賀振宇，郭佳奇，陳 帆，檀俊坤(河南理工大學土木工程學院，河南 焦作 454000)

隧道典型致災構造及突水模式分析

賀振宇，郭佳奇，陳 帆，檀俊坤
(河南理工大學土木工程學院，河南 焦作 454000)

隧道工程的建設廣泛面臨著突水災害的威脅，突水災害常給工程造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。根據(jù)致災構造的成因將隧道典型致災構造分為斷裂帶、巖溶含水體、向背斜和單斜含水層、人工富水空間和水下不良地質體五大類；根據(jù)隧道圍巖條件及破壞特征，歸納出六類防突層類型，相應的提出六種突水破壞模式：整體壓裂破壞、剪切破壞、劈裂破壞、關鍵塊失穩(wěn)破壞、滲透破壞和整體滑移破壞；最后分析了三個典型的工程案例，對提高施工人員對潛在致災構造的識別、指導隧道施工具有重要意義。

隧道突水；典型致災構造；防突層結構；突水模式

0 引言

目前，我國在隧道建設方面，無論是隧道總長度還是總數(shù)量都是世界之最，然而隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的快速推進，以及跨江越海隧道的興建，越來越多的深長隧道不得不穿越各種復雜的地質環(huán)境，使得隧道工程的建設廣泛面臨突水災害的威脅[1-3]。例如，2002年，渝懷線圓梁山隧道先后發(fā)生大規(guī)模突水突泥71次，造成9人死亡，最高水壓4.6 MPa，最大涌水量達7.2×104m3/h[4]；宜萬線馬鹿箐隧道先后發(fā)生特大突水突泥災害19次，2006年1月21日與2008年4月11日的兩次特大突水突泥災害共導致15人死亡，工期延誤超過兩年[5]；齊岳山隧道在建過程中共遭遇187處大型巖溶管道、溶洞，高壓富水斷層帶、可溶巖與非可溶巖界面等不良地質，發(fā)生18次突水災害，累計抽水量達6.3×106m3[6-7]；京廣鐵路大瑤山隧道穿越9號斷層時涌水量達到3×104m3/d，其豎井也被淹沒，造成嚴重損失；麻武高速公路大別山隧道YK19+670～YK19+703和YK20+000～YK20+030段，裂隙帶與夾層處發(fā)生涌水，涌水量達到1.5×103m3/d，導致現(xiàn)場施工中斷[8]；青函隧道穿越巖體破碎軟弱區(qū)時發(fā)生的突水事故，瞬時出水量達85 m3/min，造成隧道工期延長[9]；挪威奧斯陸海灣的海底公路隧道施工過程中遭遇15 m寬的松散冰磧沉積帶，預測到涌水而被迫停工[10]。由以上案例可知，導致突水突泥災害的不良地質構造不盡相同，不同的致災構造所引發(fā)的突水規(guī)模也不相同，因此，總結歸納隧道致突水災構造類型及其突水模式，對提高施工人員防災意識，及時采取合理的工程措施，避免或減小突水災害造成的經(jīng)濟損失，保障施工人員人身安全有重要意義。

