隧道突泥涌水事故風(fēng)險(xiǎn)控制措施及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析

中圖分類號(hào)：U456. 3⁺2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.052

文章編號(hào)：1673-4874（2025）03-0183-04

0 引言

近幾年，隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的迅速發(fā)展，邊遠(yuǎn)山區(qū)公路建設(shè)的速度也在不斷提升，山嶺隧道數(shù)量也在不斷增加[1-2]。在建設(shè)過程中，會(huì)發(fā)生意料之外的塌方、冒頂、涌水、突泥等工程事故，引起地面沉陷，地表水流失，從而影響到整個(gè)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。所以，對(duì)隧道突水的預(yù)報(bào)和處理方法進(jìn)行研究，具有十分重要的實(shí)際意義[3]。

國(guó)內(nèi)眾多研究學(xué)者對(duì)隧道突泥涌水事故進(jìn)行了研究，李新平等4將AHP與熵權(quán)法相結(jié)合，建立了以TOPSIS為基礎(chǔ)的隧道突水危險(xiǎn)性評(píng)估體系，并在新疆北天山隧道工程中得到了實(shí)際應(yīng)用；L等[在屬性數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用綜合權(quán)重法，對(duì)七大突水災(zāi)害因子進(jìn)行了分析和計(jì)算，建立了巖溶隧道突水災(zāi)害預(yù)測(cè)模型，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證其合理性；閆凱旋等基于湖南安平隧道，通過應(yīng)用概率與屬性數(shù)學(xué)的原理，對(duì)突水危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)估，并給出了相應(yīng)的減災(zāi)對(duì)策。雖然前人的研究已有很多結(jié)果，但是仍然有一些不足之處。張付軍等開展了斷裂帶隧道突水?dāng)?shù)值模擬研究，分別采用導(dǎo)水洞排水、注漿堵水以及排水堵水相結(jié)合的方法分析巷道涌水量和圍巖穩(wěn)定的影響規(guī)律。周文俊8根據(jù)關(guān)山隧道的水文地質(zhì)條件，利用不同的涌水量計(jì)算方法，預(yù)測(cè)了各個(gè)研究斷面的涌水量，得出了與實(shí)測(cè)資料吻合較好的結(jié)論。

本文依托蝦公山隧道為研究對(duì)象，對(duì)該隧址區(qū)隧道突泥涌水事故提出了風(fēng)險(xiǎn)防控措施，并采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法對(duì)隧道圍巖變形及結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行了研究，研究成果可為突泥涌水段隧道施工提供一定的工程參考經(jīng)驗(yàn)。

1工程概況

1.1 隧道概況

蝦公山隧道位于河池市宜州區(qū)蝦公背村境內(nèi)，右線長(zhǎng)2504m，最大埋深約 437m（K3+480 處），左線長(zhǎng)

2486m，最大埋深約440 m（2K3+460 處），為分離式長(zhǎng)隧道。該隧道右線 15+102～15+360 段為V級(jí)圍巖，長(zhǎng)度為258m，占隧道總長(zhǎng)度的 10.3% 。蝦公山隧道洞口段巖土以中、微風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r及強(qiáng)、微風(fēng)化泥灰?guī)r為主，中部以微風(fēng)化泥灰?guī)r、灰?guī)r為主。隧道襯砌斷面為同心圓曲邊墻形式，隧道凈空為10.75 m×5m ，最大開挖跨度為14.70m，最小開挖跨度為 11.80m 。隧道采用雙向掘進(jìn)施工，洞口采用“零開挖\"進(jìn)洞施工，洞身開挖主要采用新奧法。

1.2水文地質(zhì)條件

進(jìn)洞口位于陡坡前沿的緩丘，出洞口位于緩丘坡腳。進(jìn)口上覆粉質(zhì)黏土，厚度不均勻，為 0～3m ；出口上覆粉質(zhì)黏土，厚度為 2～4m 沿隧道走向地表由殘坡積層覆蓋，植被較發(fā)育，主要為灌木和喬木。小里程一側(cè)基巖出露，淺表層巖溶較為發(fā)育；大里程一側(cè)覆蓋層厚度相對(duì)較大，且?guī)r石強(qiáng)風(fēng)化層厚度較大。

巖溶裂隙水多產(chǎn)于灰?guī)r的溶縫、溶洞等位置，其分布具有不均一性。坡面上的淺層溶溝、溶槽、溶蝕裂隙等類型較為發(fā)育，且隧洞底板處于巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)域的溶蝕基準(zhǔn)面之上，故有可能存在強(qiáng)烈的巖溶發(fā)育。斷裂中發(fā)育有大量的構(gòu)造裂縫水，根據(jù)此次勘測(cè)結(jié)果，銀公山斷裂、沖谷斷裂、蝦公背斷裂等3條斷裂貫穿了隧道 K4+ 280～1×4+460 段，該斷裂為張性斷裂，具有較高的富水性和較高的含水能力。構(gòu)造裂縫水以降水為主。

