隧洞施工突水突泥機理及影響因素

張佑明

摘 要：隧洞施工是工程建設的重要環節，在隧洞施工過程中由于多種因素的影響經常容易出現突水突泥的現象，這種現象的出現對于工程質量會造成嚴重影響。在實際工作過程中對于這種情況應該保持高度重視。該文將重點探討突水突泥的機理及影響因素。

關鍵詞：隧洞工程 突水突泥 形成機理 影響因素

中圖分類號：U421 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0094-02

在我國經濟社會快速發展的今天，工程建設施工技術獲得了較快提升。隧洞施工成為今后施工的重要環節，在隧洞施工過程中經常會遇到一系列地質問題，突水突泥就是其中最為典型的情況。在實際工作中突水突泥一旦產生就會對工程造成嚴重影響，因而要高度重視突水突泥，要加強這方面的研究。

1 突水突泥的形成機理

某工程在隧洞施工過程中出現了突水突泥現象，為了深入分析這種現象產生的形成機理，工程人員決定分析其大流量突水特征。在研究隧洞突水突泥現象的時候，首先就需要了解隧洞發生大流量突水部位的實際情況、水壓力、突水量以及它的破壞性。實際工作中突水可以分成滲水型、純劈裂型、綜合劈裂型三種情況。經過詳細分析發現該隧洞的突水是具有兩方面特點的：一是水頭壓力較高，二是突水量大。在隧洞施工過程中地下水排泄就會出現新的通道，原來的補、排、徑循環系統的平衡也將會被打破。在這種背景下地下水對巖體的改造作用將會被加劇。

施工過程中巖體受到的地下水力學改造作用可以分為兩種形式：動水壓力作用以及靜水壓力作用。在這兩種水力作用下，巖體將會發生水力劈裂，最終會使得巖體的滲透能力增強。動水壓力作用下巖體發生的變化更為明顯，裂隙面上的充填物將會出現變形及位移，裂隙也將會被擴展。最終會使得高壓富水帶同隧洞空間直接連通，原來的屏障作用會被突破，地下水由此就會高壓突出。巖溶地區容易出現的突水突泥主要是可以分為直涌型現象和蝕潰型現象兩種。該文就來重點分析這兩種情形。

（1）直涌型現象。在實際施工過程中當隧洞掌子面存在著連通性較好的巖溶溝槽的時候就極有可能出現突水現象，當水流沿著溶槽及溶溝涌出的時候直涌型突水突泥現象就產生了。實際工作中會發現在直涌型涌水的初期是多面出水的，同時出水量也較小，但是當巖溶溝槽在被揭露之后突水就會相對集中，在單一突水點突水。直涌型突水，通常情況下產生的水質是較為清澈的，水量也不大，與其他類型相比，這種形式的突水是最容易被控制的。突水預報中一旦出現這種情況之后就可以進行相應的處置。

（2）蝕潰型現象。這種現象主要是發生在斷裂破碎帶區域內，該區域內的巖體是散體狀結構，滲透性強，孔隙率也較大。在斷裂帶區域附近是最容易產生蝕潰型突水突泥的。碎裂帶處，巖石粒徑不均勻分布，巖石之間也將會存在著裂紋。此時如果有細小顆粒填充到裂縫中的時候就會出現兩種情況：一是當施工過程中形成臨空面的時候，后緣水頭壓力將能夠克服填充物及巖壁裂紋之間的摩擦力，此時細小填充物將會隨著水流流出。二是隧洞安全通過溶隙之后，后方臨空面突水量就會變小，充填物也隨之流出。在此種情況下水流是呈現出渾濁狀態的，當充填段失穩之后就會出現涌突水。這種突水危害性較大、在時間上也具有滯后性、突發性等特點，在施工過程中會造成嚴重的隱患。這種突水是值得我們重視的。

對蝕潰型突水的力學分析。從發生地點來看，散體結構巖體自身的滲透性較強、巖體組構各異、孔隙度較大。這是導致蝕潰型突水突泥產生的重要地質條件。此外還會受到靜水壓力及動水壓力形成的水力劈裂力學作用以及水解、聯結、潤滑等各種物理化學作用。這兩種作用會使得劈裂巖體的結構出現變形，嚴重地影響著它的穩定性。這是我們需要注意的一點。

