摘要：為了解決巖脈侵入引發(fā)的工程災(zāi)害，本文以瀘石高速沿線隧道為工程背景，通過(guò)對(duì)巖脈侵入引發(fā)的工程災(zāi)害進(jìn)行分析，總結(jié)災(zāi)害類型及其發(fā)生原因，提出針對(duì)性的解決方案。主要結(jié)論如下：（1）火成巖巖脈侵入引發(fā)的災(zāi)害類型主要有突涌、大變形以及巖爆；（2）火成巖巖脈侵入導(dǎo)致的突涌與大變形災(zāi)害主要是由于侵入與蝕變作用造成巖體松散破碎，同時(shí)又在地下水的軟化作用下巖體發(fā)生松動(dòng)，最終在內(nèi)外動(dòng)力擾動(dòng)下發(fā)生災(zāi)害；（3）巖脈型巖爆主要發(fā)生在無(wú)水干燥的Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖區(qū)域，是由于侵入擠壓產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力使得開(kāi)挖后局部區(qū)域巖體應(yīng)力驟升，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致失效破壞從而發(fā)生巖爆。（4）巖脈侵入引發(fā)的突涌與大變形需要在做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的前提下采取必要的加固措施，而巖爆災(zāi)害則可采用主動(dòng)控制的超前支護(hù)技術(shù)進(jìn)行巖爆控制。

關(guān)鍵詞：隧道工程；火成巖巖脈；突涌；大變形；巖爆；處治措施；

中圖分類號(hào)：TU45"""""""""""""nbsp;""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""nbsp;""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號(hào)：1673-6478（2023）05-0217-06

Engineering Disaster Types and Cause Analysis of Intrusive Dike Strata

SUN Lai

（Sichuan Transportation Construction Group Co.， Ltd.， Tunnel Engineering Branch，Chengdu Sichuan 610000， China）

Abstract： In order to solve the engineering disasters caused by dyke intrusion， this paper takes the tunnel along the Lu?Shi highway as the engineering background， analyzes the engineering disasters caused by dyke intrusion， summarizes the types of disasters and their causes， and proposes targeted solutions. The main conclusions are as follows： （1） The main types of disasters caused by igneous rock dike intrusion are inrush， large deformation and rock burst. （2） The inrush and large deformation disasters caused by the intrusion of igneous rock veins are mainly due to the loose and broken rock mass caused by intrusion and alteration， and the softening and loosening of rock mass caused by groundwater， and finally the disaster occurs under the internal and external dynamic disturbance. （3） Vein?type rockburst mainly occurs in anhydrous and dry Ⅱ and Ⅲ surrounding rock areas. It is due to the tectonic stress caused by intrusion and extrusion that the stress of rock mass in local area rises sharply after excavation， and crack propagation leads to failure and failure， thus rockburst occurs. （4） The inrush and large deformation caused by dike intrusion need to do the necessary reinforcement measures under the premise of advanced geological prediction， and the rock burst disaster can be controlled by active control of advanced support technology.

Key words： tunnel engineering; igneous dikes; inrush; large deformation; rock burst; treatment measures

0 引言

為了進(jìn)一步完善四川省高速公路網(wǎng)，擴(kuò)大路網(wǎng)覆蓋范圍，改善該區(qū)域公路骨架網(wǎng)，并與規(guī)劃中的川藏鐵路、川青鐵路、康定機(jī)場(chǎng)等共同構(gòu)成區(qū)域綜合交通運(yùn)輸體系，瀘石高速于2020年開(kāi)工建設(shè)?[1]。受川西地區(qū)活躍內(nèi)力地質(zhì)作用影響，川西地區(qū)侵入巖漿作用形成的巖脈群這一地質(zhì)現(xiàn)象十分普遍?[2?3]。瀘石高速沿線隧道在修建過(guò)程中遭遇了火成巖巖脈引發(fā)的突涌、大變形、巖爆災(zāi)害，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。

