基于危險等級的巖溶隧道突水突泥災害處置措施研究

周偉

（1.文山州廣那高速公路投資建設開發有限公司，云南 文山壯族苗族自治州 663000；2.長安大學公路學院，陜西 西安710064）

在巖溶區修建隧道時，突水突泥是最常見的災害，一旦危害極大。國內外專家學者們就突水突泥的發生機理與處置措施做出了眾多研究。咨宜使用薄板理論與剪切破壞理論分析了隧道突水突泥的發生過程。劉招偉采用數值模擬研究了不同巖溶管道位置與距離對于隧道突水突泥的影響。

1 巖溶區隧道突水突泥災害危險等級

結合前人的研究成果以及所收集統計的隧道突水突泥災害的案例，以隧道內涌水量為主，綜合考慮突水突泥災害造成的經濟損失情況、生態環境破壞情況等方面的影響，對巖溶區隧道突水突泥災害進行危險等級進行劃分，其結果見表1。其危險性從低到高分別為低、較低、中、高、極高，對應的級別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

表1 隧道突水突泥災害危險等級表

2 基于危險等級的巖溶區隧道突水突泥災害處置措施

突水突泥災害有著不同的規模、不同的類型，對于不同危險等級的突水突泥災害，應當采用不同類型的處治方案，表2 為基于突水突泥災害危險等級的處置措施。

(1) 災害危險等級為V 級時的隧道涌水量大于10000m3/h，發生V 級災害的地質情況主要有：褶皺核部等區域中的大型高壓富水填充型溶腔。此時采用單一的處置措施，如釋能降壓、帷幕注漿、修建泄水洞等均難以取得較好的效果。這說明危險等級為V 時，往往需要結合多種措施來處理災害。基于案例收集分析的結果，當災害危險性等級為V 時，常用并且典型的處置措施組合方式有：

①迂回繞行+泄水洞+帷幕注漿+徑向注漿+超前管棚，蘭新二線大梁隧道處理DK32+241 附近向斜翼部灰巖與板巖接觸帶時采用了該措施；

②泄水洞+釋能降壓+帷幕注漿+超前管棚，野三關隧道處理602 高壓富水溶腔時采用了該措施；

(2)災害危險等級為IV 級時的隧道單點涌水量在1000m3/h~10000m3/h 之間，在該災害區間內，地下水的水量以及水壓都非常大，發生IV 級災害的地質情況主要有：褶皺核部區域中存在的富水溶腔、巖溶管道等；與地表連通受到降雨補給的巖溶管道、大型溶腔。常用并且典型的處置措施組合方式有：

①迂回繞行+迂回導坑側向注漿+全斷面帷幕注漿+超前管棚；

②迂回繞行+迂回導坑側向注漿+超前管棚+地表增設截水溝，南龍鐵路荊西隧道處理DK93+703 附近富水破碎帶時，采用了該措施；

(3)災害危險等級為III 級時的隧道單點涌水量在100m3/h~1000m3/h 之間，在該災害區間內，地下水的水量以及水壓都較大，發生III 級災害的地質情況主要有：可溶巖與非可溶巖互層區域。常用并且典型的處置措施組合方式有：

①鉆孔排水+ 帷幕注漿，西藏嘎隆拉隧道處理K48+860 附近，斷層突水突泥時采用了該措施；

②超前長管棚+徑向注漿，縉云山隧道處理K4+183附近填充溶腔時采用了該措施；

(4) 災害危險級別為II 時，單點涌水量在10m3/h~100m3/h 之間，在該區間，危險主要來自小流量和流速的地下水體，以及軟弱圍巖。處置措施以鉆孔排水、局部注漿為主。

(5)災害危險等級為I 時，單點涌水量小于10m3/h，該危險等級的地下水量與水壓都較小，危害比較低，在降雨量較大的時候應加強超前地質預報，一般不需對此進行處置。

3 依托工程應用情況

3.1 工程程概況

某隧道位于云南省文山州，為分離式隧道，右幅全長2775.096m，左幅全長2759.959m，隧址區具有典型的巖溶地貌特征，總體上屬低中山構造溶蝕、剝蝕巖溶地貌，地形起伏較大。隧道穿越地層巖石類型以灰巖與泥質灰巖為主，節理裂隙較發育，巖溶發育，溶洞數量多，并且隧道開挖過程中揭露了許多大型溶洞。

3.2 工程應用

在隧道實際開挖的過程中，有兩處典型的突水突泥災害。

(1)開挖至ZK47+105 時，掌子面左側拱腰涌水，隨后發生圍巖滑塌，形成高4.0m，縱向長3.5m，橫向寬8.0m 的空腔，該段圍巖破碎，涌水量約為120~180m3/h。故采取的措施為：徑向注漿+加強支護+溶腔回填，即

①對ZK47+100~ZK47+090 范圍內徑向注漿加固，注漿材料為水泥水玻璃雙液漿，采用直徑42mm 的小導管，長度加固范圍為開挖輪廓線外4m，布設間距為120cm×120cm。

②加強支護，將原設計S3 襯砌變更為S5c 襯砌，為控制變形由臺階法開挖變更為采用CRD 法開挖。

③對開挖揭露的溶腔回填至拱頂。

(2)開挖至YK47+376 時，隧道臨近設計K47+329 落水洞邊緣，洞頂出現圍巖滑塌并伴隨大量涌水，涌水量最高時可達110m3/h，圍巖自穩能力很差。2019 年1 月18日經過20m 地質鉆探溶，發現該段巖溶裂隙非常發育，涌水疑似受到地表落水洞的影響，在掌子面前方7~10m段出現溶洞，溶洞內填充物為泥層。處理措施為：超前管棚+拱部帷幕注漿+溶腔回填+地表增設截水溝，即

①采用超前管棚支護，鋼管規格為φ108*6，環向間距40cm，仰角3~5°，管棚長12m，根數41 根，管棚室長度3m，搭接長度2m；

②對前方20m 范圍內進行拱部帷幕注漿，加固范圍為開挖輪廓線外5m；

③對地表落水洞采用碎石土進行回填并夯填密實，并且在地表深度1m 內范圍內采用隔水黏土層；

經處理后這兩段發生突水突泥災害的區間后續均未發生突水突泥災害，施工監控量測數據滿足規范要求，并且二襯滲水很少，處理效果較好。

4 結語

本文通過大量案例收集，分析了突水突泥發生時不同涌水量對應的地質情況，建立了基于危險等級的巖溶區隧道突水突泥處置措施，得到了以下結論：

(1)當隧道突水突泥災害等級為Ⅳ級、Ⅴ級時，危害極大，單一的處置措施難以通過危險區域，此時修建泄水洞幾乎是必須的，然后結合迂回繞行、釋能降壓、帷幕注漿、徑向注漿等處置措施可以確保隧道的施工安全。

(2)當隧道突水突泥災害等級為Ⅲ級時，則以徑向注漿、超前管棚、鉆孔排水、帷幕注漿為主要處置措施，以加密隧道排水管、增設地表排水系統等為輔助措施。

(3)當隧道突水突泥災害等級為Ⅰ、Ⅱ級時，多采用小導管注漿加固與鉆孔排水。