工过程中诱发突水涌泥的因素很多，一般包含自然因素和人为的技术因素。因此，在遇到岩溶地质条件时，通常采用施工前期勘测，风险评估，施工过程处置相结合的方法［4－6］。隧道岩溶突水也一直被认为是世界性的工程难题，国内外许多学者对突水机理这一难题进行了大量研究。

1 突水涌泥因素和危害

1.1 突水涌泥因素

岩溶隧道施工过程中常常出现突水涌泥的现象，一般主要有以下两个因素组成:

1)自然因素:隧道埋深、地质条件、隧道长度、暴雨、地震等;

2)技术因素:地质勘察、设计和施工等技术原因。

1.2 突水涌泥危害

岩溶突水涌泥常常造成隧道施工和隧道运营巨大的损害，其表现形式如下:

1)在隧道施工阶段，突水具有发生几率高、突发性强且突水量大的特点。在突水过程中，因伴随大量的泥沙，常常冲毁设备，造成人员伤亡和财产损失。

2)隧道突水涌泥常常带走大量的泥沙，导致岩土体内部形成空洞，在自重应力作用下，地表产生塌陷和沉降。

3)岩溶突水常常带走大量的水，使得隧道周边地下水位、地表河流水位下降。

4)突水过程中被环境污染的水直接排入周边，引起地表水和地下水的污染。

基于此，隧道岩溶突水不仅仅对人生命安全和财产的破坏，还会产生环境的污染。因此，开展隧道岩溶突水安全风险评估及控制措施研究，具有深远的实际意义。

2 突水涌泥风险分析

隧道突水涌泥的发生主要受隧址区的地质构造、地层岩性、水文地质因素、岩溶地貌等条件的控制。本项目隧道地质条件复杂，岩性不均匀，差别较大;含水层较多，含水量极为丰富，遂址区存在几条断层破碎带，影响范围大，附近岩溶裂隙比较发育，岩体破碎，其中发育个赋水带、断裂构造、岩溶通道及陷落松散体附近极有可能相互连通，成为地下水的通道，极易产生突水涌泥。

2.1 断层破碎带处突水涌泥风险分析

永吉高速公路隧道断层分布于A1线六月田隧道A1K109+580～620，主要存在F4断层，岩石裂隙发育，岩体破碎，局部岩溶强烈发育，岩石自稳能力差，容易发生突水涌泥现象。

2.2 膨胀性围岩段突水涌泥风险分析

K线猫儿庵隧道:K130+710附近为页岩和板岩的交界面，岩质较软，较破碎，地下水活动频繁，对围岩稳定性不利，隧道开挖后可能会产生较大的涌水，甚至突水。

2.3 岩溶区突水涌泥风险分析

2.3.1 比条隧道、A1线比条隧道

K106+120～160、K106+740～790该段地处缓坡，地下水主要为岩溶裂隙水，水位埋深大，雨季可能产生滴水状或淋雨状渗水，甚至出现突水。洞口坡面汇水较大，易被冲涮，应加强排水。K106+160～240、K106+680～740该段地势较陡，地下水主要为岩溶裂隙水，水位一般埋藏较深，但因局部岩溶裂隙或溶洞发育，雨季大气降水丰富，洞顶洞壁将产生滴水状或淋雨状渗水，甚至出现突水和涌泥。K106+240～680该段地形起伏较大，地下水主要为岩溶裂隙水，水位一般埋藏较深，但因局部岩溶裂隙或溶洞发育，雨季大气降水丰富，洞顶洞壁将产生滴水状或淋雨状渗水，甚至出现突水和涌泥。

2.3.2 务西作隧道

K108+480～520和K108+520～630该段地势较陡，地下水主要为岩溶裂隙水，水位一般埋藏较深，但因局部岩溶裂隙或溶洞发育，雨季大气降水丰富，洞顶洞壁将产生滴水状或淋雨状渗水，甚至出现突水和涌泥。

2.3.3 那丘Ⅱ号隧道

ZK112+120～ZK113+500隧道围岩均为微风化灰岩，岩质坚硬，岩体较完整～较破碎，其稳定性较好，一般难产生坍塌，但在局部可能产生掉块局部岩溶裂隙或溶洞发育，雨季大气降水丰富，洞顶洞壁将产生滴水状或淋雨状渗水，甚至出现突水和涌泥。

