淺析隧道涌水原因及處理措施

摘要：本文結合某隧道涌水塌方段地質條件的調查、前期勘察及開挖揭示資料，對隧道涌水的成因機制進行研究。根據地下水運動規律，根據本隧道的涌水特征選擇止水法處理涌水。研究結果可為今后類似條件下隧道施工中的涌水處理提供參考。

關鍵詞：隧道、涌水、止水法

1、引言：

隧道工程是一項技術復雜涉及學科眾多的學科，目前在隧道施工過程中遇到的涌水地質災害問題日趨突出，被勘察設計部門列為隧道修建過程中必須首先考慮的重點問題之一。并且目前我國的公路和鐵路隧道眾多，據統計至今修成的公路隧道中約40%的隧道都存在著嚴重程度不等的滲透水和涌水問題，影響了公路運行。尤其是在隧道的掘進過程中，有時會遭遇到特別大的涌水或突發的涌水狀況，不僅非常影響工期，有時會造成人員的傷亡。解決這一問題的關鍵之處在于，做好隧道修建過程中可能的涌水段的識別、涌水原因的分析以及提出行之有效的治理措施。針對這一問題，國內外的許多專家和學者都進行了長期的努力和研究，這也成為了一項共同研究的重大課題。

2、形成原因：

隧道斷層帶發生涌水的原因與隧道開挖區的水文地質環境有著密切的關系，例如隧道周邊的水源補給條件、周邊圍巖的存儲條件、斷層裂隙之間的聯通條件等。

2.1補給水源

隧道開挖時發生涌水的首要條件是隧道周圍的補給水源較為充足，涌水的補給水源主要有以下幾種：地表大氣降水、老窯水、古礦洞水、地下暗河水、溶洞內積水、斷層水、裂隙水。在以上補給水源中地表大氣降水、老窯水、古礦洞水、地下暗河水、溶洞內積水容易引發涌水，對隧道施工的正常進行威脅最大；在隧道施工過程中斷層水、裂隙水是涌水最常見的補給水源。涌水不僅惡化作業環境，影響隧道的正常施工，還會致使掌子面圍巖強度和穩定性降低，增加施工的難度。

2.2存儲條件

斷層段巖體受反復地質運動的影響，地質構造極為復雜，受兩邊巖體擠壓和多次豎向拉伸作用影響，巖石破碎，透水能力強斷，裂隙空間大，地下水在該區域運移通暢，儲存空間廣泛。

貯存在斷層裂隙中的地下水稱為斷層水，在隧道的掘進施工中，經過的斷層帶，很大部分都會賦存數量不定的斷層水，所以，斷層水在隧道施工中較為常見，一般情況下，斷層中存儲的地下水量并不是很大，單純的斷層水對隧道施工的影響不是很大，但是，當破碎斷層作為隧道與地表水或地下暗河的連通通道時，斷層水得到源源不斷的補充，就會以涌水的形式出現，對隧道的施工和安全造成嚴重影響。

地下水在隧道斷層中的存儲形式有兩部分構成，一種稱為靜儲量，即隧道開挖前，段層中長期賦存的地下水，但是，當隧道開挖破壞斷層構造面以后，地下水經過隧道臨空面不斷的涌出，此時地表水體就會補給斷層中的地下水，形成動儲量。如果斷層水沒有充足的補給水源時，在施工排水中靜儲量將不斷減少，直至斷層水被全部疏干。在隧道開挖早期，斷層水以靜儲量為主，隨著地下水的不斷排出，動儲量的比例將逐漸增加。

2.3連通條件

隧道破碎斷層段圍巖的透水性強，作為隧道與地表水或地下暗河的連通通道，使地下水得到源源不斷的補充，為涌水提供了通道。

涌水塌方段山體中斷層帶及其影響帶內劈理、揉皺等次級構造較發育，透水性強，并且山體內這些斷層、相互交接，部分互通并延伸于地表，通過斷層裂隙與地表水和表層孔隙水產生水力聯系，而且向地下延伸極遠，深于隧洞所在部位。

3、隧道施工涌水處處理措施

在涌水或滲水嚴重的圍巖段，水的侵蝕對初期支護混凝土具有腐蝕性，長時間作用會破壞初期支護的受力結構、影響隧道使用壽命。地下水大量進入隧道排水系統，不僅會加重隧道排水系統的負擔更會使地下水位下降影響地表植被。

該隧道六級圍巖位于F4破碎斷層帶，該斷層地表為山區低洼地形，形成了一個很大的匯水區，大氣降雨及遠山地表水都可以匯集于此。下部為F4斷層破碎帶，圍巖以黃褐色奧陶系（Oz）的壓碎巖，角礫巖、糜棱巖，斷層泥為主，強風化，節理、裂隙極發育，圍巖極為松散破碎，整體穩定性極差，滲水嚴重。地下水在斷層裂隙中運移暢通無阻，隧道掘進到該斷層帶時，洞內水量明顯增大。涌水、突泥現在頻繁出現，嚴重地影響隧道結構的質量和施工的正常進行，隧道掘進過程中暫停工不斷。

目前在國內外隧洞施工中，涌水處理的方法大體上分為兩大類，即排除涌水的方法（排水法）和阻止涌水的方法（止水法）（見圖1）。

圖1 涌水處理方法

經隧道涌水原因分析可知，該隧道斷層水存儲量豐富，地表水源補給充足，連通條件良好，開挖后地下水能得到源源不斷的補償，如果采用排水法，由于地下水補給充分，勢必導致水害治理工作進行得不徹底，給工程帶來各種水害影響，產生種種不良的后果，同時又可能造成水源枯竭，影響生態環境和周邊群眾的正常生活，而且涌水會把圍巖裂隙中的填充物質一并帶走，使得地下水運移更加暢通，增強了地表降水的補給。

需要注意的是在涌水段開挖施工時應采用三臺階七步開挖法，隧道掘進過程中掌子面自上而下分為上臺階、中臺階、下臺階以及仰拱四個不同的部位分別進行開挖支護，前后左右一共七個不同的施工面互相錯開，同時開挖、支護，形成閉合的整體，縮短施工循環時間，穩步向隧道縱深掘進。三臺階七步開挖法實際與雙臺階開挖法相似，拱部采用預留核土心的環形開挖法，通過核心土來增加掌子面的穩定，中臺階和下臺階同樣是先開挖兩側，中間土體保持不動，來增加掌子面的穩定。三臺階七步開挖法施工是以機械為主，人工輔助修邊的方法。

4、小結

本文結合某隧道涌水塌方段地質條件的調查、前期勘察及開挖揭示資料，對隧道涌水的形成條件進行研究。根據隧道自身的特點，經對比分析，確定本隧道涌水選用止水法處理。之后發現隧道排水量明顯減少，有效的抑制的地下水的流失，地表水位變化不大。