隧道突泥涌水事故風險控制措施及現場監測分析

中圖分類號：U456. 3⁺2 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.052

文章編號：1673-4874（2025）03-0183-04

0 引言

近幾年，隨著我國高速公路建設的迅速發展，邊遠山區公路建設的速度也在不斷提升，山嶺隧道數量也在不斷增加[1-2]。在建設過程中，會發生意料之外的塌方、冒頂、涌水、突泥等工程事故，引起地面沉陷，地表水流失，從而影響到整個區域的生態環境。所以，對隧道突水的預報和處理方法進行研究，具有十分重要的實際意義[3]。

國內眾多研究學者對隧道突泥涌水事故進行了研究，李新平等4將AHP與熵權法相結合，建立了以TOPSIS為基礎的隧道突水危險性評估體系，并在新疆北天山隧道工程中得到了實際應用；L等[在屬性數學的基礎上，運用綜合權重法，對七大突水災害因子進行了分析和計算，建立了巖溶隧道突水災害預測模型，并經實際應用驗證其合理性；閆凱旋等基于湖南安平隧道，通過應用概率與屬性數學的原理，對突水危險性進行了評估，并給出了相應的減災對策。雖然前人的研究已有很多結果，但是仍然有一些不足之處。張付軍等開展了斷裂帶隧道突水數值模擬研究，分別采用導水洞排水、注漿堵水以及排水堵水相結合的方法分析巷道涌水量和圍巖穩定的影響規律。周文俊8根據關山隧道的水文地質條件，利用不同的涌水量計算方法，預測了各個研究斷面的涌水量，得出了與實測資料吻合較好的結論。

本文依托蝦公山隧道為研究對象，對該隧址區隧道突泥涌水事故提出了風險防控措施，并采用現場監測的方法對隧道圍巖變形及結構受力情況進行了研究，研究成果可為突泥涌水段隧道施工提供一定的工程參考經驗。

1工程概況

1.1 隧道概況

蝦公山隧道位于河池市宜州區蝦公背村境內，右線長2504m，最大埋深約 437m（K3+480 處），左線長

2486m，最大埋深約440 m（2K3+460 處），為分離式長隧道。該隧道右線 15+102～15+360 段為V級圍巖，長度為258m，占隧道總長度的 10.3% 。蝦公山隧道洞口段巖土以中、微風化白云質灰巖及強、微風化泥灰巖為主，中部以微風化泥灰巖、灰巖為主。隧道襯砌斷面為同心圓曲邊墻形式，隧道凈空為10.75 m×5m ，最大開挖跨度為14.70m，最小開挖跨度為 11.80m 。隧道采用雙向掘進施工，洞口采用“零開挖\"進洞施工，洞身開挖主要采用新奧法。

1.2水文地質條件

進洞口位于陡坡前沿的緩丘，出洞口位于緩丘坡腳。進口上覆粉質黏土，厚度不均勻，為 0～3m ；出口上覆粉質黏土，厚度為 2～4m 沿隧道走向地表由殘坡積層覆蓋，植被較發育，主要為灌木和喬木。小里程一側基巖出露，淺表層巖溶較為發育；大里程一側覆蓋層厚度相對較大，且巖石強風化層厚度較大。

巖溶裂隙水多產于灰巖的溶縫、溶洞等位置，其分布具有不均一性。坡面上的淺層溶溝、溶槽、溶蝕裂隙等類型較為發育，且隧洞底板處于巖溶強烈發育區域的溶蝕基準面之上，故有可能存在強烈的巖溶發育。斷裂中發育有大量的構造裂縫水，根據此次勘測結果，銀公山斷裂、沖谷斷裂、蝦公背斷裂等3條斷裂貫穿了隧道 K4+ 280～1×4+460 段，該斷裂為張性斷裂，具有較高的富水性和較高的含水能力。構造裂縫水以降水為主。