目前國(guó)內(nèi)外的工程案例中，對(duì)于火成巖巖脈引發(fā)的工程災(zāi)害已有了部分記錄，龍廈鐵路吳坑隧道?[4]、新張集鐵路舊堡隧道?[5]遭遇了巖脈侵入蝕變地層下的隧道大變形災(zāi)害。烏茲別克斯坦卡姆奇克隧道?[6]、雙江口電站左岸地下廠房?[7]則遭遇了巖脈侵入引發(fā)的巖爆問(wèn)題。大瑞鐵路高黎貢山隧道?[8]、夏漳高速燈火寨隧道?[9]則遭遇了突涌災(zāi)害。工程案例說(shuō)明了火成巖巖脈對(duì)于地下工程具有較強(qiáng)的致災(zāi)性。

本文借助瀘石高速沿線的隧道工程災(zāi)害，對(duì)侵入巖脈地層誘發(fā)的工程災(zāi)害類型進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)災(zāi)害成因進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的防控方法。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

瀘石高速北起瀘定，南接石棉，是《四川省高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2014—2030年）》中8條南北縱“馬爾康至石棉高速公路”的重要組成部分。項(xiàng)目北接雅康高速，西經(jīng)康定進(jìn)入甘孜州腹地；向東經(jīng)雅安可達(dá)成都；向北經(jīng)丹巴可進(jìn)入阿壩州至青海。項(xiàng)目建成后將溝通區(qū)域內(nèi)的多條高速公路和國(guó)省干線，進(jìn)一步完善區(qū)域公路骨架網(wǎng)和四川省高速公路網(wǎng)，并與規(guī)劃中的川藏鐵路、川青鐵路及康定機(jī)場(chǎng)等共同構(gòu)成區(qū)域綜合交通運(yùn)輸體系。本項(xiàng)目長(zhǎng)96.626km，主線共設(shè)置18座隧道，總長(zhǎng)度66.564km，隧線比高達(dá)69%。高速公路設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h，建筑限界10.25× 5.0m。

1.2 地質(zhì)概況

1. 地層巖性

據(jù)地面調(diào)查及鉆探揭露，沿線隧道穿越地層主要為：①第四系全新統(tǒng)近代河流堆積層；②三疊系須家河組砂巖、泥巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖及煤層；③燕山期～元古代侵入巖（花崗巖、閃長(zhǎng)巖等組成，局部夾少量輝綠巖、橄欖巖巖脈）。

1. 地質(zhì)構(gòu)造

以龍門(mén)山—錦屏山—玉龍雪山構(gòu)造帶為界，位于松潘—甘孜造山帶與揚(yáng)子陸塊交界拼合的復(fù)雜地質(zhì)塊間（圖1）。路線走向與鮮水河斷裂近于平行，最近處僅約1km，局部與安寧河斷裂和鮮水河斷裂相交，地質(zhì)構(gòu)造體系十分復(fù)雜（圖2）。受板塊運(yùn)動(dòng)以及活動(dòng)斷裂影響，項(xiàng)目沿線地震動(dòng)峰值加速度為0.3g，屬于Ⅷ度強(qiáng)震區(qū)。

1. 地下水情況

項(xiàng)目區(qū)年均降水量為650～850mm，雨水較充沛。工程區(qū)地下水類型主要為松散層孔隙水以及構(gòu)造裂隙水。地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水以及雪融水，主要地表水體為大渡河及其支流。

2 工程災(zāi)害與成因分析

2.1 突涌災(zāi)害

2.1.1 災(zāi)害概況

海螺溝隧道與大崗山隧道在巖脈侵入蝕變區(qū)域遭遇了大規(guī)模的突泥災(zāi)害。海螺溝隧道左洞出口端在2022年6月發(fā)生了300m3的突泥災(zāi)害，右洞出口端在2022年11月發(fā)生了多起突泥災(zāi)害，最大涌泥量達(dá)3"000m³。

