永吉高速公路突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施研究

鐘 君

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司，湖南長(zhǎng)沙 410004)

0 引言

我國(guó)巖溶地區(qū)分布廣泛，在鐵路、公路、水利和礦井建設(shè)過程中，難免不會(huì)遇見巖溶突水問題。一般情況下，構(gòu)造富水帶或滲流擊穿隧洞壁而產(chǎn)生的水流泥流稱為突水涌泥現(xiàn)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過50%。隧道巖溶突水不僅僅對(duì)人生命安全和財(cái)產(chǎn)的破壞，還會(huì)產(chǎn)生環(huán)境的污染［2，3］。

巖溶隧道施工過程中誘發(fā)突水涌泥的因素很多，一般包含自然因素和人為的技術(shù)因素。因此，在遇到巖溶地質(zhì)條件時(shí)，通常采用施工前期勘測(cè)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，施工過程處置相結(jié)合的方法［4－6］。隧道巖溶突水也一直被認(rèn)為是世界性的工程難題，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)突水機(jī)理這一難題進(jìn)行了大量研究。

1 突水涌泥因素和危害

1.1 突水涌泥因素

巖溶隧道施工過程中常常出現(xiàn)突水涌泥的現(xiàn)象，一般主要有以下兩個(gè)因素組成:

1)自然因素:隧道埋深、地質(zhì)條件、隧道長(zhǎng)度、暴雨、地震等;

2)技術(shù)因素:地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)和施工等技術(shù)原因。

1.2 突水涌泥危害

巖溶突水涌泥常常造成隧道施工和隧道運(yùn)營(yíng)巨大的損害，其表現(xiàn)形式如下:

1)在隧道施工階段，突水具有發(fā)生幾率高、突發(fā)性強(qiáng)且突水量大的特點(diǎn)。在突水過程中，因伴隨大量的泥沙，常常沖毀設(shè)備，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

2)隧道突水涌泥常常帶走大量的泥沙，導(dǎo)致巖土體內(nèi)部形成空洞，在自重應(yīng)力作用下，地表產(chǎn)生塌陷和沉降。

3)巖溶突水常常帶走大量的水，使得隧道周邊地下水位、地表河流水位下降。

4)突水過程中被環(huán)境污染的水直接排入周邊，引起地表水和地下水的污染。

基于此，隧道巖溶突水不僅僅對(duì)人生命安全和財(cái)產(chǎn)的破壞，還會(huì)產(chǎn)生環(huán)境的污染。因此，開展隧道巖溶突水安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制措施研究，具有深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。

2 突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)分析

隧道突水涌泥的發(fā)生主要受隧址區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水文地質(zhì)因素、巖溶地貌等條件的控制。本項(xiàng)目隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，巖性不均勻，差別較大;含水層較多，含水量極為豐富，遂址區(qū)存在幾條斷層破碎帶，影響范圍大，附近巖溶裂隙比較發(fā)育，巖體破碎，其中發(fā)育個(gè)賦水帶、斷裂構(gòu)造、巖溶通道及陷落松散體附近極有可能相互連通，成為地下水的通道，極易產(chǎn)生突水涌泥。

2.1 斷層破碎帶處突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)分析

永吉高速公路隧道斷層分布于A1線六月田隧道A1K109+580～620，主要存在F4斷層，巖石裂隙發(fā)育，巖體破碎，局部巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，巖石自穩(wěn)能力差，容易發(fā)生突水涌泥現(xiàn)象。

2.2 膨脹性圍巖段突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)分析

K線貓兒庵隧道:K130+710附近為頁巖和板巖的交界面，巖質(zhì)較軟，較破碎，地下水活動(dòng)頻繁，對(duì)圍巖穩(wěn)定性不利，隧道開挖后可能會(huì)產(chǎn)生較大的涌水，甚至突水。

2.3 巖溶區(qū)突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)分析

2.3.1 比條隧道、A1線比條隧道

K106+120～160、K106+740～790該段地處緩坡，地下水主要為巖溶裂隙水，水位埋深大，雨季可能產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，甚至出現(xiàn)突水。洞口坡面匯水較大，易被沖涮，應(yīng)加強(qiáng)排水。K106+160～240、K106+680～740該段地勢(shì)較陡，地下水主要為巖溶裂隙水，水位一般埋藏較深，但因局部巖溶裂隙或溶洞發(fā)育，雨季大氣降水豐富，洞頂洞壁將產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，甚至出現(xiàn)突水和涌泥。K106+240～680該段地形起伏較大，地下水主要為巖溶裂隙水，水位一般埋藏較深，但因局部巖溶裂隙或溶洞發(fā)育，雨季大氣降水豐富，洞頂洞壁將產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，甚至出現(xiàn)突水和涌泥。

2.3.2 務(wù)西作隧道

K108+480～520和K108+520～630該段地勢(shì)較陡，地下水主要為巖溶裂隙水，水位一般埋藏較深，但因局部巖溶裂隙或溶洞發(fā)育，雨季大氣降水豐富，洞頂洞壁將產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，甚至出現(xiàn)突水和涌泥。

2.3.3 那丘Ⅱ號(hào)隧道

ZK112+120～ZK113+500隧道圍巖均為微風(fēng)化灰?guī)r，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體較完整～較破碎，其穩(wěn)定性較好，一般難產(chǎn)生坍塌，但在局部可能產(chǎn)生掉塊局部巖溶裂隙或溶洞發(fā)育，雨季大氣降水豐富，洞頂洞壁將產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，甚至出現(xiàn)突水和涌泥。