2.3.4 A2芙蓉镇隧道

A2K117+890 ～970、A2YK117+890 ～970，地形低凹，为农田，且埋置较浅，施工存在突水和涌泥风险。

2.3.5 罗依溪隧道

ZK126+755～ZK126+870和YK126+680～YK126+880该段为隧道洞深段，围岩主要为寒武系清虚洞组页岩，属于软质岩类，节理裂隙发育，岩石抗风能力差。ZK126+870～ZK127+050、YK126+880～YK127+095围岩主要为寒武系清虚洞组泥灰岩，页岩与泥灰岩之间应该注意界面附近的稳定性，施工存在突水和涌泥风险。ZK127+050～ZK127+120、YK127+095～YK127+165该段位隧道出口段，围岩主要以寒武系耙榔组的页岩为主、局部夹泥质页岩，中风化，岩质为软质岩类，节理裂隙发育，岩体较破碎，多呈块状，岩石抗风化能力差，同时一组节理与隧道走向呈大角度相交，为顺向坡，施工存在突水和涌泥风险。

2.3.6 A1线务西作隧道

AK108+300～410该段地势较缓，地下水主要为岩溶裂隙水，水位一般埋藏较深，但因局部岩溶裂隙或溶洞发育，雨季大气降水丰富，洞顶洞壁将产生滴水状或淋雨状渗水，甚至出现突水和涌泥。AK108+410～700该段地形起伏较大，地下水主要为岩溶裂隙水，水位一般埋藏较深，但因局部岩溶裂隙或溶洞发育，雨季大气降水丰富，洞顶洞壁将产生滴水状或淋雨状渗水，甚至出现突水和涌泥。AK108+700～740该段地势较陡，地下水主要为岩溶裂隙水，水位一般埋藏较深，但因局部岩溶裂隙或溶洞发育，雨季大气降水丰富，洞顶洞壁将产生滴水状或淋雨状渗水，甚至出现突水和涌泥。

2.3.7 A1线六月田隧道

AK109+090 ～120、AK109+120 ～500、AK109+500 ～560、AK109+560 ～640、AK109+640 ～740、AK109+740～930和AK109+930～960地下水主要为岩溶裂隙水，水位一般埋藏较深，但因局部岩溶裂隙或溶洞发育，雨季洞顶洞壁将产生滴水状或淋雨状渗水，甚至出现突水和涌泥。

3 突水涌泥的处治措施

针对特殊地段可采取如下综合治理措施:

1)通过岩溶地区的隧道，在结合地勘成果，采用地质雷达、TSP、超前探水等超前探测手段探明溶洞特征的基础上，根据具体情况采用溶洞全断面加固，按较小的溶洞直径和较大的洞身外深度的规模进行治理。或采用跨越、引排截留岩溶水、清除或加固充填物、回填夯实、封闭地表塌陷、疏排地表水以及迂回导坑绕过溶洞等方法进行综合治理。

2)采用增加注浆区长度、提高浆液强度、添加掺加剂或封堵水源的方法处置隧道通过断层破碎带或涌水地段。

3)对于穿越采空区的部分，可根据采空区的分布范围、大小、深度、积水及其上覆岩层的稳定情况，采取加固、回填、疏排水等综合处治措施。建议设计单位根据地勘资料显示情况，设计相应的加固措施，建议增加监测方案，通过监控量测反馈对加固措施进行修正。

4 结论

永吉高速公路沿线地下水主要为岩溶裂隙水，水位埋深大，雨季可能产生滴水状或淋雨状渗水，容易出现突水现象。A1线六月田隧道A1K109+580～620处存在F4断层，岩石裂隙发育，岩体破碎，局部岩溶强烈发育，岩石自能力差，容易发生突水涌泥现象。K130+710附近为页岩和板岩的交界面，岩质较软，较破碎，地下水活动频繁，对围岩稳定性不利，隧道开挖后可能会产生较大的涌水，甚至突水。应注意综合防范。

［1］张民庆，刘招伟.圆梁山隧道岩溶突水特征分析［J］.岩土工程学报，2005，27(4):421 ～426.

［2］黄润秋，王贤能，陈龙生.深埋隧道涌水过程的水力劈裂作用分析［J］.岩石力学与工程学报，2000，19(9):573 ～576.

［3］白明洲，许兆义，王 锰.长大隧道施工过程中突水突泥灾害预测预报技术研究［J］.公路交通科技，2005，22(6):123～126.

［4］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.

［5］顾义磊，李晓红，赵 瑜，等.通渝隧道涌突泥成因分析［J］.岩土力学，2005，26(6):920 ～923.

［6］张金才，张玉卓，刘天泉.岩体渗流与煤层底板突水［M］.北京:地质出版社，1997.