2突泥涌水事故風(fēng)險(xiǎn)防控措施

隧址區(qū)地表水存量一般，地下水主要為巖溶裂隙水。洞身位于巖溶水飽水帶含水層內(nèi)，估算隧道最大涌水量為4494.66m/d。 K4+280～K4+460 洞身段呈斷裂束通過，地下水發(fā)育，施工可能產(chǎn)生股狀涌水或巖溶突水突泥，該里程段掘進(jìn)時(shí)應(yīng)采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段進(jìn)一步查明地下水發(fā)育情況，必要時(shí)應(yīng)采取超前注漿或正水帷幕注漿進(jìn)行防治。

（1）重視地質(zhì)超前預(yù)測(cè)，針對(duì)危洞做專門的超前預(yù)測(cè)，采用TSP，地質(zhì)雷達(dá)，紅外探測(cè)，水平超前鉆孔等方法對(duì)圍巖進(jìn)行地質(zhì)勘察。

（2）針對(duì)巖溶溶洞或斷裂，采取遷回繞行、增設(shè)泄水洞、釋放能量釋放及灌漿加固等方案，經(jīng)多個(gè)方案比較，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，選取最適合的施工方案。

（③加強(qiáng)野外水文觀測(cè)，對(duì)降雨、涌水量、水壓等水文情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在當(dāng)日收集、匯總、分析資料。

（4）對(duì)已經(jīng)查明的小規(guī)模地下蓄水（斷面），經(jīng)多方面評(píng)價(jià)后，可以考慮采用局部鉆孔泄水、疏排和降壓的方法，通過設(shè)置截排水溝、排水孔、抽排水設(shè)備，采取導(dǎo)流、分流等排水手段，對(duì)涌水進(jìn)行處理。

（5）遇有承壓富水地層，無論采用哪一種施工方法，均應(yīng)事先裝設(shè)孔口止突出器，以防止鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生高壓水擊傷人事故。

（6）對(duì)于有大量外來補(bǔ)給且排水能力有限的本地污水，可以考慮采取灌漿法進(jìn)行封堵。在鉆孔過程中，注漿到圍巖內(nèi)部，在注漿壓力作用下，漿液向周圍裂隙擴(kuò)展，增強(qiáng)巷道頂、側(cè)壁的抗壓強(qiáng)度及黏結(jié)力，從而達(dá)到防止涌水突泥的目的。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析

3.1 圍巖變形分析

為了研究隧道突泥段圍巖變形規(guī)律，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法對(duì)某斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，左右線隧道拱頂下沉及周邊收斂隨時(shí)間變化規(guī)律如圖1所示。由圖1可知，隨著施工的進(jìn)行，左右線拱頂下沉和周邊收斂變形值均逐漸增大最后趨于穩(wěn)定。拱頂下沉及周邊收斂在前20d內(nèi)變形速率較大，30d后拱頂下沉及周邊收斂變形基本趨于穩(wěn)定，該段圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。拱頂下沉變形值要明顯大于周邊收斂變形值，當(dāng)圍巖達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，左右線隧道拱頂下沉及周邊收斂值分別為：14.65mm、14.26mm、10.88 mm、10.58 mm。

3.2 錨桿應(yīng)力分析

為了研究隧道在施工過程中的錨桿受力情況，選取某斷面對(duì)左右線隧道錨桿應(yīng)力進(jìn)行分析，左右線隧道錨桿應(yīng)力隨時(shí)間變化規(guī)律曲線和錨桿測(cè)點(diǎn)布置如圖2和圖3所示。其中，左右線隧道錨桿應(yīng)力變化規(guī)律相似，但左線隧道錨桿應(yīng)力變化較為明顯。由圖2和圖3可知，左線隧道錨桿整體承受為拉應(yīng)力，且拱頂位置錨桿在測(cè)點(diǎn)MC1、MC2處所承受的拉應(yīng)力最大，最大值分別為11.34 MPa .8.39 MPa 。而在左右兩邊墻位置錨桿在測(cè)點(diǎn)MA1、MA2、ME1、ME2處所承受的拉應(yīng)力隨著施工的進(jìn)行呈先增大后減小最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，當(dāng)各測(cè)點(diǎn)達(dá)到峰值時(shí)，其拉應(yīng)力分別為8. 14MPa.6.71MPa.8.42MPa 5.81 MPa 左右拱肩位置錨桿在測(cè)點(diǎn)MB1、MB2、MD1、MD2處所承受拉應(yīng)力隨著施工的進(jìn)行逐漸增大而后趨于穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力分別為 7.7MPa 5.62MPa，6.52MPa，4.4MPa， 通過分析可知，各位置處錨桿在靠近隧道一端所受的拉應(yīng)力要明顯大于其遠(yuǎn)端，且隨著施工的進(jìn)行，各位置處錨桿應(yīng)力逐漸增大，這表明錨桿開始受力起到支護(hù)作用。