在這幾種作用中，潛蝕作用對結構巖體滲流突變的形成具有重要意義。在實際工作過程中不可忽視這種作用。所謂潛蝕作用，也可叫做充填顆粒遷移作用。在這種力的作用下結構巖體中那些細小顆粒將會在受到水流作用的影響從而不斷遷移。長此以往，巖體孔隙中的固體顆粒的體積將會減小，散體結構巖體的滲透性將能夠不斷增加。滲透性同水流速度和攜帶能力是密切相關的，滲透性增加，水流速度和攜帶能力也就會越高，兩種形式是相互作用的。在巖體結構只剩下骨架及難以遷移的顆粒的時候，孔隙率就會不再增加。相反此時的隧洞施工卻能夠加速填充物顆粒的遷移，原來已有的平衡也將被打破。隧洞施工實際上是一個重分布和應力擾動的過程。在這個過程中骨架結構形式將會受到嚴重破壞，最終將會形成不穩定的結構體系。在這樣的背景下當承力體系瓦解的時候，就必然會形成突水突泥現象。突水突泥現象實際上就是在骨頭骨架變形、固體小顆粒遷移以及水滲流三種運動的綜合作用下形成的一種現象。

2 影響因素

隧洞施工過程中突水突泥現象的影響因素非常多，氣候條件、地質構造以及施工影響是影響隧洞施工的典型因素。對于這幾個因素應該保持高度重視。

（1）氣候條件。隧洞施工的時候可溶巖被溶蝕作用及突涌水同氣候條件有密切關系，降雨多少、氣溫高低以及強度都會影響到可溶巖被溶蝕作用。氣候的變化決定氣溫的高低、總降水量、降水強度和降水量的季節分配、蒸發量以及地面徑流量與滲透量之間的比例關系等。實際工作中當遇到低溫的時候，巖溶作用以及流動交替作用的反應速度就會變小，當溫度逐漸升高的時候巖溶作用就會增強。從雨水量來看，夏季雨水充沛的時候，地表水徑流及下滲就極容易變成巖溶水。在雨量充沛的季節是最容易出現突水突泥現象的，尤其是在暴雨季節，水壓力會急劇上升，突發用水的可能性就會迅速增大。

（2）地質構造。當前地質構造會對突水突泥造成一定影響，但是究竟具體是有什么影響卻還難以確定。地質構造中那些相對隧道開挖坑道開口大小、隱伏溶洞體量、填充情況、地表水系的連通性、地下水的補給等著都會影響到突水突泥。通常情況下當具備了溶發育條件之后，巖溶作用就會出現，構造裂隙會受到侵蝕性水流的影響，它在構造裂隙中的流動將會使得溶蝕裂隙變得越來越大。繼續發展下去，原來寬大的溶蝕裂隙將會發展為巖溶管道，巖溶管道繼續溶蝕就會變為溶洞。這樣在地質構造的不斷變化的背景下，施工過程中就加大了突水突泥產生的可能性。需要注意的時候巖溶水是具有集中排泄、分布不均以及流動迅速的特點的。

（3）隧洞施工的影響。隧洞在施工過程中也必然會影響到突水突泥。隨著隧洞施工的不斷深入，原來的地質構造就會發生變化，原來的平衡就有可能被打破，此時突水突泥的可能性就會增加。實際施工過程中開挖面至水溶腔的距離、集中水源水壓力這些因素都會影響到附近的梯度，而梯度又會影響到突水突泥。施工之前的地質構造是處在自然平衡狀態的，施工的時候一旦擾動巖體就會出現臨空面，這樣就會改變圍巖應力狀態及地下水流動狀態，最終會加速水循環。一旦超過了臨界點就會產生突水突泥。在突水突泥產生之后不合理的處置措施會加劇突水突泥。

參考文獻

[1] 蔣建平，高廣運，李曉昭，等.隧道工程突水機制及對策[J].中國鐵道科學，2006，27（5）：77-81.

[2] 李曉昭，羅國煜，陳忠勝.地下工程突水的斷裂變形活化導水機制[J].巖土工程學報，2002（6）：695-700.