大崗山隧道在2022年9月至10月期間，在左洞掌子面ZK62＋838處發(fā)生了多次突涌災(zāi)害，其中10月25日和10月26日分別突涌了500m3和350m³。巖脈侵入蝕變區(qū)域的突涌呈現(xiàn)出顯著的間歇性突涌特點(diǎn)，治理難度大。

2.1.2 災(zāi)害成因

結(jié)合地層巖性、施工方法，以及突涌時(shí)期的水文環(huán)境信息，總結(jié)瀘石高速沿線隧道突涌成因如下：

1. 巖脈侵入接觸蝕變帶圍巖穩(wěn)定性差

通過(guò)對(duì)海螺溝隧道以及大崗山隧道突涌處地層開(kāi)展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。海螺溝隧道為閃長(zhǎng)巖受花崗巖侵入影響，大崗山隧道為花崗巖受輝綠巖侵入影響，地層均發(fā)生蝕變，巖體松散破碎。預(yù)報(bào)結(jié)果如圖3所示，受巖脈侵入作用影響，地層中會(huì)出現(xiàn)侵入破碎帶，給地下水提供了良好的儲(chǔ)存空間。使得地層中出現(xiàn)局部的富水軟弱夾層，同時(shí)巖體蝕變后黏土礦物增多使得在水的作用下隔水巖體發(fā)生泥化，水浸后巖體塑性、強(qiáng)度降低，造成失穩(wěn)。

（１）降雨對(duì)地下水的補(bǔ)充

巖脈侵入擠壓形成的侵入破碎帶為地下水的流通提供了路徑。該地區(qū)雨水較為充沛，突涌發(fā)生處于隧址區(qū)的多雨季節(jié)，降雨后對(duì)地下水的補(bǔ)充是導(dǎo)致蝕變區(qū)巖體失穩(wěn)以及多次突涌事故發(fā)生的重要影響因素之一。

（２）內(nèi)外動(dòng)力對(duì)地層的擾動(dòng)

鉆爆施工會(huì)對(duì)地層造成擾動(dòng)，造成巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)展，地下水徑流改變，從而使得突涌風(fēng)險(xiǎn)提高。此外，海螺溝隧道火成巖巖脈蝕變區(qū)的突涌事故與地震呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)性。9·5瀘定地震及其余震引發(fā)了海螺溝隧道的多次突涌。

2.2 大變形災(zāi)害

2.2.1 災(zāi)害概況

瀘石高速杵坭隧道、得妥隧道以及烏斯河隧道出現(xiàn)了受巖脈影響的襯砌開(kāi)裂、侵限、塌方等問(wèn)題。杵坭隧道受巖脈影響以及地震作用，在巖脈位置發(fā)生二次襯砌的開(kāi)裂與拱底的隆起（圖4）。得妥隧道在穿越巖脈侵入地層時(shí)，也出現(xiàn)了由于巖脈分布引發(fā)的塌方事件。

2.2.2 災(zāi)害成因

結(jié)合地層巖性、施工方法，以及突涌時(shí)期的水文環(huán)境信息，總結(jié)瀘石高速沿線隧道大變形成因如下：

（１）巖脈侵入接觸蝕變帶圍巖穩(wěn)定性差

杵坭隧道與得妥隧道現(xiàn)場(chǎng)揭示地層存在輝綠巖巖脈及其蝕變帶。所揭示的輝綠巖巖脈呈松散碎裂結(jié)構(gòu)，無(wú)自穩(wěn)能力，其蝕變帶巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育且光滑。受此影響，杵坭隧道二襯受荷呈現(xiàn)偏壓受荷特點(diǎn)，同時(shí)圍巖抗力系數(shù)存在不均勻分布。得妥隧道輝綠巖巖脈則是發(fā)生松動(dòng)失穩(wěn)，造成初支上覆荷載增大導(dǎo)致塌方事件。