2.3.4 A2芙蓉鎮(zhèn)隧道

A2K117+890 ～970、A2YK117+890 ～970，地形低凹，為農(nóng)田，且埋置較淺，施工存在突水和涌泥風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.5 羅依溪隧道

ZK126+755～ZK126+870和YK126+680～YK126+880該段為隧道洞深段，圍巖主要為寒武系清虛洞組頁巖，屬于軟質(zhì)巖類，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石抗風(fēng)能力差。ZK126+870～ZK127+050、YK126+880～YK127+095圍巖主要為寒武系清虛洞組泥灰?guī)r，頁巖與泥灰?guī)r之間應(yīng)該注意界面附近的穩(wěn)定性，施工存在突水和涌泥風(fēng)險(xiǎn)。ZK127+050～ZK127+120、YK127+095～YK127+165該段位隧道出口段，圍巖主要以寒武系耙榔組的頁巖為主、局部夾泥質(zhì)頁巖，中風(fēng)化，巖質(zhì)為軟質(zhì)巖類，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，多呈塊狀，巖石抗風(fēng)化能力差，同時(shí)一組節(jié)理與隧道走向呈大角度相交，為順向坡，施工存在突水和涌泥風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.6 A1線務(wù)西作隧道

AK108+300～410該段地勢(shì)較緩，地下水主要為巖溶裂隙水，水位一般埋藏較深，但因局部巖溶裂隙或溶洞發(fā)育，雨季大氣降水豐富，洞頂洞壁將產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，甚至出現(xiàn)突水和涌泥。AK108+410～700該段地形起伏較大，地下水主要為巖溶裂隙水，水位一般埋藏較深，但因局部巖溶裂隙或溶洞發(fā)育，雨季大氣降水豐富，洞頂洞壁將產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，甚至出現(xiàn)突水和涌泥。AK108+700～740該段地勢(shì)較陡，地下水主要為巖溶裂隙水，水位一般埋藏較深，但因局部巖溶裂隙或溶洞發(fā)育，雨季大氣降水豐富，洞頂洞壁將產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，甚至出現(xiàn)突水和涌泥。

2.3.7 A1線六月田隧道

AK109+090 ～120、AK109+120 ～500、AK109+500 ～560、AK109+560 ～640、AK109+640 ～740、AK109+740～930和AK109+930～960地下水主要為巖溶裂隙水，水位一般埋藏較深，但因局部巖溶裂隙或溶洞發(fā)育，雨季洞頂洞壁將產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，甚至出現(xiàn)突水和涌泥。

3 突水涌泥的處治措施

針對(duì)特殊地段可采取如下綜合治理措施:

1)通過巖溶地區(qū)的隧道，在結(jié)合地勘成果，采用地質(zhì)雷達(dá)、TSP、超前探水等超前探測(cè)手段探明溶洞特征的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體情況采用溶洞全斷面加固，按較小的溶洞直徑和較大的洞身外深度的規(guī)模進(jìn)行治理?；虿捎每缭?、引排截留巖溶水、清除或加固充填物、回填夯實(shí)、封閉地表塌陷、疏排地表水以及迂回導(dǎo)坑繞過溶洞等方法進(jìn)行綜合治理。

2)采用增加注漿區(qū)長(zhǎng)度、提高漿液強(qiáng)度、添加摻加劑或封堵水源的方法處置隧道通過斷層破碎帶或涌水地段。

3)對(duì)于穿越采空區(qū)的部分，可根據(jù)采空區(qū)的分布范圍、大小、深度、積水及其上覆巖層的穩(wěn)定情況，采取加固、回填、疏排水等綜合處治措施。建議設(shè)計(jì)單位根據(jù)地勘資料顯示情況，設(shè)計(jì)相應(yīng)的加固措施，建議增加監(jiān)測(cè)方案，通過監(jiān)控量測(cè)反饋對(duì)加固措施進(jìn)行修正。

4 結(jié)論

永吉高速公路沿線地下水主要為巖溶裂隙水，水位埋深大，雨季可能產(chǎn)生滴水狀或淋雨?duì)顫B水，容易出現(xiàn)突水現(xiàn)象。A1線六月田隧道A1K109+580～620處存在F4斷層，巖石裂隙發(fā)育，巖體破碎，局部巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，巖石自能力差，容易發(fā)生突水涌泥現(xiàn)象。K130+710附近為頁巖和板巖的交界面，巖質(zhì)較軟，較破碎，地下水活動(dòng)頻繁，對(duì)圍巖穩(wěn)定性不利，隧道開挖后可能會(huì)產(chǎn)生較大的涌水，甚至突水。應(yīng)注意綜合防范。

［1］張民慶，劉招偉.圓梁山隧道巖溶突水特征分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2005，27(4):421 ～426.

［2］黃潤(rùn)秋，王賢能，陳龍生.深埋隧道涌水過程的水力劈裂作用分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19(9):573 ～576.

［3］白明洲，許兆義，王 錳.長(zhǎng)大隧道施工過程中突水突泥災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)研究［J］.公路交通科技，2005，22(6):123～126.

［4］姜 云，王蘭生.深埋長(zhǎng)大公路隧道高地應(yīng)力巖爆和巖溶涌突水問題及對(duì)策［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21(9):1319～1323.

［5］顧義磊，李曉紅，趙 瑜，等.通渝隧道涌突泥成因分析［J］.巖土力學(xué)，2005，26(6):920 ～923.

［6］張金才，張玉卓，劉天泉.巖體滲流與煤層底板突水［M］.北京:地質(zhì)出版社，1997.