基于危險(xiǎn)等級(jí)的巖溶隧道突水突泥災(zāi)害處置措施研究

周偉

（1.文山州廣那高速公路投資建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司，云南 文山壯族苗族自治州 663000；2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安710064）

在巖溶區(qū)修建隧道時(shí)，突水突泥是最常見(jiàn)的災(zāi)害，一旦危害極大。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者們就突水突泥的發(fā)生機(jī)理與處置措施做出了眾多研究。咨宜使用薄板理論與剪切破壞理論分析了隧道突水突泥的發(fā)生過(guò)程。劉招偉采用數(shù)值模擬研究了不同巖溶管道位置與距離對(duì)于隧道突水突泥的影響。

1 巖溶區(qū)隧道突水突泥災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)

結(jié)合前人的研究成果以及所收集統(tǒng)計(jì)的隧道突水突泥災(zāi)害的案例，以隧道內(nèi)涌水量為主，綜合考慮突水突泥災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失情況、生態(tài)環(huán)境破壞情況等方面的影響，對(duì)巖溶區(qū)隧道突水突泥災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行劃分，其結(jié)果見(jiàn)表1。其危險(xiǎn)性從低到高分別為低、較低、中、高、極高，對(duì)應(yīng)的級(jí)別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

表1 隧道突水突泥災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)表

2 基于危險(xiǎn)等級(jí)的巖溶區(qū)隧道突水突泥災(zāi)害處置措施

突水突泥災(zāi)害有著不同的規(guī)模、不同的類型，對(duì)于不同危險(xiǎn)等級(jí)的突水突泥災(zāi)害，應(yīng)當(dāng)采用不同類型的處治方案，表2 為基于突水突泥災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)的處置措施。

(1) 災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)為V 級(jí)時(shí)的隧道涌水量大于10000m3/h，發(fā)生V 級(jí)災(zāi)害的地質(zhì)情況主要有：褶皺核部等區(qū)域中的大型高壓富水填充型溶腔。此時(shí)采用單一的處置措施，如釋能降壓、帷幕注漿、修建泄水洞等均難以取得較好的效果。這說(shuō)明危險(xiǎn)等級(jí)為V 時(shí)，往往需要結(jié)合多種措施來(lái)處理災(zāi)害?；诎咐占治龅慕Y(jié)果，當(dāng)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)為V 時(shí)，常用并且典型的處置措施組合方式有：

①迂回繞行+泄水洞+帷幕注漿+徑向注漿+超前管棚，蘭新二線大梁隧道處理DK32+241 附近向斜翼部灰?guī)r與板巖接觸帶時(shí)采用了該措施；

②泄水洞+釋能降壓+帷幕注漿+超前管棚，野三關(guān)隧道處理602 高壓富水溶腔時(shí)采用了該措施；

(2)災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)為IV 級(jí)時(shí)的隧道單點(diǎn)涌水量在1000m3/h~10000m3/h 之間，在該災(zāi)害區(qū)間內(nèi)，地下水的水量以及水壓都非常大，發(fā)生IV 級(jí)災(zāi)害的地質(zhì)情況主要有：褶皺核部區(qū)域中存在的富水溶腔、巖溶管道等；與地表連通受到降雨補(bǔ)給的巖溶管道、大型溶腔。常用并且典型的處置措施組合方式有：

①迂回繞行+迂回導(dǎo)坑側(cè)向注漿+全斷面帷幕注漿+超前管棚；

②迂回繞行+迂回導(dǎo)坑側(cè)向注漿+超前管棚+地表增設(shè)截水溝，南龍鐵路荊西隧道處理DK93+703 附近富水破碎帶時(shí)，采用了該措施；

(3)災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)為III 級(jí)時(shí)的隧道單點(diǎn)涌水量在100m3/h~1000m3/h 之間，在該災(zāi)害區(qū)間內(nèi)，地下水的水量以及水壓都較大，發(fā)生III 級(jí)災(zāi)害的地質(zhì)情況主要有：可溶巖與非可溶巖互層區(qū)域。常用并且典型的處置措施組合方式有：

①鉆孔排水+ 帷幕注漿，西藏嘎隆拉隧道處理K48+860 附近，斷層突水突泥時(shí)采用了該措施；

②超前長(zhǎng)管棚+徑向注漿，縉云山隧道處理K4+183附近填充溶腔時(shí)采用了該措施；

(4) 災(zāi)害危險(xiǎn)級(jí)別為II 時(shí)，單點(diǎn)涌水量在10m3/h~100m3/h 之間，在該區(qū)間，危險(xiǎn)主要來(lái)自小流量和流速的地下水體，以及軟弱圍巖。處置措施以鉆孔排水、局部注漿為主。

