隧道巖溶突水涌泥原因及處理策略
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【摘要】隧道工程在受到復雜地質(zhì)條件影響下，極容易導致隧道巖溶突水涌泥等問題的發(fā)生?，F(xiàn)階段，要加強對隧道巖溶突水涌泥原因與形成機理的分析，并采取針對性處理措施，提高隧道工程的整體施工質(zhì)量。本文首先對突水涌泥的危害、成因做出分析，并結(jié)合工程案例對該問題的處理策略進行研究。
【關鍵詞】巖溶隧道；突水涌泥；原因；處理策略
引言
在進行鐵路、公路等工程的建設期間，經(jīng)常會遇到巖溶突水涌泥問題。對于突水問題而言，主要是指水流量超過了0.1m3/s，涌泥指的是地下水中泥沙的含量大于50%。一旦工程建設過程中發(fā)生突水涌泥問題，不僅會對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴重的污染，同時還會威脅到施工人員的生命安全。因而，巖溶隧道建設前期要加強地質(zhì)水文勘察，并積極做好風險評估，加強對突水涌泥等病害的防治效果。
1突水涌泥的影響因素與危害性分析
1.1突水涌泥問題的影響因素
一般來說，導致巖溶隧道施工期間發(fā)生突水涌泥問題的因素主要有兩方面：自然因素、技術因素。對于自然因素而言，隧道所處的地質(zhì)環(huán)境、埋深、長度以及地震、暴雨等因素，都可能導致突水涌泥問題的發(fā)生。另外，技術因素主要是指勘察、設計、施工技術的不合理應用，可能會對巖溶隧道的突水涌泥問題產(chǎn)生一定的影響。
1.2突水涌泥的危害性分析
巖溶突水涌泥問題的發(fā)生，將對隧道的正常施工與后期運營產(chǎn)生極為不利的影響。首先，巖溶隧道施工時，出現(xiàn)突發(fā)性突水涌泥現(xiàn)象的概率較高，由于突水量大，水中含有大量的泥沙，因而會對施工人員的生命與財產(chǎn)安全造成威脅，同時還存在著設備沖毀的危險。其次，由于突水涌泥過程中會帶走大量的泥沙，使得土體內(nèi)部的空洞區(qū)域越來越大。在受到重力作用的影響下，地表可能出現(xiàn)沉降或塌陷問題。此外，隨著突水量的不斷增大，隧道附近區(qū)域的地下水位、地表水位將可能出現(xiàn)下降的問題。另外，在突水過程中，施工現(xiàn)場大量的泥漿等物質(zhì)將會被水流帶走，進而會對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的污染。突水涌泥還可能影響到隧道工程的施工進度，導致工程延期等問題的出現(xiàn)。
2突水涌泥發(fā)生條件
①在開展巖溶隧道工程建設工作時，由于巖溶水中含有大量的酸堿離子，會對巖土體產(chǎn)生侵蝕的作用，使得圍巖結(jié)構(gòu)的強度大大降低。這樣一來，巖土體內(nèi)就容易形成突水涌泥的結(jié)構(gòu)面；②在巖溶區(qū)域，土體內(nèi)部分布著大量的裂隙、裂縫以及節(jié)理構(gòu)造。巖溶發(fā)育期間，會生成較多的斷層面以及沉積層面，一旦巖溶隧道發(fā)生突水涌泥病害，這些裂隙、斷層面等都將為水體的流動提供通道。同時，在受到巖溶水壓力的影響之下，隧道周圍巖的有效應力將發(fā)生變化，巖體會出現(xiàn)溶蝕軟化問題，這也為突水涌泥問題的發(fā)生提供了便利條件；③在受到較高水壓的影響下，水流量將逐漸增大。這一期間，水壓力將會轉(zhuǎn)換為水動能。隨著巖溶水對隧道圍巖結(jié)構(gòu)的不斷溶蝕，圍巖結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性將大大降低，進而導致突水涌泥問題的發(fā)生。
3巖溶隧道突水涌泥的處理策略