[3] 商崇倫.宜萬鐵路齊岳山隧道高壓富水斷層施工關鍵技術[J].隧道建設，2010（3）：285-291.endprint

摘 要：隧洞施工是工程建設的重要環節，在隧洞施工過程中由于多種因素的影響經常容易出現突水突泥的現象，這種現象的出現對于工程質量會造成嚴重影響。在實際工作過程中對于這種情況應該保持高度重視。該文將重點探討突水突泥的機理及影響因素。

關鍵詞：隧洞工程 突水突泥 形成機理 影響因素

中圖分類號：U421 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0094-02

在我國經濟社會快速發展的今天，工程建設施工技術獲得了較快提升。隧洞施工成為今后施工的重要環節，在隧洞施工過程中經常會遇到一系列地質問題，突水突泥就是其中最為典型的情況。在實際工作中突水突泥一旦產生就會對工程造成嚴重影響，因而要高度重視突水突泥，要加強這方面的研究。

1 突水突泥的形成機理

某工程在隧洞施工過程中出現了突水突泥現象，為了深入分析這種現象產生的形成機理，工程人員決定分析其大流量突水特征。在研究隧洞突水突泥現象的時候，首先就需要了解隧洞發生大流量突水部位的實際情況、水壓力、突水量以及它的破壞性。實際工作中突水可以分成滲水型、純劈裂型、綜合劈裂型三種情況。經過詳細分析發現該隧洞的突水是具有兩方面特點的：一是水頭壓力較高，二是突水量大。在隧洞施工過程中地下水排泄就會出現新的通道，原來的補、排、徑循環系統的平衡也將會被打破。在這種背景下地下水對巖體的改造作用將會被加劇。

施工過程中巖體受到的地下水力學改造作用可以分為兩種形式：動水壓力作用以及靜水壓力作用。在這兩種水力作用下，巖體將會發生水力劈裂，最終會使得巖體的滲透能力增強。動水壓力作用下巖體發生的變化更為明顯，裂隙面上的充填物將會出現變形及位移，裂隙也將會被擴展。最終會使得高壓富水帶同隧洞空間直接連通，原來的屏障作用會被突破，地下水由此就會高壓突出。巖溶地區容易出現的突水突泥主要是可以分為直涌型現象和蝕潰型現象兩種。該文就來重點分析這兩種情形。

（1）直涌型現象。在實際施工過程中當隧洞掌子面存在著連通性較好的巖溶溝槽的時候就極有可能出現突水現象，當水流沿著溶槽及溶溝涌出的時候直涌型突水突泥現象就產生了。實際工作中會發現在直涌型涌水的初期是多面出水的，同時出水量也較小，但是當巖溶溝槽在被揭露之后突水就會相對集中，在單一突水點突水。直涌型突水，通常情況下產生的水質是較為清澈的，水量也不大，與其他類型相比，這種形式的突水是最容易被控制的。突水預報中一旦出現這種情況之后就可以進行相應的處置。

（2）蝕潰型現象。這種現象主要是發生在斷裂破碎帶區域內，該區域內的巖體是散體狀結構，滲透性強，孔隙率也較大。在斷裂帶區域附近是最容易產生蝕潰型突水突泥的。碎裂帶處，巖石粒徑不均勻分布，巖石之間也將會存在著裂紋。此時如果有細小顆粒填充到裂縫中的時候就會出現兩種情況：一是當施工過程中形成臨空面的時候，后緣水頭壓力將能夠克服填充物及巖壁裂紋之間的摩擦力，此時細小填充物將會隨著水流流出。二是隧洞安全通過溶隙之后，后方臨空面突水量就會變小，充填物也隨之流出。在此種情況下水流是呈現出渾濁狀態的，當充填段失穩之后就會出現涌突水。這種突水危害性較大、在時間上也具有滯后性、突發性等特點，在施工過程中會造成嚴重的隱患。這種突水是值得我們重視的。

對蝕潰型突水的力學分析。從發生地點來看，散體結構巖體自身的滲透性較強、巖體組構各異、孔隙度較大。這是導致蝕潰型突水突泥產生的重要地質條件。此外還會受到靜水壓力及動水壓力形成的水力劈裂力學作用以及水解、聯結、潤滑等各種物理化學作用。這兩種作用會使得劈裂巖體的結構出現變形，嚴重地影響著它的穩定性。這是我們需要注意的一點。