2突泥涌水事故風險防控措施

隧址區地表水存量一般，地下水主要為巖溶裂隙水。洞身位于巖溶水飽水帶含水層內，估算隧道最大涌水量為4494.66m/d。 K4+280～K4+460 洞身段呈斷裂束通過，地下水發育，施工可能產生股狀涌水或巖溶突水突泥，該里程段掘進時應采用超前地質預報手段進一步查明地下水發育情況，必要時應采取超前注漿或正水帷幕注漿進行防治。

（1）重視地質超前預測，針對危洞做專門的超前預測，采用TSP，地質雷達，紅外探測，水平超前鉆孔等方法對圍巖進行地質勘察。

（2）針對巖溶溶洞或斷裂，采取遷回繞行、增設泄水洞、釋放能量釋放及灌漿加固等方案，經多個方案比較，根據當地實際情況，選取最適合的施工方案。

（③加強野外水文觀測，對降雨、涌水量、水壓等水文情況的實時監控，并在當日收集、匯總、分析資料。

（4）對已經查明的小規模地下蓄水（斷面），經多方面評價后，可以考慮采用局部鉆孔泄水、疏排和降壓的方法，通過設置截排水溝、排水孔、抽排水設備，采取導流、分流等排水手段，對涌水進行處理。

（5）遇有承壓富水地層，無論采用哪一種施工方法，均應事先裝設孔口止突出器，以防止鉆進時發生高壓水擊傷人事故。

（6）對于有大量外來補給且排水能力有限的本地污水，可以考慮采取灌漿法進行封堵。在鉆孔過程中，注漿到圍巖內部，在注漿壓力作用下，漿液向周圍裂隙擴展，增強巷道頂、側壁的抗壓強度及黏結力，從而達到防止涌水突泥的目的。

3 現場監測分析

3.1 圍巖變形分析

為了研究隧道突泥段圍巖變形規律，采用現場監測的方法對某斷面進行監測分析，左右線隧道拱頂下沉及周邊收斂隨時間變化規律如圖1所示。由圖1可知，隨著施工的進行，左右線拱頂下沉和周邊收斂變形值均逐漸增大最后趨于穩定。拱頂下沉及周邊收斂在前20d內變形速率較大，30d后拱頂下沉及周邊收斂變形基本趨于穩定，該段圍巖基本達到穩定狀態。拱頂下沉變形值要明顯大于周邊收斂變形值，當圍巖達到穩定狀態時，左右線隧道拱頂下沉及周邊收斂值分別為：14.65mm、14.26mm、10.88 mm、10.58 mm。

3.2 錨桿應力分析

為了研究隧道在施工過程中的錨桿受力情況，選取某斷面對左右線隧道錨桿應力進行分析，左右線隧道錨桿應力隨時間變化規律曲線和錨桿測點布置如圖2和圖3所示。其中，左右線隧道錨桿應力變化規律相似，但左線隧道錨桿應力變化較為明顯。由圖2和圖3可知，左線隧道錨桿整體承受為拉應力，且拱頂位置錨桿在測點MC1、MC2處所承受的拉應力最大，最大值分別為11.34 MPa .8.39 MPa 。而在左右兩邊墻位置錨桿在測點MA1、MA2、ME1、ME2處所承受的拉應力隨著施工的進行呈先增大后減小最后趨于穩定的趨勢，當各測點達到峰值時，其拉應力分別為8. 14MPa.6.71MPa.8.42MPa 5.81 MPa 左右拱肩位置錨桿在測點MB1、MB2、MD1、MD2處所承受拉應力隨著施工的進行逐漸增大而后趨于穩定，達到穩定時各測點應力分別為 7.7MPa 5.62MPa，6.52MPa，4.4MPa， 通過分析可知，各位置處錨桿在靠近隧道一端所受的拉應力要明顯大于其遠端，且隨著施工的進行，各位置處錨桿應力逐漸增大，這表明錨桿開始受力起到支護作用。