目前，大量學者和工程技術人員對隧道致災構造及突水模式的進行了有益研究。其中Lu，Yaoru等[11]提出了深部封閉巖溶、富水巖溶管道、位于隧道頂部的地下暗河以及斷層帶四種巖溶隧道致災構造；Li，Xiaozhao等[12]對由斷裂、風化、巖溶和頂部滲透作用形成的位于地表附近的富水裂隙網(wǎng)絡(EFKZ)，提出了用于評估隧道對EFKZ地下水和生態(tài)條件潛在影響的TEIF參數(shù)方法；Zhao，Yong等[13]把隧道突水類型簡要歸納為斷層型、裂隙型、巖溶管道型和風化洞穴型，隧道突泥類型簡要歸納為斷裂型、巖溶洞穴、巖溶通道和風化洞穴型；蒙彥等[14]、王建秀等[15]將可能引發(fā)隧道突水的構造分為向斜盆地儲水構造、斷層破碎帶、不整合面和侵入巖接觸面、巖溶管道和地下暗河、其他含水構造和含水體；Song, Ki-Il等[16]，依托南韓巖溶發(fā)育地區(qū)Sol-an隧道工程建設項目，采用區(qū)域偵察和地質線性研究方法、地球物理調查技術、地面鉆孔的基于鉆孔的調法以及水平探針鉆孔，重點分析了巖溶陷落柱發(fā)生坍塌導致地表沉陷的原因；鄔立等[17]對野三關隧道“8·5”突水事故分析，將該地區(qū)的巖溶構造分為強巖溶含水層和溶蝕裂隙兩大類；周毅[18]通過災害源的形態(tài)特征、補給特征、富水特征及充填特征對災害源進行了簡要劃分；石少帥[19]通過隧道工程突水案例統(tǒng)計分析，把突水致災構造概括為裂隙型、斷層型、溶洞溶腔型、管道及地下河型；羅雄文等[20]對深長隧道的水害進行了分析并提出了五種致災構造和突水模型；李新宇等[21]主要針對越江跨海隧道施工過程中不良地質體的突水模式進行了研究，并歸納了四種突水模式。

從上述分析可見，目前的研究成果主要源于對具體工程或者單一不良地質體的研究，并且多數(shù)集中在對巖溶隧道災害的研究，而對隧道突水致災構造及突水模式系統(tǒng)全面的研究成果較少。本文通過對國內(nèi)外隧道突水災害的統(tǒng)計分析，按隧道致災構造的地質成因將典型致災構造進行系統(tǒng)分類，歸納隧道防突層結構，分析其對應的突水模式，并分析了三個典型的隧道工程突水實例，期望對隧道超前地質預報有指導意義，提高隧道施工人員對潛在致災構造的識別。

1 隧道建設環(huán)境特點及突水災害統(tǒng)計

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國交通、水利等基礎設施也在加快建設，特長和長大隧道以及大規(guī)模隧道群不斷涌現(xiàn)，隧道的建設難度越來越大，尤其是在山嶺地區(qū)，復雜的地質條件和水文條件給隧道工程的建設帶來了極大的困難，特別是特殊、復雜的巖溶地質環(huán)境、強烈發(fā)育的破碎帶、裂隙帶等地質構造，常常引發(fā)隧道突水災害[22]。另外，近幾年我國開始不斷興建水下隧道以減輕區(qū)域交通壓力，與山嶺隧道相比，水下巖體軟化，有效應力降低，隧道圍巖穩(wěn)定性易惡化，高滲透性圍巖極易發(fā)生突水，并多數(shù)與上部水體(江河湖海等)有緊密的水力聯(lián)系，給跨江越海隧道的施工帶來極大的安全風險[23]。

本文對國內(nèi)外典型隧道突水突泥災害進行了統(tǒng)計[21，24-27]，并從隧道突水災害特點、規(guī)模以及致災構造進行總結(表1)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，隧道突水致災構造具有多樣性，并且隧道突水突泥災害的特點及規(guī)模與致災構造類型緊密相關，必須對隧道突水致災構造有充分的認識，才能對隧道突水進行有效防治。

表1 隧道突水災害的統(tǒng)計Table 1 Statistics of water inrush hazards in tunnels

2 隧道突水涌泥致災構造及概化模型

隧道突水突泥致災構造主要是指極有可能在隧道開挖過程中誘發(fā)突水突泥災害的不良地質構造。本文綜合以上統(tǒng)計分析，將隧道突水致災構造總結歸納為五大類型：斷裂作用形成的斷裂帶、溶蝕作用形成的巖溶含水體、向背斜和單斜含水層、人工富水空間和(江河湖海)水下不良地質體；然后根據(jù)各類致災構造的不同表現(xiàn)形式，進一步提出了致災構造的13個子類型。

2.1 斷裂帶

在構造運動過程中，大型斷裂構造發(fā)育時，其周圍常伴隨小型斷裂構造的發(fā)育且多呈帶狀分布，形成斷裂帶。斷裂帶附近區(qū)域，巖性破碎、巖層裂隙發(fā)育，是地下水良好的貯存和導水構造，同時也是巖溶構造發(fā)育的良好空間。當隧道開挖不斷接近富水夾泥斷裂帶時，由于圍巖破碎且強度較低，在高壓水作用下極易發(fā)生突水突泥災害。本文按斷裂帶的表現(xiàn)形式將斷裂致災構造分為3個子類型：斷層型、層間斷裂型、裂隙/溶隙型，并提出了各子類型的概化模型。