（２）地下水軟化作用

巖脈蝕變區(qū)巖體受地下水作用，膠結(jié)能力下降，巖體強(qiáng)度與自穩(wěn)能力顯著衰減。其中得妥隧道塌方區(qū)域地下水呈小股滲出，地層穩(wěn)定性受地下水影響顯著，在地下水的作用下，軟弱層出現(xiàn)持續(xù)性的松動(dòng)剝落。地下水作用是得妥隧道巖脈松動(dòng)失穩(wěn)的重要誘?因。

（３）內(nèi)外動(dòng)力對(duì)地層的擾動(dòng)

由于巖脈蝕變帶區(qū)域巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，膠結(jié)程度差，因此在內(nèi)外動(dòng)力擾動(dòng)下會(huì)造成失穩(wěn)松動(dòng)。其中，杵坭隧道是受到地震作用，使得局部巖脈區(qū)域襯砌荷載增大，形成局部偏壓受荷特點(diǎn)，同時(shí)不均勻的圍巖抗力系數(shù)導(dǎo)致在地震發(fā)生時(shí)，襯砌發(fā)生不均勻的變形響應(yīng)，增大了開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。得妥隧道則是在爆破荷載影響下，局部范圍的蝕變圍巖發(fā)生了裂隙擴(kuò)展，導(dǎo)致巖體松動(dòng)，造成塌方。

（４）支護(hù)強(qiáng)度與加固措施不足

對(duì)蝕變區(qū)域和巖脈探測(cè)技術(shù)的不成熟，造成施工時(shí)超前加固措施不足，使得開(kāi)挖揭示出巖脈侵入蝕變帶后，地層出現(xiàn)了失穩(wěn)進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)塌方、侵限等問(wèn)題。此外，對(duì)巖脈侵入蝕變帶的注漿加固措施或支護(hù)強(qiáng)度的不足，造成襯砌在后期的運(yùn)營(yíng)中安全系數(shù)較?低。

2.3 巖爆災(zāi)害

2.3.1 災(zāi)害概況

在青極壩隧道的施工過(guò)程中，在隧道進(jìn)口ZK15 599處遭遇了由于輝綠巖巖脈侵入引發(fā)的拱部巖爆現(xiàn)象。巖爆發(fā)生處圍巖穩(wěn)定性較好，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，同時(shí)干燥無(wú)水，圍巖為Ⅲ級(jí)圍巖。巖爆發(fā)生后，露出輝綠巖巖脈。

2.3.2 災(zāi)害成因

巖脈型巖爆相較其他巖爆類型較為特殊，結(jié)合其他工程的研究，可對(duì)巖脈型巖爆的成因進(jìn)行解釋??[6，10]：

（１）侵入巖脈的侵入擠壓作用會(huì)使巖脈周邊局部產(chǎn)生構(gòu)造應(yīng)力。隨著洞室開(kāi)挖后，洞周切向應(yīng)力的升高與巖脈侵入的構(gòu)造應(yīng)力疊加造成局部巖體應(yīng)力迅速上升，導(dǎo)致巖體壓剪破壞，發(fā)生巖爆現(xiàn)象。

（２）巖脈侵入往往伴隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成隧址區(qū)結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，結(jié)構(gòu)面的存在導(dǎo)致巖體裂紋擴(kuò)展貫通更容易發(fā)生破壞，使得在巖脈侵入擠壓作用下更易發(fā)生巖爆。

3 防控措施

巖脈侵入地層引發(fā)的突涌、大變形、巖爆事故，嚴(yán)重阻礙了施工進(jìn)展，危害施工人員生命安全，增加施工成本。因此需要針對(duì)巖脈侵入地層的災(zāi)害成因提出相應(yīng)的防控措施。