3.3鋼拱架應力分析

為了研究在隧道突泥段鋼拱架受力情況，選取某斷面鋼拱架應力變化規律曲線進行分析，如圖4和圖5所示分別為左右線隧道各位置處鋼拱架應力隨時間變化規律曲線及各測點布置。由圖4可知，左線隧道鋼拱架在G1、G2位置處表現為壓應力，在G3、G4、G5位置處表現為拉應力。隨著施工的進行， 63、64、65 位置處鋼拱架應力逐漸增大最后趨于穩定，當達到穩定時，其應力值分別為36.01 MPa 、52.16MPa、67.88 MPa ；G1位置處鋼拱架應力呈先增大后減小最后趨于穩定的趨勢，峰值為-90.03 MPa ；G2位置處鋼拱架應力隨著施工的進行逐漸減小，當達到穩定時應力值為-59.89 MPa 。由圖5可知，右線隧道鋼拱架應力變化較左線隧道波動性較大，但各位置處應力變化規律相差不大。當右線隧道鋼拱架應力達到穩定時，G1 ，G2，G3，G4，G5 各測點應力分別為-7.61MPa 、-36.52 MPa 、23.79 MPa 、43.27MPa、33.81 MPa 通過分析可知，該隧道斷面位置處鋼拱架有向右偏壓的趨勢，因此應對該段位置做好突泥防水措施。

3.4二襯應力分析

為了研究在隧道突泥段二襯受力情況，選取某斷面二襯應力變化規律進行分析，如圖6和圖7所示分別為左右線隧道各位置處二襯應力隨時間變化規律曲線及各測點布置。由圖6和圖7可知，左線隧道二襯在E2、E6、E7、E8位置處承受拉應力，在E3、E4、E5位置處承受壓應力；而E1位置處二襯應力隨著施工的進行所承受應力由壓應力轉為拉應力。當施工達到穩定時，E3、E4、E5位置處承受的壓應力分別為-2.66MPa、 -0.34MPa 、-0.63MPa ；而E2、E6、E7、E8位置處隨著施工的進行所受拉應力逐漸減小，當施工達到穩定時應力值分別為2.19 MPa，2.46MPa，0.98MPa，1.32MPa 因此，拱底二襯所受應力最小，拱頂二襯所受應力最大，在施工中應及時對拱頂處應力進行監測，防止拱頂受力過大造成隧道坍塌。對比左右線隧道二襯應力隨時間變化規律可知，左右線隧道二襯應力相差不大，但右線隧道二襯整體所受應力要小于左線隧道。

4結語

（1）在遇到溶腔或斷層時，采取遷回繞避、增設泄水洞、釋能降壓和注漿加固等方案設計。當施工進入承壓性富水地段，無論進行何種施工，必須提前安裝孔口防突裝置，避免在鉆孔安裝過程中出現高壓水柱傷人事故。

（2）左右線拱頂下沉和周邊收斂變形值均逐漸增大 最后趨于穩定。拱頂下沉及周邊收斂在前20d內變形速 率較大，30d后拱頂下沉及周邊收斂變形基本趨于穩定。

（3）左右線隧道錨桿應力變化規律相似，但左線隧道錨桿應力變化較為明顯。各位置處錨桿在靠近隧道一端所受拉應力要明顯大于其遠端，且當隨著施工的進行，各位置處錨桿應力逐漸增大，這表明錨桿開始受力起到支護作用。

（4）左線隧道鋼拱架在G1、 ?2 位置處表現為壓應力，在G3、G4、G5位置處表現為拉應力。 G3、G4、G5 位置處鋼拱架應力逐漸增大最后趨于穩定，當達到穩定時，其應力值分別為36.01 MPa 、52.16 MPa 、67.88 MPa ；右線隧道鋼拱架應力變化較左線隧道波動性較大，但各位置處應力變化規律相差不大。該隧道斷面位置處鋼拱架有向右偏壓的趨勢，因此應對該段位置做好突泥防水措施。

（5）拱底二襯所受應力最小，拱頂二襯所受應力最大，在施工中應及時對拱頂處的應力進行監測，防止拱頂受力過大造成隧道坍塌。左右線隧道二襯應力相差不大，但右線隧道二襯整體所受應力要小于左線隧道。

參考文獻

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收稿日期：2024－12-12