巖溶地區隧道突水突泥災害分析及防治措施研究

史永軍

摘要：文章對巖溶地區導致出現隧道突水突泥災害的影響因素進行分析，介紹此災害可能對隧道工程施工所造成的危害，并提出了相應的災害防治措施，以供參考。

關鍵詞：巖溶地區；隧道突水突泥災害；防治

1引言

巖溶在我國具有廣泛的分布，在此地區進行隧道工程施工容易導致突水突泥災害的發生而影響工程進度，甚至對設備造成損壞以及對隧道造成淹沒，還會出現人員傷亡等事故。在目前我國鐵路工程施工中隧道工程在不斷增多以及覆蓋范圍在不斷增大的情況下，就需要針對巖溶地區隧道工程施工中容易出現突水突泥災害問題的情況進行分析，并對相應的災害防治措施進行研究和制定。

2主要影響因素

2.1地質條件的影響

地質條件對巖溶地區隧道施工中突水突泥災害的影響主要表現在地質條件中的匯水地區對突水突泥災害的發育比較有利，這主要是由于其中存在的可溶性地層中期石灰巖等地層巖性比較有利于突水突泥災害的發生。而且由于較為復雜的地質構造區域中由于其存在的地層破碎以及完整性較差的特點，導致大型溶洞的情況比較多，也是對突水突泥災害起到促進作用。此外影響突水突泥災害的誘發因素中還有溶洞的填充情況、尺寸特征、水壓、與地表水或地下水的連通情況等。而且由于在原始裂縫巖溶條件下的巖體還會有裂縫的不斷擴大會導致溶蝕裂縫的出現，其中比較大的裂縫還存在向巖溶管道發育的可能，這就會在長時間的發育滯后形成溶洞而影響隧道工程的施工和使用安全。

2.2氣候條件的影響

鐵路隧道工程所在區域中的氣溫以及降雨量等氣候因素會影響巖石的溶蝕性以及溶洞內水的賦存情況。而且不同季節中的氣溫、降雨程度、降水量、蒸發量以及地面徑流和滲透量等因素也會有所不同，在比較高的氣溫條件下，會具有較大的水的流動速率、溶蝕速度以及對巖層的溶蝕速率，在此情況下會表現出較快的巖溶發育速度。加之水的滲透速率和運動速率還會受到降雨強度和總量的影響，加上雨水中的食源性物質還會對巖溶的發育起到促進作用。而出現加大突水突泥可能性的季節通常為夏季，這主要是由于此季節中的降雨量比較充足，地表水徑流以及地下水會滲入其中并形成巖溶水，且在此水中由于含有的泥沙量比較大則提高了突水突泥危害的程度。而且還由于在此季節中的突發暴雨概率比較高，這也會由于此問題會導致地下水位突然升高以及水壓增大而導致突水突泥概率的增加。

2.3工程擾動的影響

由于在鐵路工程隧道工程開挖過程中會對原有的巖體平衡狀態起到打破的作用，并且在打破之后會在隧道的周圍產生凌空面和圍巖的松動圈。在此狀態的影響下會出現原有裂隙擴張以及新裂隙的發育情況，這就會對巖體的應力狀態和流場造成改變。在出現了上述情況并且導致被破壞之后的圍巖應力狀態超過了其臨界點之后就會導致此問題的發生。此外由于開挖面附近的水力梯度會受到巖溶水壓力和開挖掌子面與溶洞之間距離的影響，而此水力梯度又是引起突水突泥災害的主要原因之一。此外在工程勘察階段如果發現了突水突泥災害的風險，沒有對其采取有效的預防措施也會導致此類災害的發生。

3巖溶地區隧道突水突泥災害的危害分析

巖溶地區鐵路隧道工程施工中所出現的突水突泥災害的危害主要受到溶洞水量、水壓和填充情況的影響，主要表現在出現突水突泥問題時會將地層內的原有平衡狀態打破并且造成地下水流場和補排關系的改變，這就會導致一系列環境問題的出現而影響周圍人們的日常生活以及安全。其危害主要表現在會改變隧道上覆松散層的應力并增高大動水壓力，此問題會造成巖溶地區出現地面沉降或者塌陷等問題，而且此災害問題主要發生在低吸水位存在急劇變化的區域以及強徑流帶中。此外在開展隧道開挖作業中也會對含水圍巖造成揭露以及對地下水進行疏排，這就會降低吸水儲量而在成周圍滲流場和補排關系的改變，在此因素下會導致出現地表河溪斷流以及井泉干枯等問題。而如果出現了大量的突水突泥問題，還會由于造成充水圍巖的疏干以及水循環的加速而對氧化作用起到促進作用，增加地下水中的部分金屬元素以及改變PH值而導致水污染問題的發生。此外，在對水進行疏排的過程中也會由于操作錯誤而出現二次污染的問題，影響周圍居民以及工業用水的安全，且具有較大的治理難度。

4巖溶地區隧道突水突泥災害防治措施

4.1超前預報

針對引發突水突泥災害的溶洞填充物及水壓的影響區域內與隧洞圍巖塑性區域內的導通因素，需要通過超前地質預報來掌握掘進方向中可溶性地質條件的情況，做好隧道近距離穿越巖溶地區時的巖柱完整性和穩定性保證工作。還可以根據超前預報的結構來執行相應的加固方案來保證速調直接穿越巖溶地區時的施工可靠性。所采用的超前預報方法主要有超前鉆探和物探等方式，主要的探測內容就是溶腔的規模、位置和性質，用于對施工設計起到指導作用。

4.2對合適的施工工藝進行選擇

針對比較容易出現在隧道開挖以及初期支護階段中的此問題，在分析其原因之后，針對初期支護階段需要通過合理的開挖方法避免在開挖中破壞其滲透水壓，保證對外水壓力起到抵擋作用。所采用的方法主要有全斷面法、臺階法、環形開挖留核心土法、中隔壁法、交叉中隔壁法、雙側壁導坑法等。且在對上述方法進行選擇時應按照隧道實際情況以及上述超前預報的結果等因素進行選擇。

4.3監控量測技術

在巖溶地區隧道工程施工中需要做好對地質環境、支護狀態、地表沉降、拱頂下沉量、周邊位移、圍巖壓力、鋼支撐內力與外力等內容的監測。

4.4災害預警

通過災害前期預警和災后應急措施的制定與實施來實現對災害前兆信息進行有效識別，其主要的原理就是在超前預報的結果基礎上進行監控量測工作的開展之后，做好對斷層破碎帶、軟弱夾層等災害的預警。在上述預警的基礎上來開展施工工作的開展。發揮預警的輔助決策作用來實現對此災害的有效防治。

5結語

在巖溶地區開展鐵路隧道工程施工中容易出現突水突泥災害，其可能會誘發各種地質災害以及隧道工程施工中的安全事故而造成經濟損失、人員傷亡等問題。這就需要在對影響出現突水突泥災害的因素進行分析以及對此災害的危害進行介紹之后，通過超前預報、合適的施工工藝以及監控量測和災害預警等方式來對此災害問題進行防治。

參考文獻

[1] 余會明，安海棠，張衛強. 巖溶地區隧道突水突泥災害分析及防治對策[J]. 現代礦業，2016（6）.

[2] 萬京書. 巖溶隧道突水突泥機理及其防治措施[J]. 建筑技術開發，2018，v.45；No.392（14）：85-86.

（作者單位：中鐵十二局集團第四工程有限公司）