在這幾種作用中，潛蝕作用對結構巖體滲流突變的形成具有重要意義。在實際工作過程中不可忽視這種作用。所謂潛蝕作用，也可叫做充填顆粒遷移作用。在這種力的作用下結構巖體中那些細小顆粒將會在受到水流作用的影響從而不斷遷移。長此以往，巖體孔隙中的固體顆粒的體積將會減小，散體結構巖體的滲透性將能夠不斷增加。滲透性同水流速度和攜帶能力是密切相關的，滲透性增加，水流速度和攜帶能力也就會越高，兩種形式是相互作用的。在巖體結構只剩下骨架及難以遷移的顆粒的時候，孔隙率就會不再增加。相反此時的隧洞施工卻能夠加速填充物顆粒的遷移，原來已有的平衡也將被打破。隧洞施工實際上是一個重分布和應力擾動的過程。在這個過程中骨架結構形式將會受到嚴重破壞，最終將會形成不穩定的結構體系。在這樣的背景下當承力體系瓦解的時候，就必然會形成突水突泥現象。突水突泥現象實際上就是在骨頭骨架變形、固體小顆粒遷移以及水滲流三種運動的綜合作用下形成的一種現象。

2 影響因素

隧洞施工過程中突水突泥現象的影響因素非常多，氣候條件、地質構造以及施工影響是影響隧洞施工的典型因素。對于這幾個因素應該保持高度重視。

（1）氣候條件。隧洞施工的時候可溶巖被溶蝕作用及突涌水同氣候條件有密切關系，降雨多少、氣溫高低以及強度都會影響到可溶巖被溶蝕作用。氣候的變化決定氣溫的高低、總降水量、降水強度和降水量的季節分配、蒸發量以及地面徑流量與滲透量之間的比例關系等。實際工作中當遇到低溫的時候，巖溶作用以及流動交替作用的反應速度就會變小，當溫度逐漸升高的時候巖溶作用就會增強。從雨水量來看，夏季雨水充沛的時候，地表水徑流及下滲就極容易變成巖溶水。在雨量充沛的季節是最容易出現突水突泥現象的，尤其是在暴雨季節，水壓力會急劇上升，突發用水的可能性就會迅速增大。

（2）地質構造。當前地質構造會對突水突泥造成一定影響，但是究竟具體是有什么影響卻還難以確定。地質構造中那些相對隧道開挖坑道開口大小、隱伏溶洞體量、填充情況、地表水系的連通性、地下水的補給等著都會影響到突水突泥。通常情況下當具備了溶發育條件之后，巖溶作用就會出現，構造裂隙會受到侵蝕性水流的影響，它在構造裂隙中的流動將會使得溶蝕裂隙變得越來越大。繼續發展下去，原來寬大的溶蝕裂隙將會發展為巖溶管道，巖溶管道繼續溶蝕就會變為溶洞。這樣在地質構造的不斷變化的背景下，施工過程中就加大了突水突泥產生的可能性。需要注意的時候巖溶水是具有集中排泄、分布不均以及流動迅速的特點的。

（3）隧洞施工的影響。隧洞在施工過程中也必然會影響到突水突泥。隨著隧洞施工的不斷深入，原來的地質構造就會發生變化，原來的平衡就有可能被打破，此時突水突泥的可能性就會增加。實際施工過程中開挖面至水溶腔的距離、集中水源水壓力這些因素都會影響到附近的梯度，而梯度又會影響到突水突泥。施工之前的地質構造是處在自然平衡狀態的，施工的時候一旦擾動巖體就會出現臨空面，這樣就會改變圍巖應力狀態及地下水流動狀態，最終會加速水循環。一旦超過了臨界點就會產生突水突泥。在突水突泥產生之后不合理的處置措施會加劇突水突泥。

參考文獻

[1] 蔣建平，高廣運，李曉昭，等.隧道工程突水機制及對策[J].中國鐵道科學，2006，27（5）：77-81.

[2] 李曉昭，羅國煜，陳忠勝.地下工程突水的斷裂變形活化導水機制[J].巖土工程學報，2002（6）：695-700.

