王 闖

（江蘇省水文地質海洋地質勘查院，江蘇 淮安）

引言

隧道突水突泥是在隧道施工中最為嚴峻的地質災害。在隧道工程施工過程中，發(fā)生地質災害還會引發(fā)塌方、地表水枯竭等問題。給隧道施工帶來嚴重危害，使得設備掩埋，地表塌陷，導致施工進度緩慢，嚴重時還會發(fā)生安全事故。在多變的地質條件影響下，需要不斷提升勘察水平，增加了巖溶隧道的施工進度，可以實時對地基承載力進行分析，防止隧道發(fā)生突水突泥的災害。根據實際情況選擇正確的開挖方法，按設計的參數進行初期支護，減少對圍巖產生的擾動。同時，通過分析突水突泥發(fā)生的機理，能夠同時得到隧道的沉降變化規(guī)律，通對塌方段進行工程施工。根據地基數據，能夠有針對性對隧道施工進程進行推進，達到較好施工效果[1]。在工程建設過程中，對隧道圍巖進行穩(wěn)定性監(jiān)測，減少地基的側移程度。對特殊部分加以處理，能夠在斷層條件下運用新的注漿設計對支護進行優(yōu)化。通過注漿堵水加固的方式能夠有效控制拱頂的沉降，獲取沉降規(guī)律，順利通過突水突泥段。同時，運用管道引排水還可以節(jié)約施工成本，達到較好的整治效果。由于隧道施工難度高，在工程施工中的造價高，施工安全性差，地質勘查情況不完善，使得不同地段的突水突泥災害事故頻發(fā)，結果難以符合預期[2]。因此現階段，以隧道突水突泥地質災害成因分析與治理方法為研究目標，結合實際情況進行研究與分析。

1 地質災害成因分析與治理

1.1 隧道突水突泥地質災害成因分析

地下水位變化是隧道涌水突泥過程中最為重要的因素，在隧道施工中由于發(fā)生涌水問題會導致地表塌陷的問題。當隧道穿越高壓富水斷層時，巖體的厚度發(fā)生剪切破壞，使得圍巖平衡發(fā)生變化，當釋放地下水所存儲的能量后會發(fā)生突水問題[3]。當地下水攜帶有大量泥砂時會形成突泥現象。在隧道施工過程中，發(fā)生突水突泥的位置在斷層帶等一些地質結構較為特殊的區(qū)域。這些破碎松散的巖體中含有大量的地下水，為隧道開撐掌子面隔水層的敏感地帶。在區(qū)域張性斷層附近的隧道涌水量更加多。由于巖石承受的突水壓力小，使得巖層抗剪強度會在水壓力的作用下發(fā)生變化，這樣在開挖過程中就會形成突水突泥的問題。其中，花崗巖的涌水量通常為0.52～0.6 m3/km，灰?guī)r等涌水量更多[4]。當隧道長度過長時，其單位涌水量也會增加，發(fā)生突水突泥地質災害的可能性就會變大。在隧道開挖過程中，環(huán)境因素也會造成隧道的涌水災害發(fā)生，大氣降水等使得涌水量大幅度增加。同時，根據巖層組合特征，灰?guī)r在薄層與厚層的中間地帶容易發(fā)育溶洞，這樣就會形成地下水和填充物滲流的通道。巖溶構造在隧道穿過部分時間內發(fā)生突泥的現象，在相同的溶洞中突泥的特征也有所不同。

1.2 隧道突水突泥治理方法

1.2.1 地表封閉加固

由于隧洞水體含水量大，流動性強，使用注漿堵水的方法難以達到預期效果[5]。所以運用堵截處理的方式，將地表水補給進行截斷，具體見圖1。

圖1 地下水截引排處理

根據隧洞的地表情況，為了防止地表水滲入形成突水突泥的危害，保證隧洞內施工的安全。需要對地表進行封閉與注漿加固施工。根據隧道突水突泥的情況，首先對隧洞進行清淤。在隧洞外布設排水溝，如果遇到淤泥較多區(qū)域需要用塑料袋裝土來堆砌止?jié){墻。這樣能保證完成抵御淤泥壓力。清理淤泥過程中，按照一定間隔進行分割，并使用泥漿泵按照分段依次清理隧洞淤泥。如果遇到非淤泥區(qū)域則選用大塊預制石塊進行堆砌止?jié){墻，能夠抵抗泥渣壓力[6]。在對隧洞地表進行清理過程中，對于泥渣的清理要在距離掌子面15 m 位置停止。在堆砌止?jié){墻過程中，需要在不同級止?jié){墻中埋設一定數量的水管來排放積水。同時，制作仰拱至距離掌子面40 m 處。為了能夠有效加固，需要對隧道破碎帶的圍巖進行初期支護。選用C21 注漿錨桿進行橫向支護。使用水泥漿進行注漿，設置起始注漿壓力為0.75 Mpa。同時，鋪設鋼筋網，在開挖面上噴射4 cm 砼后進行超前小導管注漿支護。為了能夠使得初期支護在短時間內形成鋼支撐，可選擇使用工字鋼進行加強支護。

