隧道岩溶突水涌泥原因及处理策略

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【摘要】隧道工程在受到复杂地质条件影响下，极容易导致隧道岩溶突水涌泥等问题的发生。现阶段，要加强对隧道岩溶突水涌泥原因与形成机理的分析，并采取针对性处理措施，提高隧道工程的整体施工质量。本文首先对突水涌泥的危害、成因做出分析，并结合工程案例对该问题的处理策略进行研究。

【关键词】岩溶隧道；突水涌泥；原因；处理策略

引言

在进行铁路、公路等工程的建设期间，经常会遇到岩溶突水涌泥问题。对于突水问题而言，主要是指水流量超过了0.1m3/s，涌泥指的是地下水中泥沙的含量大于50%。一旦工程建设过程中发生突水涌泥问题，不仅会对周围环境产生严重的污染，同时还会威胁到施工人员的生命安全。因而，岩溶隧道建设前期要加强地质水文勘察，并积极做好风险评估，加强对突水涌泥等病害的防治效果。

1突水涌泥的影响因素与危害性分析

1.1突水涌泥问题的影响因素

一般来说，导致岩溶隧道施工期间发生突水涌泥问题的因素主要有两方面：自然因素、技术因素。对于自然因素而言，隧道所处的地质环境、埋深、长度以及地震、暴雨等因素，都可能导致突水涌泥问题的发生。另外，技术因素主要是指勘察、设计、施工技术的不合理应用，可能会对岩溶隧道的突水涌泥问题产生一定的影响。

1.2突水涌泥的危害性分析

岩溶突水涌泥问题的发生，将对隧道的正常施工与后期运营产生极为不利的影响。首先，岩溶隧道施工时，出现突发性突水涌泥现象的概率较高，由于突水量大，水中含有大量的泥沙，因而会对施工人员的生命与财产安全造成威胁，同时还存在着设备冲毁的危险。其次，由于突水涌泥过程中会带走大量的泥沙，使得土体内部的空洞区域越来越大。在受到重力作用的影响下，地表可能出现沉降或塌陷问题。此外，随着突水量的不断增大，隧道附近区域的地下水位、地表水位将可能出现下降的问题。另外，在突水过程中，施工现场大量的泥浆等物质将会被水流带走，进而会对周围环境产生一定的污染。突水涌泥还可能影响到隧道工程的施工进度，导致工程延期等问题的出现。

2突水涌泥发生条件

①在开展岩溶隧道工程建设工作时，由于岩溶水中含有大量的酸碱离子，会对岩土体产生侵蚀的作用，使得围岩结构的强度大大降低。这样一来，岩土体内就容易形成突水涌泥的结构面；②在岩溶区域，土体内部分布着大量的裂隙、裂缝以及节理构造。岩溶发育期间，会生成较多的断层面以及沉积层面，一旦岩溶隧道发生突水涌泥病害，这些裂隙、断层面等都将为水体的流动提供通道。同时，在受到岩溶水压力的影响之下，隧道周围岩的有效应力将发生变化，岩体会出现溶蚀软化问题，这也为突水涌泥问题的发生提供了便利条件；③在受到较高水压的影响下，水流量将逐渐增大。这一期间，水压力将会转换为水动能。随着岩溶水对隧道围岩结构的不断溶蚀，围岩结构的自身稳定性将大大降低，进而导致突水涌泥问题的发生。

3岩溶隧道突水涌泥的处理策略

首先，当隧道工程穿越岩溶地区时，要加强对地质勘察工作的重视，并结合地勘成果，应用地质雷达以及超前探水等方法，做好岩溶地区的地质特征分析，采取预防性措施确保岩溶隧道施工的有序开展。这一过程中，可以采取跨越、引排、截留等措施，降低岩溶水对隧道施工的不利影响。同时，还可以采取加固填充、回填夯实以及地表水疏排等措施，增加岩溶隧道的综合性处理效果。其次，可以适当增大注浆区域的长度、提升浆体的强度，或者添加一定的掺加剂，来增加突水涌泥区域的处理效果。如果隧道需要穿越采空区，要结合采空区的大小、分布状况以及采空区的积水、深度、上覆岩层状况，合理选用加固、排水、回填等处理措施，降低突水涌泥问题对隧道施工、运营产生的危害。另外，还要结合施工现场的地质水文状况，并针对施工期间的人员、设备安排情况，建立完善的应急响应预案。一旦隧道施工期间出现突发性突水涌泥事故，要在最短的时间内展开应急救援活动，降低突水涌泥事故对人员、设备产生的破坏。各部门应明确自身的职责，并做好应急资源的储备与安放，参与施工的各方人员要有强烈的事故防范意识，具备相应的自救意识与能力。

