岩溶隧道修建水害风险评估及其防治对策探讨

刘　丽　刘　群

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　500081)

岩溶隧道修建水害风险评估及其防治对策探讨

刘丽刘群

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳500081)

摘要以万利高速公路长安寨隧道为工程背景，综合考虑岩组岩性、地质构造、岩溶水动力分带和地形地貌等因素，运用层次分析法和模糊综合评判理论对岩溶隧道水害风险进行评估，确定了岩溶隧道水害风险等级，并根据风险等级制定了岩溶水害防治对策。

关键词岩溶隧道风险评估防治对策

1长安寨隧道岩溶发育规律

1.1工程概况

长安寨隧道位于重庆市万州区长滩镇南侧，距离赶场镇约4km，隧址区无公路相通，交通不便。隧道进口段位于冲沟的左侧，斜坡坡度为22°～30°，高程294～340m，相对高差46m。K线隧道出口段位于河流槽谷的左侧，高程297～316m，斜坡坡度39°～41°，局部成陡坎，相对高差19m。隧道最大埋深221.31m。长安寨隧道纵断面图见图1。

1.2岩溶发育主控因素

岩溶发育主要受岩组岩性、地质构造、地下水动力分带，以及地形地貌等地质因素的控制[1]。

1.3长安寨隧道岩溶发育规律

1.3.1岩组岩性

长安寨隧道隧址区分布地层主要为第四系崩积层，侏罗系中统新田沟组砂岩、页岩、泥岩，侏罗系中下统自流井组灰岩、页岩，侏罗系下统珍珠冲组泥岩、三叠系上统须家河组砂岩，三叠系中统巴东组一段页岩、灰岩、泥灰岩，二段页岩、泥灰岩、砂岩及三段泥页岩、灰岩、砂岩，三叠系下统嘉陵江组灰岩。围岩岩性主要为灰岩夹泥灰岩、泥灰岩夹页岩、页岩夹泥灰岩、页岩夹砂岩、泥岩、砂岩。节理裂隙较为发育。

1.3.2地质构造

长安寨隧道穿越方斗山冲断背斜和自生桥逆断层。与断层的交角约85°，近于正交。

1.3.3水文地质条件

长安寨隧道隧址区各含水岩组的构造裂隙发育，奠定了地下水径流、排泄的基础，丰沛的大气降水、地表水体及溪沟，有利于地下水的补给，相对来说，地下水循环交替作用明显。

1.3.4地下水动态变化

根据水文地质调查，路段区分布的碎屑岩类裂隙孔隙水的补给、径流及排泄方式和排泄条件，决定了该类地下水的动态变化严格受补给条件的时空变化所控制。

2岩溶隧道修建水害风险评估

2.1长安寨隧道主要岩溶灾害

长安寨隧道岩溶可能突水段主要位于嘉陵江碳酸盐岩段。隧址区位于岩溶中等发育带，地下岩溶形态以溶洞、暗河为主，存在岩溶管道，含水介质大致可视为非均质各向异性，这种不均一性的存在，必然导致在局部地段产生突水、突泥、塌陷等风险，从而给隧道施工带来影响和危害。根据调查，地表岩溶区内岩溶发育和地下水富集都受断层、褶皱或可溶岩与非可溶岩接触带控制。长安寨隧道岩溶均易产生突水、突泥、塌陷等工程地质问题，地表溶洞、落水洞、漏斗等岩溶现象较发育。

2.2水害风险等级划分

根据岩溶隧道水害风险影响主控因素，利用层次分析方法、模糊数学基本原理[2]，综合衡量岩溶水害可能带来的后果，把岩溶隧道修建水害风险评估等级分为高、较高、中等、很小4个等级(I～IV级)。其中，I级风险评估等级最高，IV级风险评估等级最低。岩溶隧道修建水害风险评估等级划分依据和风险接受准则分别见表1和2。

表1　岩溶隧道水害风险评估等级

表2　岩溶隧道水害风险接受准则

2.3长安寨隧道K36+020～K36+080段水害风险评估

(1) 评估矩阵

(2) 各指标的权重

A(B2)=(0.588, 0.322, 0.090)T

(3) 风险评估。目标层A的隶属度为：B=(0.2970.2520.3040.164)。

根据最大隶属度原则，可以判定出长安寨隧道K36+020～K36+080处突水风险等级为II级，突水突泥风险等级为中等，可能发生100～1 000m3/h的中-小型突水突泥灾害，风险水平有条件接受，工程有必要进一步实施预防措施以提高安全性。

3岩溶隧道突水防治对策

根据岩溶隧道水害风险评估等级，制定以下几种防治对策[3]：

(1) 重视超前地质预报并切实作好监控量测工作， 实施超前地质预报。

(2) 在隧道开挖过程中，对于可溶岩，一般的处理方式为，根据地质调查法的资料作为依据，主要采用超前钻探方式，再通过多种物探手段来精确探明前方的地质情况，以超前地质预报的结论作为工程施工的重要依据。

(3) 对于可能发生突水突泥灾害事故的区域，应该准备好大量的抽水、排水等应急设施，而且也要制定好救援方案。

(4) 根据“早预报、预注浆、管超前、半断面、留核心、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的原则确保施工顺利进行。

(5) 施工过程中，对于软岩及断层破碎区域，应该加强初期支护，在必要时可以考虑设置临时仰拱，在开挖下半结构截面时，可能使上半结构悬空，造成结构失稳，应该考虑设计锁脚锚杆，确保施工安全进行。

4结论

(1) 从岩组岩性、地质构造、水文地质和地下水动态变化等方面分析了长安寨隧道的岩溶发育规律。

(2) 基于层次分析法，对长安寨隧道水害风险进行评估，确定了长安寨隧道的水害风险等级，以便采取有效的预报手段，建立相应的预警机制与防治措施，确保施工安全。

(3) 针对岩溶水害风险等级，探讨了岩溶隧道突水防治对策，给今后岩溶隧道的施工提供借鉴。

参考文献

[1]葛颜慧.岩溶隧道突水风险评价与预警机制[D].济南：山东大学，2010.

[2]王彩华，宋连天.模糊论方法学[M].北京：中国建筑工业出版社，1988.

[3]张民庆，黄鸿建，苗德海，等.宜万线隧道工程岩溶治理技术与工程实例[J].铁道工程学报，2008(1)：26-37.

收稿日期：2014-09-10

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.036