高速公路隧道涌突水機制及防治措施

周陳嬰（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，武漢430056）

高速公路隧道涌突水機制及防治措施

周陳嬰
（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，武漢430056）

高速公路建設的發展，不可避免地要建立隧道工程，對地下含水層造成影響，導致出現隧道涌突水的現象。論文對高速公路隧道涌突水出現的原因進行了分析，介紹了高速公路隧道涌突水機制的兩個基本條件，分析了高速公路隧道涌突水的防治措施，以促進高速公路隧道涌突水現象的解決和促進更完善暢通的交通建設的發展。

高速公路；隧道；涌突水機制；防治措施

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.019

1 高速公路隧道涌突水出現的原因分析

簡單來說，高速公路隧道涌突水出現的原因是在隧道穿過巖溶地區時，為了施工的順利進行，需要進行適當的人工挖掘甚至爆破工程，這就會對周圍的巖石等造成影響，導致巖石的松動，進而影響了地下水的正常流向，對地下水原有的平衡狀態造成了影響，這時就會出現涌突水的問題[1]，對正常的交通運輸的發展造成不利影響。除此之外，還與當地的降水有關，就是說，如果當地的降水量過大，降落到地表的大量的雨水會滲透進入巖溶地層變成了巖溶水，然后這些巖溶水又進入了隧道，造成了涌突水現象。一般來說，隧道涌突水包括掘進突水和暴雨突水兩種，掘進突水是挖掘進入了靜水壓力較為強大的巖溶地層而造成的；暴雨突水是因為大量的降水導致巖溶地層產生洪流，水位上升，就會出現涌突水。

2 高速公路隧道涌突水機制的兩個基本條件

2.1 水源

水源是高速公路隧道涌突水問題出現的根本原因[2]。這里的水源包括4種：首先，是含水層的存在，尤其是承壓含水層，承壓含水層在經受不住外力的影響時就會出現涌突水；其次，是隧道工程外部會遇到的江河湖海等水源；第三，是溶洞積水；第四，是一些倒灌水，尤其是在發生洪災時而向地下倒灌的水源。這4種水源只是最常見的集中類型。

2.2 通道

1)隧道直接穿過含水層

僅有水源，沒有通道（即隧道）的建設，沒有流動的通道和條件，涌突水也是不會出現的。這種情況有很多種，其中最典型的就是隧道直接穿過水源區，對地下含水層造成極為重要的影響，進而造成涌突水，在隧道直接穿過水源區的時候，如果沒有采取相應的措施，沒有提前將地下水位降低，就會出現突水現象。圖1是隧道直接穿過水源區的示意圖。

圖1 隧道直接穿過含水層示意圖

2)施工活動的影響以及地質自身的斷裂現象

在施工進行過程中，不可避免地會對地質造成影響，產生斷層、裂縫等現象，這就會為地下水提供一定的通道，出現突水現象。一般斷裂地帶即為地下水最為豐富的地區，這也很容易導致突水現象。斷裂現象引起的突水現象如圖2所示。其中，圖2a表示張性斷裂導致的突水現象，圖2b表示壓性斷裂再加上施工的影響，會導致力學狀態發生改變而出現突水現象，圖2c表示斷裂的擴展現象，也是在受到施工影響之后出現的突水問題。

圖2 斷裂突水型式示意圖

3 高速公路隧道突水的防治原則

3.1 超前地質預測原則

經過調查研究發現，絕大多數發生隧道突水問題的高速公路，它所在地區的水文地質以及工程地質情況都較為復雜，盡管在工程勘測過程中，已經對這里可能存在的地質問題有了一個基本掌握，但是,僅僅通過這種方式卻很難對深部巖溶的細節有一個精準把握。所以，在高速公路施工過程中，應該采取先進科學的方式來進行超前地質預測預報，對隧道周邊以及一定范圍內的巖溶等地質情況有一個準確把握，并將其作為降低隧道突水事件發生幾率的重要依據。

3.2 分類管理原則

結合不同類別的巖溶隧道，分別制定行之有效的隧道突水防治措施以及應急預案，以便在發生隧道突水的第一時間就能對其進行有效治理。另外，制定突發事件防范應急預案、復雜地質、工程難題設計與施工預案、重點工程等內容，對不同類型的巖溶隧道進行管理，讓高速公路施工過程中的每一個細小環節都處于實施監督之下，從而大幅度降低發生隧道突水事件的幾率。

