巖溶隧道涌突水災害源類型及災害防治分析

胡迪勇, 徐 鐘, 王坤云, 楊 竹, 王夢斐, 黃真璞

(成都理工大學 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059)

1 引言

在復雜巖溶區隧道施工期間常遇到涌突水災害問題，涌突水災害問題在一定程度上制約著工程進度。近年來，由于隧道涌突水災害造成的人員傷亡、設備損壞、工期延誤的安全事故眾多[1]。研究表明，隧道涌突水已成為最嚴重的地質災害之一，如何防治隧道涌突水災害是我國當前面臨的一大難題。目前隧道涌突水災害防治以“以防為主，防治結合”為方針，以“遠程控制，中程防治，近距加固”為步驟[2]。如鄒靜嫻等[3]從防、排、堵、截4個方面，闡述了隧道施工時誘發的涌水災害可采取的防治措施。

2 涌突水災害劃分

隧道涌突水由災害源、突涌水通道和防突結構三部分組成[4]，災害源是指突涌水災害發生需要的源動力和物質基礎，涌突水災害源的合理分類對制定對應的防治措施有著重要指導作用。通過研究巖溶隧道突涌水災害案例，從災害源的角度將突涌水災害劃分為裂隙型、管道型、溶洞型、其他型4種類型，其中其他型主要分為斷層型、巖層分界型、暗河型。災害源類的典型案例、涌水性特征及示意圖見表1。

表1 災害源類的典型案例、涌水性特征及示意圖

3 隧道涌突水防治原則

現有隧道涌突水防治原則為：封堵與導排結合原則；超前地質預報與預警機制相協同原則；實時監測、信息化跟蹤、隨偏隨糾動態調控原則，同時滿足防治措施合理、適用、高效，結構安全、穩定、經濟原則。

4 隧道涌突水防治措施

巖溶隧道突水災害防治總體上可采取“避、繞、堵、排、固”的防治措施，針對不同災害源引發的隧道突水災害提出了引排、泄水洞設計、填充物加固、水通道封堵、選線避繞、涌水突防層注漿加固及釋能降壓7種具體的巖溶隧道涌突水災害防治措施。對于復雜的地質含水體，可采取多種防治措施相結合的綜合治理方案。巖溶隧道涌突水綜合防治方案流程見圖1。

圖1 巖溶隧道涌突水綜合防治方案流程圖

4.1 前期工作

4.1.1 工程地質勘探

涌突水地質災害最主要的因素與地質構造相關，尤其與斷層、溶洞等不良地質位置分布有關。工程地質勘探通常采用地質鉆探、坑探和物探深入巖層取得工程地質資料，探明涌突水的地質條件：巖層巖性及地質構造條件；探明斷層、分界面、破碎帶的空間分布和變化；水文地質條件主要有地下水分布、地下暗河等。

4.1.2 水力聯通試驗

通過對地下含水區域進行水力聯通試驗，探查明涌水治理區間涌水通道的相互聯系，探明地下水主要流通路徑，為巖溶涌水災害的封堵、引排等防治措施提供詳細資料，有利于實現在涌突水防治方案中對主要涌水通道的重點封堵，可以減少工作量，節約施工材料及縮短防治工期，同時為災害防治措施的注漿設計、材料選取及改進提供依據。

4.2 事前控制

4.2.1 超前地質預報

由于巖溶地質情況的復雜性和災害突變性，圍巖中存在的隱伏溶腔和承壓水影響著隧道安全，超前地質預報可探測掌子面及周邊破碎帶、富水區域、隱伏溶洞等不良地質情況，提前根據預報資料進行必要的災害防治措施，能大大減少涌突水等地質災害的發生。超前地質預報、巖溶情況探查等地質勘探工作已成為隧道開挖前必不可少的工序。

4.2.2 動態預警機制

動態預警機制通過數據收集、數據處理、預警、應急處理四大流程建立。對涌突水前兆信息的收集、識別及規律分析，進行及時預警，如果達到隧道安全設計的預警值，應及時啟動應急預案，排除危險因素后才能正常施工。通常采用傳感器對應力場、位移場、溫度場、巖體水壓進行數據信息收集，根據收集的信息結合地質勘察報告資料、現場施工條件信息、超前地質預報信息等分析涌突水的演化規律，建立隧道突涌水動態預警機制。動態預警機制的整套流程有利于實現對涌突水災害的主動防控。

4.3 巖溶隧道涌突水處理措施

4.3.1 裂隙型涌突水防治

裂隙型涌突水宜采用以封堵和注漿加固為主的防治方案，具體如下：

(1)密集鉆孔封堵。由于裂隙型涌突水的點較分散、范圍較廣的特征，注漿治理區域中應增大鉆孔注漿設計密度，實現對涌水裂隙通道整個區域的封堵與加固。

(2)注漿量應與壓力相協調。由于裂隙型涌突水在注漿封堵過程中，裂隙通道會慢慢封堵，注漿壓力應與注漿量相協調。可根據注漿情況適當降低注漿終壓，避免注漿壓力過大造成圍巖的變形破壞。

(3)對于連通承壓水通道的節理裂隙，注漿防治宜采取“引水泄壓、涌水突防層加固”聯合的防治措施。

4.3.2 管道型涌突水防治

管道型涌突水可采取引排、封堵和堵排結合的防治方案。在雨水較多的巖溶地質山區，宜連通含水區域管道,保證主要水流路徑暢通，再進行集中引排措施，避免巖體儲存過大水壓。

4.3.3 溶洞型涌突水防治

在巖溶地質條件下，溶洞引發的突涌水災害最為常見，災害防治應當以儲水體結構的注漿充填、阻擋和引排為主。防治措施有優化隧道選線，避開可能誘發涌突水災害的區域；大中型巖溶儲水體結構防治時，可采用骨料充填和注漿封堵相結合的措施，骨料與注漿材料同步注入溶洞，可節約注漿材料，保證填充材料的結合強度，減小混合料滲水性；填充型溶洞防治時，可采用防水突防結構層加固、修建排水溝和泄水洞的措施。

4.3.4 其他型涌突水防治

(1)斷層型：隧道施工遇到可斷層破碎帶時，施工擾動可能誘發突水突泥災害，通常情況可采取超前注漿加固防水的防治措施。當遇到含水量大、水壓高等危險性較大的施工區域時，可采取的災害防治措施有：全斷面超前注漿；增大斷層區域注漿范圍、設計平導輔助排水；軟弱破碎帶斷層超前注漿堵水。

(2)巖層分界型：分為分界面兩邊為可溶巖和非可溶巖以及分界面兩邊為兩種可溶性不同的巖體兩種情況。由于可溶巖具有溶解性、儲水性逐步增大的特點，可采取超前隔水層、注漿加固降低巖體可溶性的防治措施。

(3)暗河型：優先采取選線避繞和改變隧道高程跨越的措施；不能避繞時，可采取修建涵管疏通暗河減少水壓作用，同時修建泄水洞以備涌突水災害，也可采取注漿截水的措施。

5 結論

(1)本文從災害源的角度將突涌水災害劃分為裂隙型、管道型、溶洞型、其他型4種類型，分析了每種類型的涌水特性。

(2)總結出涌突水防治原則，即封堵與導排結合原則；超前地質預報與預警機制相協同原則；實時監測、信息化跟蹤、隨偏隨糾動態調控原則。

(3)從系統性角度分析了巖溶隧道涌突水綜合防治方案流程，針對相應的災害源涌突水類型確定了具體的防治措施。