1.2.2 二次襯砌

在進行支護加固后，通過二次襯砌措施完成施工。首先，結合隧道所處地質構造對水源進行分析。其次，選取合適的隧道斷面輪廓。由于圍巖條件的不同，初期支護及二次襯砌的厚度也有所變化。所以，需要對襯砌進行設計。具體的隧道復合襯砌設計參數見表1。

表1 襯砌結果設計參數

結合設計數據進行隧洞開挖，根據掌子面最大位移值的變化，對不同工況下的襯砌最小安全厚度進行計算。其計算公式為：

式中：μ為抗拉強度；p 為水壓力。在施工現場作業(yè)時，根據計算模擬分析，確定臨界距離。在隧洞開挖后進行特殊處理。采用橫向錨桿對圍巖進行加固，適時施工進行二次襯砌，保證突水突泥效果符合標準，實現隧道安全施工。

2 測試與分析

為了驗證本文治理方法的有效性，在隧道開挖后，以圍巖變化特征為例，對掌子面開挖推進距離在80 m 時的掌子面涌水量結果進行測試。設置4 個小組，其中小組1～3 運用傳統方法，小組4 運用本文方法。隨著地下水位不斷升高，對4 個小組的掌子面涌水量程度進行對比分析，判斷在施工中哪種方法能夠減少突水突泥現象，達到較好的治理效果。

2.1 工程概況

隧道起始樁號為K15+145～K15+175，兩洞中心線間距為25 m，隧道的最大埋深為127 m，由出口進洞開挖。采用噴錨支護的方式襯砌。隧道中的地質主要為變質作用下的混合石英巖，分級為V～IV 級。在洞口與斷層中存在導水斷層，在隧道開挖時，洞內突水量會增加，洞室開挖中以涌流狀出水為主。隧道右線為IV 級圍巖，掌子面以強風化為主，同時含有水量較大。整體穩(wěn)定一般，局部稍有滲水。

結合工程的斷層結構特征，分析了地層巖性特征。隧道開挖后，對隧道斷層突水突泥進行分類。隧道開挖進入斷層帶后，應力急劇變化，隧道洞周出現拉應力區(qū)增大現象。所以針對這種現象，需要分析隧道開挖穿越斷層破碎帶過程中，掌子面變化情況，得到在推進過程中的位移分布云圖。根據位移場的變化情況，進行監(jiān)控測量。在推進過程中，地下水的涌水量會增加，隧道開挖至斷層帶時，隧道滲流速度大幅增加。地下水沿巖體內的裂隙不斷滲透，造成隧道巖體失穩(wěn)。所以需要對隧道的斷層破碎帶進行相關試驗。

2.2 結果與分析

隧道開挖后，在掌子面開挖推進距離為80 m 時，得到4 個小組的掌子面涌水量隨地下水位變化結果，具體見圖2。

圖2 水位埋深掌子面涌水量結果

由測試結果可知，在隧道開挖后，地下水位逐漸升高，4 個測試小組的掌子面涌水量均發(fā)生改變。在隧道開挖不斷深入達到80 m 時，3 個對照組均在1 300 m3/d 以上，隨著水位抬升會增加涌水量，使得隧道穩(wěn)定性降低，容易發(fā)生災害。而運用本文方法的小組4掌子面涌水量為1 200 m3/d 以下，相同水位引發(fā)的滲流產生的涌水量的基本穩(wěn)定在預期目標范圍內，在施工中不容易發(fā)生突水災害。說明運用本文治理方法，能夠提升圍巖的抗剪輕度，減少發(fā)生屈服現象。在水位抬升時能夠控制隧道的變形程度，減少涌水量對巖體的沖刷，使其無法形成突水突泥通路，達到良好的治理效果。

綜上所述，通過對隧道突水突泥的成因分析，結合本文治理方法能夠在隧道施工過程中重視地下水對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，切實有效對隧道涌水量進行控制，防止地下水在裂縫中流動的可能。通過降低滲透性來使得防止斷層破碎帶內的粘土被水流沖走，加固隧道圍巖，減少突水突泥等地質災害發(fā)生風險。結合實際工程項目，通過保持隧道圍巖豎向位移，縮小塑性區(qū)范圍，從圍巖穩(wěn)定性角度能夠分析隧道發(fā)生突水突泥的成因。在治理過程中需要根據地質材料分析，對治理區(qū)域的含水構造進行總結，按照堵排結合的方式進行統一治理，使得隧道工程的安全性得到提升。

結束語

本次研究從隧道問題入手，深入分析地質災害形成與治理問題，探究了隧道突水突泥地質災害成因分析與治理方法。對隧道地質災害進行有效監(jiān)測，從而可以總結出地質災害形成的特征，減少相關地質災害對于隧道安全的影響，對周邊生態(tài)環(huán)境有積極作用。通過探測了突水突泥段的地質情況，得到隧道突水突泥的規(guī)律特征。但是本文方法中還存在著不足，比如初期支護加固問題，管棚參數設計問題，超前支護施工問題等。今后應更加完善施工，分析了隧道突水突泥的成因，解決了隧道突水突泥處的問題。通過防治方法對水突泥段地質進行實時監(jiān)測，及時對于該問題進行評價和改善。通過排水降壓，圍巖穩(wěn)定性進行監(jiān)測，對超前管棚支護進行優(yōu)化，實現對于隧道突水突泥地質災害成因分析與治理方法的良好應用。