(1)斷層型致災構造的概化模型見圖1。

(2)層間斷裂型致災構造的概化模型見圖2。

(3)裂隙/溶隙型致災構造的概化模型見圖3。

圖1 斷層型致災構造的概化模型Fig.1 Generalized models of fault type disaster-causing structure

圖2 層間斷裂型致災構造概化模型Fig.2 Generalized models of layer-fractured type disaster-causing structure

圖3 裂隙/溶隙型致災構造概化模型Fig.3 Generalized models of the fissure / solution fissure type disaster-causing structure

2.2 巖溶含水體

巖溶是水對可溶性巖石的溶蝕作用所形成的地表及地下各種景觀。巖溶的發(fā)育開始于水流對可溶性巖石原有狹小裂隙的溶蝕擴展，裂隙巖體在水流長期的潛蝕、沖蝕、侵蝕作用下發(fā)生崩塌、塌陷與滑動，形成大規(guī)模的充水巖溶體，同時在化學、物理的風化、搬運、堆積與沉積作用下，巖溶體底部常被沉積物充填[28]。巖溶發(fā)育地區(qū)嚴重威脅隧道工程的建設，在隧道施工過程中常常造成塌方、落石、突水突泥、瓦斯突出等災害，其中突水突泥災害最為嚴重。本文根據(jù)巖溶的發(fā)育形態(tài)和規(guī)模把充水充泥巖溶含水體分為3個子類型：溶腔(溶洞)型、地下暗河型、巖溶管道型，并提出了各子類型的概化模型。

(1)溶腔(溶洞)型致災構造的概化模型見圖4。

圖4 溶腔(溶洞)型致災構造概化模型Fig.4 Generalized models of karst cave type disaster-causing structure

(2)地下暗河型致災構造的概化模型見圖5。

圖5 地下暗河型致災構造概化模型Fig.5 Generalized models of the underground type disaster-causing structure

(3)巖溶管道型致災構造的概化模型見圖6。

圖6 管道型致災構造概化模型Fig.6 Generalized models of pipeline type disaster-causing structure

2.3 向背斜和單斜含水層

地下褶曲和單斜構造若存在相對隔水層和相對含水層，則能形成地下水的富集空間。相對隔水層的巖體相對致密、滲透率低；相對含水層的巖體相對破碎、孔隙率高、滲透率高，成為地下水的富集地層。當隧道穿越該類構造時，極有可能發(fā)生較大的突水突泥災害。本文根據(jù)褶曲和單斜致災構造巖層形態(tài)的差異將其具體分為向斜構造含水層、背斜構造含水層和單斜構造含水層3個子類，并提出了各子類的概化模型。

(1)向斜構造含水層致災構造的概化模型見圖7。

圖7 向斜構造含水層致災構造概化模型Fig.7 Generalized models of aquifer disaster-causing structure of the syncline

(2)背斜構造含水層致災構造的概化模型見圖8。

圖8 背斜構造含水層致災構造概化模型Fig.8 Generalized models of aquifer disaster-causing structure of the anticline

(3)單斜構造含水層致災構造的概化模型見圖9。

圖9 單斜構造含水層致災構造Fig.9 Generalized models of aquifer disaster-causing structure of the monoclinic

2.4 人工富水空間

隨著國家礦業(yè)布局的逐漸優(yōu)化，一些規(guī)模小、技術落后、安全隱患大的礦場逐漸退出歷史舞臺，其遺留下來的人工采挖空間——廢棄礦巷，在地應力、構造應力和地下水的長期作用下，廢棄礦巷的支護結構逐漸破壞，形成良好的集水廊道，成為充水廢棄礦巷。然而，隨著我國隧道工程建設大規(guī)模的開展，越來越多的隧道需穿越山嶺地區(qū)廢棄的礦廠，一旦遭遇大量充水的廢棄礦巷，極有可能導致隧道發(fā)生突水突泥災害。由于充水廢棄礦巷的形成過程與以上各類均不同，故將其概化模型單獨列出(圖10)[29]。