4 高速公路隧道涌突水的防治措施分析

4.1 排水法

排水法主要包括自然排水法和機械排水法。自然排水法又包括鉆孔排水和導坑排水。鉆孔排水主要是在掌子面上使用水平大口徑鉆順沿著洞軸線的方向進行鉆孔，這樣地下水就能夠通過鉆的孔流走，實現對突水的及時排出。但是，這種情況的施工速度較慢。導坑排水法也因具體情況而采取不同的措施，比如在上坡的隧道中，且其坡度大于或等于0.3%，就可以采用這種方法。當遇到斷面較大的隧道時，并且地下水又比較豐富，就需要采用旁洞排水的方法，但其成本較高。機械排水法受到隧道的地質、土壤以及水壓等環境的影響，在砂礫、粗、中、細砂等地層可以采用井點排水的方法，如果需要大幅度地降低水位，則需要采用深水降水法了，但也需要井點排水的輔助。

4.2 止水法

止水法的具體方法也有多種，比如凍結法、壓氣法、灌漿法等。在隧道的地質較為復雜的情況下，尤其是在深厚的沖擊層中，可以考慮采用凍結法，這樣較為安全，但這種方法需要大規模的制冷設備，成本較高，且需要的時間較長；在比較軟弱的地層一般需要采用壓氣法，但這種方法只能在水壓小于0.3MPa的時候應用；灌漿法技術的應用目前最為廣泛，發展業最為成熟，尤其是在水壓較高的地區和斷層破碎的地質條件下很實用。

4.3 繞避法

在遇到地下水層很豐富的地質條件的時候，并且隧道的方向與其方向是垂直的情況時，就需要采用這種方法了。比如郁山隧道和通海隧道就應用了這種方法。

4.4 針對復雜地質問題的特殊方法

1)斷層破碎的地質問題

在這種情況下，可以利用強行噴混凝土、錨桿支護，然后設置小孔徑排水孔和錨桿孔，排水孔的數量可以適當豐富一些，并與盲溝相結合。

2)向斜地質條件的中心地帶

向斜地質構造是儲水的構造，這就要求在施工的時候要建設橫向排水洞，在洞口的位置需要用混凝土襯砌，其他部分用錨噴襯砌。

3)地下暗河

這種情況采取的防治措施是“要疏禁堵”，盡量避開地下水的位置。具體的措施為：首先查清楚地下暗河的流向、水位等基本條件，先將引水洞建立起來，然后將地下暗河通往施工開挖口的地方封堵。有的時候地下暗河比較凌亂，這就需要進行堵水灌漿。如果隧道的高度與地下暗河的深度相同，那么就需要先挖開一條地下引水洞，讓水源從地下引水洞流走。

4)富水溶洞

遇到富水溶洞時，首先要弄清楚涌水的具體原因。溶洞水的流向很清楚明確時可以盡量進行疏導，不要輕易改變其總體趨勢；如果溶洞額形成還不是很成熟，可以采用注漿的方法。當溶洞出現在隧道的頂部時，就需要將格柵鋼架和管棚鋼管焊接起來,然后噴射混凝土，且其范圍要大于等于20cm，使其形成穩定的鋼性結構。

5)突發情況導致的涌突水現象

這時需要采取特殊策略進行解決，比如，臨時施工或者自然災害引起，需要具體情況具體分析，進行修整。需要專業的檢測人員到現場進行檢查，防止不必要的災害發生。

5 結語

在處理隧道涌突水的問題時需要因地制宜，首先要看查清楚當地的地質環境以及地下水的具體情況，例如水量、流向、水壓等，然后采取相應的解決方法和預防措施，與此同時，還要考慮周圍環境的影響，最大限度地減少對周圍環境的影響。只有對涌突水問題進行了妥善的處理，才能保證我國的高速公路運輸的順利發展。

【1】江亦元,王星華.昆侖山隧道滲漏水原因探討及治理[J].中國鐵道科學,2005,26(4):52-56.

【2】張佰戰,林應丑.京滬高速鐵路南京上元門越江工程(橋梁)水文泥沙問題試驗研究[J].中國鐵道科學,2001,22(3):47-50.

Highway Tunnel GushingWater Inrush Mechanism and Prevention Measures

ZHOUChen-ying
（CCCCSecondHighwaySurveyandDesignInstituteCo.Ltd.,Wuhan430056,China）

With the development of highway construction in China, inevitably, to build a tunnel project, affect the undergroundaquifer, and it appeared the phenomenon of tunnel gushing water bursting. This article first to highway tunnel gushing water inrushreason is analyzed, and then introduces the highway tunnel gushing water inrush mechanism of the two basic conditions, finallyanalyzes the highway tunnel gushingwater inrush preventionmeasures, to further promote the solution of the highway tunnel gushingwaterburstingphenomenon,promote thedevelopmentofmore perfect unimpededtraffic construction

highway；tunnel；gushingwaterinrushmechanism；preventionandcontrolmeasures

U453.6+1

B

1007-9467（2016）12-0080-02

2016-08-25

周陳嬰（1980～）,男，湖北武漢人，高級工程師，從事公路工程勘察設計及項目管理研究。