4案例分析

4.1工程概况

某深埋特长隧道工程的长度达到了11068m，隧道的相对高差达到了900m。施工区域内分布着向斜、背斜等地质构造，在向斜区内，存在着严重的地层断裂问题。勘察资料表明，岩溶隧道所要穿越的区域，其岩性主要以灰岩、沥青质灰岩为主。另外，施工区域还分布着大量的泥岩、砂岩以及白云岩等地层。其中，可溶性灰岩地层的长度达到了7100m。

4.2突水涌泥的原因分析

①由于该岩溶隧道需要穿越岩溶侵蚀较为严重的区域，并且该区域的地表存在着大量的岩溶洼地，相邻洼地之间分布着较多的槽谷，为突水涌泥等地质灾害的发生提供了便利条件；②勘察资料表明，隧道围岩附近主要以中风化灰岩为主，呈现出层状、碎裂状。岩溶隧道施工期间，由于大量机械设备的应用，对溶洞产生了较大的扰动，使得原有地下水循环系统受到破坏，进而引发了突水涌泥问题。

4.3处理策略

在突水涌泥病害发生之后，如果采用简单的排堵水处理措施，将造成地下水循环系统受到一定的破坏，进而加剧突水涌泥问题。鉴于此，工程施工期间应采用“防、排、堵、截”等多种综合性措施加强对突水涌泥问题的处置。（1）在进行岩溶隧道裂缝水发育地段的开挖工作时，主要使用径向注浆和补浆的方式，加强对突水涌泥问题的治理。同时，工程中使用了小导管注浆技术对突水涌泥通道进行了封堵。这样一来，能够有效减轻岩溶隧道施工期间存在的水土流失问题。（2）针对该岩溶隧道的具体地质与水文情况，采取了综合性的治理措施，在岩溶洞内利用排水泵进行排水。在洞内进行了蓄水坑、蓄水池的开挖，通过逐级排水的方式降低突水涌泥问题的危害。在本工程中，隧道内每隔50m就开挖1个蓄水坑。在每隔100m的范围内，开挖1个大型的蓄水池。排水期间，首先借助排水泵将蓄水坑中的水汇集到蓄水池中，之后再集中将蓄水池中汇集的水排放到岩溶隧道外。由于岩溶发育状态有着较强的复杂性和不确定性，施工期间要针对现场的实际情况做好调整，并加强地质预报等工作，为岩溶隧道的顺利施工提供帮助。其中，图1为工程中超前钻孔布置图。（3）在本工程中，DK358＋900到DK359＋500段由于受到施工机械扰动作用的影响，使得突水涌泥灾害发生的概率大大增加。具体施工期间，主要采用以下措施加以防范和治理：一方面，岩溶隧道的衬砌结构选用的是S-Ⅳa衬砌形式。另一方面，使用洞渣等材料对软塑岩土体表面进行了回填，回填厚度达到了2m。针对DK358+900位置处可能发生的突水涌泥问题，施工期间在拱部范围设计了超前小导管，并利用6m的热轧无缝钢管（前端呈锥形）进行排水，导管的外径为6cm。此外，由于在DK359+500位置处存在着大量的裂缝发育问题，使得岩体的稳定性大大降低。再加之长时间的雨水渗透，使得右侧和拱顶处存在着大量的地下渗水，导致了初期支护结构受挤压变形。为解决这一问题，施工期间对此地段的加固采用了S-VC型衬砌。同时，从隧道的右侧拱脚到左侧拱腰位置处，使用环向、斜向注浆加固的方式进行处理。这一过程中，加固区域的长度为4.5m，加固期间使用钢花管进行注浆。钢花管采用梅花状布设方式，纵向的间距是0.5m，环向间距为0.8m。施工环节中，还使用超前大管棚与钢架对拱墙进行了支护。所使用的管棚长为28m，准=108mm，管棚的环向间距设计为0.45m。在开展初期支护工作时，加强了对施工现场变形与突水问题的监测，并及时进行了二次衬砌结构的施工。在二次衬砌施工结束之后，利用土石回填的方式，对岩溶隧道的洞口最上部位置进行处理。

5结束语

在进行岩溶地区隧道工程的施工建设工作时，导致隧道突水涌泥的因素有很多，隧道突水涌泥往往是多种因素综合作用的结果。因而，工程施工期间，要加强对施工区域的地质水文勘测工作，并结合勘测结果制定突水涌泥灾害的防治措施。具体施工过程中，要采用超前地质预报等措施，加强对施工区域地质状况的了解，并结合施工现场的实际情况，积极做好突水涌泥事故的处理。

参考文献

[1]马士伟.岩溶隧道涌突水灾害发生机理与工程防治[J].铁道工程学报，2017（2）：84-89.

[2]许模.岩溶管道充填物结构特征及成因分析[J].人民黄河，2017（4）：144-146.

作者：李继锋 单位：重庆南江工程勘察设计集团有限公司