圖10 充水廢棄礦巷概化模型Fig.10 Generalized models of abandoned mine roadway disaster-causing structure

2.5 水下不良地質體

隨著我國經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展，現(xiàn)代城市交通運輸能力愈顯不足，為節(jié)省土地資源、保護環(huán)境、緩解區(qū)域交通壓力，水下交通隧道的建設顯得越來越重要。由于水下隧道多為淺埋，在施工過程中極易遇到水下不良地質體，發(fā)生滲漏及突水的風險很大，并且發(fā)生突水災害時其最大的特點是水源無限補給，給工程造成災難性的破壞。本文將水下隧道可能遇到的主要不良地質構造分為風化槽、含水砂層、侵入巖巖脈3個子類型，并提出了各子類型的概化模型[30]。

(1)風化深槽致災構造的概化模型見圖11。

圖11 深風化槽致災構造概化模型Fig.11 Generalized models of disaster-causing structure of weathered deep trough

(2)含水砂層致災構造的概化模型見圖12。

圖12 含水砂層致災構造概化模型Fig.12 Generalized models of disaster-causing structure of water-sandy layer

(3)侵入巖巖脈致災構造的概化模型見圖13。

圖13 侵入巖巖脈致災構造概化模型Fig.13 Generalized models of disaster-causing structure of intrusive rock veins

3 防突層結構及其突水模式

防突層是指存在于隧道開挖臨空面與致災構造之間且起到隔水阻泥作用的巖土體結構，是災害源突入隧道的最后一道屏障。防突層結構形式多樣，可分布在隧道洞體的任何方位，隧道施工過程中突水災害的發(fā)生與否取決于防突層結構的最小安全厚度。

本文根據(jù)隧道致災構造與隧道臨空面之間的圍巖結構類型，總結歸納了六類防突層結構：完整巖體結構、層狀碎裂巖體結構、斷續(xù)巖體結構、塊狀破碎巖體結構、土石間架結構和致密散體結構。由于不同的防突層的結構特征有很大差異，在相同的致災構造條件下，其突水模式也不相同(表2)。

3.1 完整巖體防突結構整體壓裂分析

一般情況下，由地下巖溶水溶蝕和沖刷作用形成的溶腔、管道，其邊界巖壁具有較高的完整性，為探究完整巖體防突結構發(fā)生突水突泥的突水模式，采用如圖14所示的概化模型對其突水模式進行分析。

由圖14可知，對于完整巖體防突結構，由于結構內(nèi)節(jié)理裂隙基本不發(fā)育，只要保證足夠的厚度，則能形成良好的阻泥隔水屏障，但當隧道逐漸靠近高壓富水溶腔或巖溶管道時，完整型巖體防突結構的厚度逐漸被削弱，同時防突層在開挖擾動與滲流損傷的共同作用下，抵抗高壓巖溶水的能力不斷降低，最終達到強度破壞的臨界狀態(tài)，在微小的擾動下便會導致完整巖體防突結構的整體壓裂破斷，導致突水突泥災害的發(fā)生。

表2 防突層結構及其突水模式Table 2 The structure of outburst prevention layer and its water inrush mode

圖14 完整巖體防突結構模型Fig.14 The structure model of intact rock mass

3.2 層狀碎裂巖體防突結構剪切破壞分析

層狀碎裂巖體結構往往發(fā)育貫通致災構造與隧道的節(jié)理、裂隙，貫通的節(jié)理、裂隙構成防突結構的薄弱結構面，是防突結構破壞時的優(yōu)勢破壞面，采用如圖15所示的概化模型對其突水模式進行分析。