3.3鋼拱架應(yīng)力分析

為了研究在隧道突泥段鋼拱架受力情況，選取某斷面鋼拱架應(yīng)力變化規(guī)律曲線進(jìn)行分析，如圖4和圖5所示分別為左右線隧道各位置處鋼拱架應(yīng)力隨時(shí)間變化規(guī)律曲線及各測(cè)點(diǎn)布置。由圖4可知，左線隧道鋼拱架在G1、G2位置處表現(xiàn)為壓應(yīng)力，在G3、G4、G5位置處表現(xiàn)為拉應(yīng)力。隨著施工的進(jìn)行， 63、64、65 位置處鋼拱架應(yīng)力逐漸增大最后趨于穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，其應(yīng)力值分別為36.01 MPa 、52.16MPa、67.88 MPa ；G1位置處鋼拱架應(yīng)力呈先增大后減小最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，峰值為-90.03 MPa ；G2位置處鋼拱架應(yīng)力隨著施工的進(jìn)行逐漸減小，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)應(yīng)力值為-59.89 MPa 。由圖5可知，右線隧道鋼拱架應(yīng)力變化較左線隧道波動(dòng)性較大，但各位置處應(yīng)力變化規(guī)律相差不大。當(dāng)右線隧道鋼拱架應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，G1 ，G2，G3，G4，G5 各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力分別為-7.61MPa 、-36.52 MPa 、23.79 MPa 、43.27MPa、33.81 MPa 通過分析可知，該隧道斷面位置處鋼拱架有向右偏壓的趨勢(shì)，因此應(yīng)對(duì)該段位置做好突泥防水措施。

3.4二襯應(yīng)力分析

為了研究在隧道突泥段二襯受力情況，選取某斷面二襯應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行分析，如圖6和圖7所示分別為左右線隧道各位置處二襯應(yīng)力隨時(shí)間變化規(guī)律曲線及各測(cè)點(diǎn)布置。由圖6和圖7可知，左線隧道二襯在E2、E6、E7、E8位置處承受拉應(yīng)力，在E3、E4、E5位置處承受壓應(yīng)力；而E1位置處二襯應(yīng)力隨著施工的進(jìn)行所承受應(yīng)力由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力。當(dāng)施工達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，E3、E4、E5位置處承受的壓應(yīng)力分別為-2.66MPa、 -0.34MPa 、-0.63MPa ；而E2、E6、E7、E8位置處隨著施工的進(jìn)行所受拉應(yīng)力逐漸減小，當(dāng)施工達(dá)到穩(wěn)定時(shí)應(yīng)力值分別為2.19 MPa，2.46MPa，0.98MPa，1.32MPa 因此，拱底二襯所受應(yīng)力最小，拱頂二襯所受應(yīng)力最大，在施工中應(yīng)及時(shí)對(duì)拱頂處應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止拱頂受力過大造成隧道坍塌。對(duì)比左右線隧道二襯應(yīng)力隨時(shí)間變化規(guī)律可知，左右線隧道二襯應(yīng)力相差不大，但右線隧道二襯整體所受應(yīng)力要小于左線隧道。

4結(jié)語

（1）在遇到溶腔或斷層時(shí)，采取遷回繞避、增設(shè)泄水洞、釋能降壓和注漿加固等方案設(shè)計(jì)。當(dāng)施工進(jìn)入承壓性富水地段，無論進(jìn)行何種施工，必須提前安裝孔口防突裝置，避免在鉆孔安裝過程中出現(xiàn)高壓水柱傷人事故。

（2）左右線拱頂下沉和周邊收斂變形值均逐漸增大 最后趨于穩(wěn)定。拱頂下沉及周邊收斂在前20d內(nèi)變形速 率較大，30d后拱頂下沉及周邊收斂變形基本趨于穩(wěn)定。

（3）左右線隧道錨桿應(yīng)力變化規(guī)律相似，但左線隧道錨桿應(yīng)力變化較為明顯。各位置處錨桿在靠近隧道一端所受拉應(yīng)力要明顯大于其遠(yuǎn)端，且當(dāng)隨著施工的進(jìn)行，各位置處錨桿應(yīng)力逐漸增大，這表明錨桿開始受力起到支護(hù)作用。

（4）左線隧道鋼拱架在G1、 ?2 位置處表現(xiàn)為壓應(yīng)力，在G3、G4、G5位置處表現(xiàn)為拉應(yīng)力。 G3、G4、G5 位置處鋼拱架應(yīng)力逐漸增大最后趨于穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，其應(yīng)力值分別為36.01 MPa 、52.16 MPa 、67.88 MPa ；右線隧道鋼拱架應(yīng)力變化較左線隧道波動(dòng)性較大，但各位置處應(yīng)力變化規(guī)律相差不大。該隧道斷面位置處鋼拱架有向右偏壓的趨勢(shì)，因此應(yīng)對(duì)該段位置做好突泥防水措施。

（5）拱底二襯所受應(yīng)力最小，拱頂二襯所受應(yīng)力最大，在施工中應(yīng)及時(shí)對(duì)拱頂處的應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止拱頂受力過大造成隧道坍塌。左右線隧道二襯應(yīng)力相差不大，但右線隧道二襯整體所受應(yīng)力要小于左線隧道。

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收稿日期：2024－12-12