[3] 商崇倫.宜萬鐵路齊岳山隧道高壓富水斷層施工關鍵技術[J].隧道建設，2010（3）：285-291.endprint

摘 要：隧洞施工是工程建設的重要環節，在隧洞施工過程中由于多種因素的影響經常容易出現突水突泥的現象，這種現象的出現對于工程質量會造成嚴重影響。在實際工作過程中對于這種情況應該保持高度重視。該文將重點探討突水突泥的機理及影響因素。

關鍵詞：隧洞工程 突水突泥 形成機理 影響因素

中圖分類號：U421 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0094-02

在我國經濟社會快速發展的今天，工程建設施工技術獲得了較快提升。隧洞施工成為今后施工的重要環節，在隧洞施工過程中經常會遇到一系列地質問題，突水突泥就是其中最為典型的情況。在實際工作中突水突泥一旦產生就會對工程造成嚴重影響，因而要高度重視突水突泥，要加強這方面的研究。

1 突水突泥的形成機理

某工程在隧洞施工過程中出現了突水突泥現象，為了深入分析這種現象產生的形成機理，工程人員決定分析其大流量突水特征。在研究隧洞突水突泥現象的時候，首先就需要了解隧洞發生大流量突水部位的實際情況、水壓力、突水量以及它的破壞性。實際工作中突水可以分成滲水型、純劈裂型、綜合劈裂型三種情況。經過詳細分析發現該隧洞的突水是具有兩方面特點的：一是水頭壓力較高，二是突水量大。在隧洞施工過程中地下水排泄就會出現新的通道，原來的補、排、徑循環系統的平衡也將會被打破。在這種背景下地下水對巖體的改造作用將會被加劇。

施工過程中巖體受到的地下水力學改造作用可以分為兩種形式：動水壓力作用以及靜水壓力作用。在這兩種水力作用下，巖體將會發生水力劈裂，最終會使得巖體的滲透能力增強。動水壓力作用下巖體發生的變化更為明顯，裂隙面上的充填物將會出現變形及位移，裂隙也將會被擴展。最終會使得高壓富水帶同隧洞空間直接連通，原來的屏障作用會被突破，地下水由此就會高壓突出。巖溶地區容易出現的突水突泥主要是可以分為直涌型現象和蝕潰型現象兩種。該文就來重點分析這兩種情形。

（1）直涌型現象。在實際施工過程中當隧洞掌子面存在著連通性較好的巖溶溝槽的時候就極有可能出現突水現象，當水流沿著溶槽及溶溝涌出的時候直涌型突水突泥現象就產生了。實際工作中會發現在直涌型涌水的初期是多面出水的，同時出水量也較小，但是當巖溶溝槽在被揭露之后突水就會相對集中，在單一突水點突水。直涌型突水，通常情況下產生的水質是較為清澈的，水量也不大，與其他類型相比，這種形式的突水是最容易被控制的。突水預報中一旦出現這種情況之后就可以進行相應的處置。

（2）蝕潰型現象。這種現象主要是發生在斷裂破碎帶區域內，該區域內的巖體是散體狀結構，滲透性強，孔隙率也較大。在斷裂帶區域附近是最容易產生蝕潰型突水突泥的。碎裂帶處，巖石粒徑不均勻分布，巖石之間也將會存在著裂紋。此時如果有細小顆粒填充到裂縫中的時候就會出現兩種情況：一是當施工過程中形成臨空面的時候，后緣水頭壓力將能夠克服填充物及巖壁裂紋之間的摩擦力，此時細小填充物將會隨著水流流出。二是隧洞安全通過溶隙之后，后方臨空面突水量就會變小，充填物也隨之流出。在此種情況下水流是呈現出渾濁狀態的，當充填段失穩之后就會出現涌突水。這種突水危害性較大、在時間上也具有滯后性、突發性等特點，在施工過程中會造成嚴重的隱患。這種突水是值得我們重視的。

對蝕潰型突水的力學分析。從發生地點來看，散體結構巖體自身的滲透性較強、巖體組構各異、孔隙度較大。這是導致蝕潰型突水突泥產生的重要地質條件。此外還會受到靜水壓力及動水壓力形成的水力劈裂力學作用以及水解、聯結、潤滑等各種物理化學作用。這兩種作用會使得劈裂巖體的結構出現變形，嚴重地影響著它的穩定性。這是我們需要注意的一點。