圖15 層狀破碎巖體防突結構模型Fig.15 The structure model of layered fractured rock mass

由圖15可知，對于層狀破碎巖體防突結構，由于結構內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，防突結構的抗剪強度較低，多個結構面切穿防突結構，為地下水和泥的突出提供了有利條件。當隧道開挖接近但未揭穿致災構造時，由于臨空面的形成改變了原地下水的自然平衡條件，加速了地下水在節(jié)理裂隙內(nèi)的徑流循環(huán)，對裂隙內(nèi)的膠結介質不斷地沖刷和溶蝕，并且在高壓地下水的作用下，節(jié)理裂隙的張開度增大，極大的降低了防突結構的抗剪強度，最終在大體量地下水或水泥混合體的自重作用下，由貫通結構面切割而成的優(yōu)勢滑移塊體發(fā)生剪切破壞。

3.3 斷續(xù)巖體防突結構劈裂破壞分析

斷續(xù)巖體防突結構中存在巖橋和未貫通的節(jié)理、裂隙，幾乎不存在貫通裂隙，其破壞機制既不同于完整巖體防突結構，也不同于層狀碎裂巖體結構，也是在工程實踐中經(jīng)常出現(xiàn)并引發(fā)突水突泥災害的一種巖體結構，采用如圖16所示的概化模型對其突水模式進行分析。

圖16 斷續(xù)巖體防突結構模型Fig.16 The structure model of discontinuous rock mass

由圖16可知，對于斷續(xù)巖體防突結構，雖然結構內(nèi)節(jié)理裂隙未貫穿防突結構，但當隧道掌子面或隧道邊墻等部位逐漸接近富水充泥致災構造時，防突結構也逐漸變薄，同時在高壓地下水的作用下，導致斷續(xù)節(jié)理裂隙發(fā)生劈裂破壞，即斷續(xù)節(jié)理在高壓地下水楔劈作用下沿末端發(fā)生擴展，裂隙之間逐漸相互聯(lián)系貫通，并逐漸形成多個切穿防突結構的裂隙，最終形成突水通道。

3.4 塊狀破碎防突結構關鍵塊失穩(wěn)分析

塊狀碎裂結構主要為受構造影響嚴重的破碎巖層，主要發(fā)育于斷層、斷層破碎帶、片理、層理及層間結構，裂隙結構面間距0.25～0.5 m，一般在3組以上(包括結構面)，由許多分離體形成，采用如圖17所示的概化模型對其突水模式進行分析。

圖17 塊狀破碎防突結構模型Fig.17 The structure model of massive fractured rock mass

由圖17可知：當防突結構為塊狀碎裂結構時，由于巖體的破碎程度很大，完整性很差，導致防突結構的整體強度很低。當隧道掌子面、拱部或邊墻逐漸接近富水致災構造時，塊狀碎裂防突結構受到爆破開挖的擾動以及應力釋放，導致關鍵塊體失穩(wěn)，在高壓地下水的作用下，導致其他塊體變形或崩潰，最終形成突水突泥通道。

3.5 土石間架防突結構滲透破壞分析

土石間架結構主要存在于壓性斷層上盤強烈擠壓破碎帶或充填于豎向發(fā)育的巖溶管道底部，破碎巖塊之間夾雜粘土介質形成的地質結構，采用圖18所示的概化模型對其突水模式進行分析。

圖18 土石間架防突結構模型Fig.18 The structure model of earth-rock inter-frame

由圖18可知：對于土石間架防突結構，其滲透性較強，并且在地下水的長期侵蝕作用下，導致破碎巖塊之間的充填介質軟化，當隧道揭露該類防突結構時，增強了地下水在結構內(nèi)的滲流作用，在持續(xù)滲流和工程擾動的共同作用下發(fā)生管涌和流土現(xiàn)象，破碎塊體間的細顆粒逐漸流失，滲水量很小，但在持續(xù)滲流的沖刷作用下，導致滲流通道逐漸擴大，涌水量逐漸增大，最終形成突水通道，導致大規(guī)模突水突泥。