3.1 加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

由于巖脈形成是巖漿沿構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的結(jié)構(gòu)面、斷層等侵入形成的，因此分布形式與規(guī)模各異。必須采取多種物探與鉆探相結(jié)合的方法進(jìn)行探測(cè)，從而更加準(zhǔn)確地獲取掌子面前方的地質(zhì)信息。

（１）每次開(kāi)挖進(jìn)尺后需要對(duì)掌子面進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查。初步獲得掌子面前方地下水狀況、圍巖裂隙發(fā)育程度、圍巖等級(jí)以及特殊地質(zhì)構(gòu)造狀況。

（２）采用TSP地震波法進(jìn)行長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)，一般洞身段每100～150m探測(cè)1次，地質(zhì)復(fù)雜地段80m探測(cè)一次；采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行10～25m的近距離探測(cè)，通過(guò)長(zhǎng)、短結(jié)合，綜合判斷隧道前方的圍巖情況。

（３）對(duì)于有水地段，采用瞬變電磁法，對(duì)掌子面前方50m范圍的富水不良地質(zhì)體進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)富水位置打設(shè)加深炮孔與地質(zhì)鉆孔（1～5個(gè)為宜），記錄鉆進(jìn)速度、取芯情況、出水點(diǎn)位置、流量、水壓，從而探明地下水形態(tài)、發(fā)育程度及與地質(zhì)條件的組合關(guān)系，評(píng)估掌子面前方的突涌風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 突涌風(fēng)險(xiǎn)段處治技術(shù)

（１）當(dāng)遭遇大型富水巖脈侵入蝕變帶，可能產(chǎn)生涌泥、突水時(shí)，應(yīng)設(shè)止?jié){墻對(duì)掌子面前方進(jìn)行全斷面深孔預(yù)注漿，如圖5所示。注漿范圍根據(jù)前方富水蝕變區(qū)域大小確定。一般為開(kāi)挖輪廓線外6～8m。注漿工藝為前進(jìn)式分段鉆孔注漿、后退式鉆桿分段注漿和水平袖閥管束分段注漿相結(jié)合。

注漿材料以硫鋁酸鹽水泥單液漿為主，普通水泥?水玻璃雙液漿和普通水泥單液漿為輔，可注性較差時(shí)采用超細(xì)水泥漿液，空腔采用小水灰比普通水泥單液漿回填，如空腔較大采用泵送混凝土回填。

（２）當(dāng)掌子面前方地層的巖脈侵入蝕變帶厚度較小或巖質(zhì)較好時(shí)可對(duì)掌子面前方進(jìn)行深孔周邊預(yù)注漿，如圖6所示。注漿范圍根據(jù)前方富水蝕變區(qū)域大小確定。一般為開(kāi)挖輪廓線外6m。注漿工藝與注漿材料與全斷面注漿相同。

? （３）當(dāng)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，洞室開(kāi)挖后地下水呈大面積滲水或淋水狀，為了避免地下水的大量流失，可對(duì)滲水嚴(yán)重段進(jìn)行開(kāi)挖后周邊注漿，如圖7所示。采用間距150cm的 42注漿小導(dǎo)管對(duì)3.5m范圍內(nèi)的圍巖進(jìn)行注漿加固。

3.3 大變形段處治技術(shù)

（１）處治原則

采用“先柔后剛、先放后抗、控制變形、及時(shí)封閉”的原則處治，以“主動(dòng)適應(yīng) 強(qiáng)支撐”的綜合處治方式為主。

（２）提高圍巖預(yù)留變形量

為了避免大變形造成的侵限問(wèn)題，將預(yù)留變形量增大至30～40cm。

（３）支護(hù)結(jié)構(gòu)及時(shí)封閉

加強(qiáng)施工控制，及時(shí)封閉支護(hù)結(jié)構(gòu)。同時(shí)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，變形速率 5mm/d。