在這幾種作用中，潛蝕作用對結構巖體滲流突變的形成具有重要意義。在實際工作過程中不可忽視這種作用。所謂潛蝕作用，也可叫做充填顆粒遷移作用。在這種力的作用下結構巖體中那些細小顆粒將會在受到水流作用的影響從而不斷遷移。長此以往，巖體孔隙中的固體顆粒的體積將會減小，散體結構巖體的滲透性將能夠不斷增加。滲透性同水流速度和攜帶能力是密切相關的，滲透性增加，水流速度和攜帶能力也就會越高，兩種形式是相互作用的。在巖體結構只剩下骨架及難以遷移的顆粒的時候，孔隙率就會不再增加。相反此時的隧洞施工卻能夠加速填充物顆粒的遷移，原來已有的平衡也將被打破。隧洞施工實際上是一個重分布和應力擾動的過程。在這個過程中骨架結構形式將會受到嚴重破壞，最終將會形成不穩定的結構體系。在這樣的背景下當承力體系瓦解的時候，就必然會形成突水突泥現象。突水突泥現象實際上就是在骨頭骨架變形、固體小顆粒遷移以及水滲流三種運動的綜合作用下形成的一種現象。

2 影響因素

隧洞施工過程中突水突泥現象的影響因素非常多，氣候條件、地質構造以及施工影響是影響隧洞施工的典型因素。對于這幾個因素應該保持高度重視。

（1）氣候條件。隧洞施工的時候可溶巖被溶蝕作用及突涌水同氣候條件有密切關系，降雨多少、氣溫高低以及強度都會影響到可溶巖被溶蝕作用。氣候的變化決定氣溫的高低、總降水量、降水強度和降水量的季節分配、蒸發量以及地面徑流量與滲透量之間的比例關系等。實際工作中當遇到低溫的時候，巖溶作用以及流動交替作用的反應速度就會變小，當溫度逐漸升高的時候巖溶作用就會增強。從雨水量來看，夏季雨水充沛的時候，地表水徑流及下滲就極容易變成巖溶水。在雨量充沛的季節是最容易出現突水突泥現象的，尤其是在暴雨季節，水壓力會急劇上升，突發用水的可能性就會迅速增大。

（2）地質構造。當前地質構造會對突水突泥造成一定影響，但是究竟具體是有什么影響卻還難以確定。地質構造中那些相對隧道開挖坑道開口大小、隱伏溶洞體量、填充情況、地表水系的連通性、地下水的補給等著都會影響到突水突泥。通常情況下當具備了溶發育條件之后，巖溶作用就會出現，構造裂隙會受到侵蝕性水流的影響，它在構造裂隙中的流動將會使得溶蝕裂隙變得越來越大。繼續發展下去，原來寬大的溶蝕裂隙將會發展為巖溶管道，巖溶管道繼續溶蝕就會變為溶洞。這樣在地質構造的不斷變化的背景下，施工過程中就加大了突水突泥產生的可能性。需要注意的時候巖溶水是具有集中排泄、分布不均以及流動迅速的特點的。

（3）隧洞施工的影響。隧洞在施工過程中也必然會影響到突水突泥。隨著隧洞施工的不斷深入，原來的地質構造就會發生變化，原來的平衡就有可能被打破，此時突水突泥的可能性就會增加。實際施工過程中開挖面至水溶腔的距離、集中水源水壓力這些因素都會影響到附近的梯度，而梯度又會影響到突水突泥。施工之前的地質構造是處在自然平衡狀態的，施工的時候一旦擾動巖體就會出現臨空面，這樣就會改變圍巖應力狀態及地下水流動狀態，最終會加速水循環。一旦超過了臨界點就會產生突水突泥。在突水突泥產生之后不合理的處置措施會加劇突水突泥。

參考文獻

[1] 蔣建平，高廣運，李曉昭，等.隧道工程突水機制及對策[J].中國鐵道科學，2006，27（5）：77-81.

[2] 李曉昭，羅國煜，陳忠勝.地下工程突水的斷裂變形活化導水機制[J].巖土工程學報，2002（6）：695-700.

[3] 商崇倫.宜萬鐵路齊岳山隧道高壓富水斷層施工關鍵技術[J].隧道建設，2010（3）：285-291.endprint