3.6 致密散體防突結構整體滑移分析

致密散體防突結構主要是指充填型致災構造底部沉積的滲透性較低、整體性好的充填介質，是良好的隔水阻泥結構，采用如圖19所示的概化模型對其突水模式進行分析。

圖19 致密散體防突結構模型Fig.19 The structure model of dense granular

由圖19可知：對于致密散體防突結構，由于其滲透性較弱，整體性強，因此，不會發(fā)生滲透破壞。當隧道開挖揭露充填介質時，該類防突結構主要是靠防突結構與管道壁之間的剪切力來維持穩(wěn)定，由于管道壁的不平整性，導致充填介質與管道壁的接觸面具有薄弱部位，在開挖擾動和上部高壓地下水的共同作用下，這些薄弱部位形成導水通道，在地下水的潤滑和沖蝕作用下，接觸面的薄弱部位逐漸擴展，使防突結構沿接觸面發(fā)生滑移剪切破壞的臨界水壓大大降低，最終導致防突結構整體滑移破壞，引發(fā)突水災害。

4 工程實例

(1)圓梁山深埋特長隧道全長11.068 km，最大埋深700多米，是重慶至懷化鐵路線的關鍵性控制工程。隧道穿越毛壩向斜核部、桐麻嶺背斜和冷水河淺埋段，穿過三疊系、二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系和寒武系等多種地層，主要發(fā)育有毛壩向斜、桐麻嶺背斜及伴生斷裂。正洞里程DK354+460～+490處發(fā)育有2#溶洞，水壓高達2.73 MPa，溶洞兩側圍巖節(jié)理和層面裂隙多充填黏土及粉細砂。平導PDK354+435揭示寬約0.3 m的溶蝕裂隙，向拱頂方向垂向延伸，涌水紫紅色(圖20)。

圖20 PDK354 + 435揭示2#溶洞的寬約0.3 m溶蝕裂隙發(fā)生紫紅色涌水Fig.20 A 0.3 m wide vertical solution crack on the crown of the parallel pilet，from which purplish-red water blasted out

下導DK354+460采用風鉆鉆孔時，由鉆孔內(nèi)射出高壓水和大量粉細砂，射程約30 m，隨后采用地質鉆機進行深孔探測，又發(fā)生噴砂，瞬時最大突水量達到860 m3/h，下導坑施工完成后，又出現(xiàn)了高達69 000 m3/h的特大突水。經(jīng)分析認為，致災構造為高水壓2#溶洞，防突層結構是典型的土石間架結構，在高壓巖溶水作用下，圍巖節(jié)理和層面裂隙填充的黏土和粉細砂不斷流失，發(fā)生滲透破壞，最終導致致災構造與隧道臨空面之間的導水通道逐漸形成，從而引發(fā)突水災害[31-32]。

(2)鐘家山隧道位于吉蓮高速西段，采用分離式設計，左線長2 486 m、右線長2 494 m，是吉蓮高速公路重要的控制性工程之一。隧址區(qū)處于湘東新華夏構造體系，永新盆地邊緣，主要以砂頁巖軟弱地層為主，且發(fā)育有一條區(qū)域性逆沖斷層：鐘家山——界化壟斷層(F3)，該斷層穿過隧道洞身，伴隨發(fā)育多條小規(guī)模斷層：F1、F2、F4和F5，并與隧道大角度相交。其中F2斷層頁以頁巖為主，巖體膠結松散，風化程度高，遇水容易崩解、軟化、泥化成流塑狀態(tài)，強度極低。另外，F(xiàn)2斷層具有良好的導水性，且水源豐富。F2斷層與隧道洞身交匯處圍巖穩(wěn)定性差，是典型的塊狀碎裂結構，在高壓地下水的軟化、泥華、潤滑作用下，關鍵塊體發(fā)生失穩(wěn)破壞，導致其他塊體發(fā)生較大變形或崩潰，多次發(fā)生大規(guī)模的突水災害(圖21)[33-34]。