（４）增大加固范圍

采用長(zhǎng)短錯(cuò)桿結(jié)合，增大加固范圍，由外到內(nèi)，逐步控制圍巖變形。

（５）采用雙層二襯

對(duì)變形較為嚴(yán)重的地段，采用雙層二襯來(lái)增大支護(hù)剛度以及支護(hù)強(qiáng)度。雙層二襯由第一層50cm厚的C35鋼筋混凝土和第二層30cm厚的C35鋼筋混凝土構(gòu)成，雙層襯砌的仰拱一起施作。

（６）超前小導(dǎo)管施作

對(duì)于蝕變嚴(yán)重段，可采用單層小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)（圖8）。在拱部120°范圍內(nèi)采用長(zhǎng)度4.5m的 42 4mm的小導(dǎo)管，管體長(zhǎng)度4.5m，環(huán)向間距40cm，外插角5°～12°。采用早強(qiáng)單液水泥漿進(jìn)行注?漿。

3.4 巖爆段處治技術(shù)

由于巖脈型巖爆多發(fā)生在拱部，且其發(fā)生機(jī)制與其他類型巖爆不同，因此對(duì)于巖脈型巖爆需要制定特殊的處治方案，采用主動(dòng)控制的超前支護(hù)技術(shù)進(jìn)行巖爆控制?[6]。

對(duì)于揭示出的拱部巖脈侵入地層，在可能發(fā)生巖爆的區(qū)段，開(kāi)挖前，在掌子面的拱部以5°～10°外插角施作超前小導(dǎo)管，如圖9所示。超前小導(dǎo)管以比爆破進(jìn)尺長(zhǎng)不小于1.0m，間距不大于0.4m為宜，并根據(jù)巖爆發(fā)生情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)瀘石高速沿線隧道由于巖脈侵入引發(fā)的工程災(zāi)害進(jìn)行總結(jié)，歸納了巖脈在隧道建設(shè)中引發(fā)的主要工程災(zāi)害類型并分析了其成因，最后提出了治理方法，主要結(jié)論如下：

（１）對(duì)于侵入巖脈地層，當(dāng)存在大面積的侵入蝕變帶并伴隨地下水作用時(shí)，容易引發(fā)大變形災(zāi)害，當(dāng)?shù)貙又写嬖诿黠@的儲(chǔ)水區(qū)域時(shí)，則容易引發(fā)突涌災(zāi)害。而在Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖干燥無(wú)水區(qū)域出現(xiàn)侵入巖脈現(xiàn)象則更容易出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象。

（２）火成巖侵入蝕變區(qū)域的突涌與大變形均是由于巖脈的侵入作用以及蝕變作用，使得圍巖破碎松散，同時(shí)黏土礦物增多，在地下水作用下發(fā)生泥化，在內(nèi)外動(dòng)力的進(jìn)一步作用下導(dǎo)致失穩(wěn)。不同點(diǎn)在于突涌事故往往伴隨著地層中一定規(guī)模的富水區(qū)域，在地下水的裹挾作用下，失穩(wěn)圍巖轉(zhuǎn)變?yōu)橥挥俊?/p>

（３）火成巖侵入造成的巖爆則更多是發(fā)生在圍巖條件較好的Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖，火成巖侵入擠壓作用以及伴隨的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致局部范圍內(nèi)巖體存在較大的構(gòu)造應(yīng)力，而隧道開(kāi)挖造成的洞周切向應(yīng)力增大會(huì)促使巖體裂紋擴(kuò)展發(fā)生失效從而導(dǎo)致巖爆。

（４）對(duì)于巖脈侵入引發(fā)的突涌災(zāi)害，加強(qiáng)超前預(yù)報(bào)并選擇合適的注漿加固方案是控制關(guān)鍵。對(duì)于大變形災(zāi)害采用主動(dòng)適應(yīng) 強(qiáng)支撐的控制方案，提高支護(hù)強(qiáng)度、采用超前支護(hù)措施、加大洞周加固范圍。對(duì)于巖脈型巖爆則可采用拱部小導(dǎo)管注漿方案進(jìn)行控制。

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