岩溶地区特长隧道突水、突泥机理及防治对策研究.docx

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岩溶地区特长隧道突水、突泥机理及防治对策研究

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摘要：在隧道施工的过程之中，不良地质的出现是十分常见的，尤其是处在地下河管道、岩溶地区的隧道，其不仅易诱发坍塌，还有可能出现突水、突泥等安全事故的发生，给隧道施工带来非常高的安全风险。笔者结合多年施工经验，探讨岩溶地区特长隧道突水、突泥机理，并针对性的提出防治对策，以期为其它隧道工程提供借鉴与参考。

关键词：岩溶地区；特长隧道；突水、突泥机理；防治对策

前言

当施工区域的地质为岩溶地质的时候，无论是开展公路铁路建设还是水利矿产工程，突水突泥的现象都会频频发生，有时甚至会出现塌方冒顶的现象，进而造成地下有害气体泄露等危机事件发生。在上述列举的现象之中，对于岩溶地质而言，隧道的突水突泥现象是最为常见的，严重危害着工程的安全。由此，要想顺利高效地建设岩溶地区的隧道，就必须加强对上述灾害的预防与处理工作，针对岩溶区突水突泥现象的预防与解决则更应当成为目前的重中之重。

1工程概况

永福屯隧道是广西桂林至柳城高速公路项目的一座特长隧道。隧道起讫里程桩号左幅：ZK61+220-K66+860，长5640m；右幅：YK61+192-YK66+839，长5647m，隧道最大埋深约301m，洞轴线进洞走向方位角约262°，洞身段走向方位角约289°，出口走向方位角约282°，单幅隧道净空：11.0m×5.0m，左右幅进口洞门、出口洞门均采用削竹式。永福屯隧道施工过程中，一共发生了4次大规模突水、突泥现象，严重影响隧道的施工进度，同时给项目造成一定的经济损失。

2突水突泥灾害产生原因

2.1地质原因

在一定时期,如果水资源过于充足,突泥突水灾害也有可能发生。故而，在河流或者盆地这样的具有丰富水资源的地区十分容易出现突泥突水现象。与此同时,地区的地质岩性不同,发生上述现象的概率也不同,碳酸盐丰富的地区较一般地区更容易出现上述现象。此外,地质易产生裂缝与皱褶的地方也是突水突泥现象的高发区,例如喀斯特地区与一些容易出现承压含水层灾害的地区。借助大量的实证分析与探讨，发现水害的隐患主要潜藏在地下断层与局部构造的破碎带之中，引致水害的核心位置主要在喀斯特陷落柱与喀斯特塌洞的隐伏引水构造。在地质学和岩石力学的研究领域之中现在主要有以下几个机理能够解释水害的发生:挖掘扰动、损伤机理、水岩相互作用机理等，突泥突水主要是底板隔水层与地下水环境互相作用的结果。另外，隧道埋深造成的过高压力也会造成突水突泥现象。总而言之，突水突泥现象的主要成因主要有高压强、富水环境、不良的地质。当上述三者随机组合的时候，就十分容易造成突泥突水现象的产生的地质条件。

2.2气候条件

喀斯特发育的严重程度和隧道施工过程之中突水突泥等状况均受气候条件（气温、雨水分布以及降雨程度等条件变化）的影响。低温环境下，运移冲刷以及呈弱酸性的水溶液溶解侵蚀岩石等能力都会下降，喀斯特的情况不严重；在高温环境下，呈弱酸性的水溶液溶解侵蚀岩石的能力会加强，雨水的分布以及降雨强度会影响水力条件，地球表面降雨的汇集会携带大量的二氧化碳，从而致使喀斯特情况愈来愈严重。所以，夏季降雨的强度较大，地球表面雨水流过或者下渗都极易溶解侵蚀可溶性的岩石，从而容易导致隧道发生涌突水，除此之外，暴雨季节不但降雨的强度大，而且还携带了大量的泥沙，地下水的水位上涨的速度极快，从而导致地下水水压增大，进而极易致使隧道内发生突水突泥等危险事故。

2.3施工影响

岩溶之中的水压以及从开挖面到充水溶腔的距离会直接影响到开挖面周围的水力梯度，而这一水力梯度又会直接导致突水突泥等安全事故的发生。在隧道施工前，岩体整个处于一种自然平衡得状态，隧道的挖动扰乱了岩体，形成了一个临空面，且在隧道的周围形成了松动圈，致使原有的裂隙扩大甚至出现了新的裂缝，改变了围岩以及地下水的流动状况，加速了水循环，当围岩的应力状态达到了破坏的临界点以后，就会发生突水突泥的安全事故。但是对于已经确认了的突水突泥安全隐患，处理措施不当，也会出现突水突泥。在喀斯特突水突泥的处理工程措施方面，高压岩溶水是“堵”或者是“排”，一直都是工程界争议的焦点问题之一。

3岩溶地区特长隧道突水、突泥发生机理

3.1弹性梁模型

（1）若溶洞的位置主要处于隧道的侧向上，溶洞受到的作用力一般来自于溶腔内部的水压力和溶腔内部充填物带来的作用力，当溶洞的大小远远大于岩盘厚度的时候，溶洞和隧道的具体分布情况可以用下图1来表示，下图2则显示了防突岩盘的简化版受力模型。

式之中，S指的是防突岩盘的厚度，[σ]等于岩体抗拉的强度，n是范围在0和1之间的修正系数，ρ等于溶洞内部隧道拱顶高程处的水压，h指的是隧道侧墙的高度，q为溶洞内部填充物质的垂直方向作用力，g即为重力加速度。

（2）当溶洞的位置处于隧道顶部的情形

若溶洞主要位于隧道的顶部，