圖21 鐘家山隧道突水突泥災害Fig.21 The water inrush and mud gushing in Zhongjiashan tunnel

(3)日本青函隧道是一條穿越津輕海峽的海底隧道，海底部分長約23.3 km，其周圍的地質特征是新生代沉積巖，存在十余個主斷層和子斷層，隧道開挖過程中遇到的四次重大特大突水事故均發(fā)生在斷裂帶處。其中1976年5月6日吉岡段的一條服務隧道在施工過程中發(fā)生的一次突水突泥災害最為嚴重，該隧道在第20次開挖期間，從B11導向孔流出約3.7 m3/min的水，并排出約4 m3的土，隨后放棄第20次開挖轉為第21次注漿加固，直到?jīng)]有顯著的涌水現(xiàn)象，認為可以恢復第20次開挖，結果發(fā)現(xiàn)掌子面圍巖軟化現(xiàn)象嚴重，并逐漸開始出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，在兩個小時內(nèi)涌水速度從0.9 m3/h上升至30 m3/h，約11 h后發(fā)生大規(guī)模的塌方和突水，總塌體積1 000 m3，總突水量達到1.845×106m3?？辈熨Y料顯示，突水點上覆巖體厚度128 m，上部海水深度76 m，突水點附近存在斷層帶，巖層由沉積巖組成，以凝灰?guī)r為主要成分，具有較低的滲透性，經(jīng)分析認為隧道開挖后形成臨空面，防突巖體在水的作用下發(fā)生軟化和膨脹，主要結構面的強度不斷降低，在高水頭壓力作用下防突巖體沿優(yōu)勢滑移面發(fā)生整體滑移破壞是導致突水突泥災害發(fā)生的根本原因[9]。

5 結論

(1)通過對我國隧道建設環(huán)境特點及國內(nèi)外三十多個典型隧道突水致災構造和災害特點的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)突水突泥災害的規(guī)模受致災構造的影響顯著。本文結合隧址區(qū)突水致災結構的不同成因，將致災構造分為斷裂帶、巖溶含水體、向背斜和單斜含水層、人工富水空間和水下不良地質體五大類。

(2)根據(jù)各類致災構造的不同表現(xiàn)形式，提出了13個子類致災構造：斷層型、層間斷裂型、裂隙(溶隙)型、溶腔(溶洞)型、地下暗河型、巖溶管道型、背斜構造含水層、向斜構造含水層、單斜構造含水層、廢棄礦巷、風化槽、含水砂層和侵入巖脈。

(3)根據(jù)突水致災構造與隧道臨空面之間的圍巖結構類型，歸納總結了六類防突層結構：完整巖體結構、層狀碎裂巖體結構、斷續(xù)巖體結構、塊狀碎裂巖體結構、土石間架結構、致密散體結構；根據(jù)防突層結構的破壞特點將隧道突水模式歸納為：整體壓裂破壞、剪切破壞、劈裂破壞、關鍵塊失穩(wěn)破壞、滲透破壞和整體滑移破壞。

(4)通過對圓梁山隧道、鐘家山隧道和青函隧道發(fā)生的典型突水突泥災害進行詳細分析，其突水致災構造、防突層結構類型和突水模式得到了有力的驗證。

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Analysis of typical disaster-causing structure and water inrush model of tunnel

HE Zhenyu，GUO Jiaqi，CHEN Fan，TAN Junkun
(SchoolofCivilEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo，Henan454000，China)

The construction of tunnel engineering is faced with the threat of water inrush, and the water inrush often causes great economic losses and casualties. According to the causes of disaster-causing structure, the typical disaster-causing structures can be divided into five categories: fracture zones, karst bodies, aquifer of syncline、anticline and monoclinic, artificial water-rich spaces and underwater bad geological body. According to the surrounding rock conditions and the failure characteristics of the tunnel, six types of outburst prevention layers are summarized, and six failure patterns of water inrush are proposed: the whole fracturing failure, shear failure, splitting failure, destabilization failure of key blocks, seepage failure and integral slide failure. Finally, three typical water inrush cases are analyzed. It is of great significance to improve the identification of potential disaster structures and guide the construction of tunnels.

tunnel water inrush；typical disaster-causing structure；outburst prevention layer；water inrush mode

2017-01-11;

2017-02-28

國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2013CB036003)；河南理工大學博士基金資助項目(B2012-016)；國家自然科學基金項目(51474097)

賀振宇(1989-)，男，碩士研究生，研究方向為隧道與地下工程。E-mail：438074792@qq.com

郭佳奇(1981-)，男，副教授，博士，主要從事隧道與地下工程方面的教學和研究工作。E-mail:gjq519@163.com

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.02.13

P642.12

A

1003-8035(2017)02-0097-11