(5)災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)為I 時(shí)，單點(diǎn)涌水量小于10m3/h，該危險(xiǎn)等級(jí)的地下水量與水壓都較小，危害比較低，在降雨量較大的時(shí)候應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，一般不需對(duì)此進(jìn)行處置。

3 依托工程應(yīng)用情況

3.1 工程程概況

某隧道位于云南省文山州，為分離式隧道，右幅全長(zhǎng)2775.096m，左幅全長(zhǎng)2759.959m，隧址區(qū)具有典型的巖溶地貌特征，總體上屬低中山構(gòu)造溶蝕、剝蝕巖溶地貌，地形起伏較大。隧道穿越地層巖石類型以灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r為主，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖溶發(fā)育，溶洞數(shù)量多，并且隧道開(kāi)挖過(guò)程中揭露了許多大型溶洞。

3.2 工程應(yīng)用

在隧道實(shí)際開(kāi)挖的過(guò)程中，有兩處典型的突水突泥災(zāi)害。

(1)開(kāi)挖至ZK47+105 時(shí)，掌子面左側(cè)拱腰涌水，隨后發(fā)生圍巖滑塌，形成高4.0m，縱向長(zhǎng)3.5m，橫向?qū)?.0m 的空腔，該段圍巖破碎，涌水量約為120~180m3/h。故采取的措施為：徑向注漿+加強(qiáng)支護(hù)+溶腔回填，即

①對(duì)ZK47+100~ZK47+090 范圍內(nèi)徑向注漿加固，注漿材料為水泥水玻璃雙液漿，采用直徑42mm 的小導(dǎo)管，長(zhǎng)度加固范圍為開(kāi)挖輪廓線外4m，布設(shè)間距為120cm×120cm。

②加強(qiáng)支護(hù)，將原設(shè)計(jì)S3 襯砌變更為S5c 襯砌，為控制變形由臺(tái)階法開(kāi)挖變更為采用CRD 法開(kāi)挖。

③對(duì)開(kāi)挖揭露的溶腔回填至拱頂。

(2)開(kāi)挖至YK47+376 時(shí)，隧道臨近設(shè)計(jì)K47+329 落水洞邊緣，洞頂出現(xiàn)圍巖滑塌并伴隨大量涌水，涌水量最高時(shí)可達(dá)110m3/h，圍巖自穩(wěn)能力很差。2019 年1 月18日經(jīng)過(guò)20m 地質(zhì)鉆探溶，發(fā)現(xiàn)該段巖溶裂隙非常發(fā)育，涌水疑似受到地表落水洞的影響，在掌子面前方7~10m段出現(xiàn)溶洞，溶洞內(nèi)填充物為泥層。處理措施為：超前管棚+拱部帷幕注漿+溶腔回填+地表增設(shè)截水溝，即

①采用超前管棚支護(hù)，鋼管規(guī)格為φ108*6，環(huán)向間距40cm，仰角3~5°，管棚長(zhǎng)12m，根數(shù)41 根，管棚室長(zhǎng)度3m，搭接長(zhǎng)度2m；

②對(duì)前方20m 范圍內(nèi)進(jìn)行拱部帷幕注漿，加固范圍為開(kāi)挖輪廓線外5m；

③對(duì)地表落水洞采用碎石土進(jìn)行回填并夯填密實(shí)，并且在地表深度1m 內(nèi)范圍內(nèi)采用隔水黏土層；

經(jīng)處理后這兩段發(fā)生突水突泥災(zāi)害的區(qū)間后續(xù)均未發(fā)生突水突泥災(zāi)害，施工監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求，并且二襯滲水很少，處理效果較好。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)大量案例收集，分析了突水突泥發(fā)生時(shí)不同涌水量對(duì)應(yīng)的地質(zhì)情況，建立了基于危險(xiǎn)等級(jí)的巖溶區(qū)隧道突水突泥處置措施，得到了以下結(jié)論：

(1)當(dāng)隧道突水突泥災(zāi)害等級(jí)為Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)時(shí)，危害極大，單一的處置措施難以通過(guò)危險(xiǎn)區(qū)域，此時(shí)修建泄水洞幾乎是必須的，然后結(jié)合迂回繞行、釋能降壓、帷幕注漿、徑向注漿等處置措施可以確保隧道的施工安全。

(2)當(dāng)隧道突水突泥災(zāi)害等級(jí)為Ⅲ級(jí)時(shí)，則以徑向注漿、超前管棚、鉆孔排水、帷幕注漿為主要處置措施，以加密隧道排水管、增設(shè)地表排水系統(tǒng)等為輔助措施。

(3)當(dāng)隧道突水突泥災(zāi)害等級(jí)為Ⅰ、Ⅱ級(jí)時(shí)，多采用小導(dǎo)管注漿加固與鉆孔排水。