首先，當隧道工程穿越巖溶地區(qū)時，要加強對地質(zhì)勘察工作的重視，并結(jié)合地勘成果，應用地質(zhì)雷達以及超前探水等方法，做好巖溶地區(qū)的地質(zhì)特征分析，采取預防性措施確保巖溶隧道施工的有序開展。這一過程中，可以采取跨越、引排、截留等措施，降低巖溶水對隧道施工的不利影響。同時，還可以采取加固填充、回填夯實以及地表水疏排等措施，增加巖溶隧道的綜合性處理效果。其次，可以適當增大注漿區(qū)域的長度、提升漿體的強度，或者添加一定的摻加劑，來增加突水涌泥區(qū)域的處理效果。如果隧道需要穿越采空區(qū)，要結(jié)合采空區(qū)的大小、分布狀況以及采空區(qū)的積水、深度、上覆巖層狀況，合理選用加固、排水、回填等處理措施，降低突水涌泥問題對隧道施工、運營產(chǎn)生的危害。另外，還要結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)水文狀況，并針對施工期間的人員、設備安排情況，建立完善的應急響應預案。一旦隧道施工期間出現(xiàn)突發(fā)性突水涌泥事故，要在最短的時間內(nèi)展開應急救援活動，降低突水涌泥事故對人員、設備產(chǎn)生的破壞。各部門應明確自身的職責，并做好應急資源的儲備與安放，參與施工的各方人員要有強烈的事故防范意識，具備相應的自救意識與能力。
4案例分析
4.1工程概況
某深埋特長隧道工程的長度達到了11068m，隧道的相對高差達到了900m。施工區(qū)域內(nèi)分布著向斜、背斜等地質(zhì)構(gòu)造，在向斜區(qū)內(nèi)，存在著嚴重的地層斷裂問題?？辈熨Y料表明，巖溶隧道所要穿越的區(qū)域，其巖性主要以灰?guī)r、瀝青質(zhì)灰?guī)r為主。另外，施工區(qū)域還分布著大量的泥巖、砂巖以及白云巖等地層。其中，可溶性灰?guī)r地層的長度達到了7100m。
4.2突水涌泥的原因分析
①由于該巖溶隧道需要穿越巖溶侵蝕較為嚴重的區(qū)域，并且該區(qū)域的地表存在著大量的巖溶洼地，相鄰洼地之間分布著較多的槽谷，為突水涌泥等地質(zhì)災害的發(fā)生提供了便利條件；②勘察資料表明，隧道圍巖附近主要以中風化灰?guī)r為主，呈現(xiàn)出層狀、碎裂狀。巖溶隧道施工期間，由于大量機械設備的應用，對溶洞產(chǎn)生了較大的擾動，使得原有地下水循環(huán)系統(tǒng)受到破壞，進而引發(fā)了突水涌泥問題。
4.3處理策略
在突水涌泥病害發(fā)生之后，如果采用簡單的排堵水處理措施，將造成地下水循環(huán)系統(tǒng)受到一定的破壞，進而加劇突水涌泥問題。鑒于此，工程施工期間應采用“防、排、堵、截”等多種綜合性措施加強對突水涌泥問題的處置。（1）在進行巖溶隧道裂縫水發(fā)育地段的開挖工作時，主要使用徑向注漿和補漿的方式，加強對突水涌泥問題的治理。同時，工程中使用了小導管注漿技術對突水涌泥通道進行了封堵。這樣一來，能夠有效減輕巖溶隧道施工期間存在的水土流失問題。（2）針對該巖溶隧道的具體地質(zhì)與水文情況，采取了綜合性的治理措施，在巖溶洞內(nèi)利用排水泵進行排水。在洞內(nèi)進行了蓄水坑、蓄水池的開挖，通過逐級排水的方式降低突水涌泥問題的危害。在本工程中，隧道內(nèi)每隔50m就開挖1個蓄水坑。在每隔100m的范圍內(nèi)，開挖1個大型的蓄水池。排水期間，首先借助排水泵將蓄水坑中的水匯集到蓄水池中，之后再集中將蓄水池中匯集的水排放到巖溶隧道外。由于巖溶發(fā)育狀態(tài)有著較強的復雜性和不確定性，施工期間要針對現(xiàn)場的實際情況做好調(diào)整，并加強地質(zhì)預報等工作，為巖溶隧道的順利施工提供幫助。其中，圖1為工程中超前鉆孔布置圖。（3）在本工程中，DK358＋900到DK359＋500段由于受到施工機械擾動作用的影響，使得突水涌泥災害發(fā)生的概率大大增加。具體施工期間，主要采用以下措施加以防范和治理：一方面，巖溶隧道的襯砌結(jié)構(gòu)選用的是S-Ⅳa襯砌形式。另一方面，使用洞渣等材料對軟塑巖土體表面進行了回填，回填厚度達到了2m。針對DK358+900位置處可能發(fā)生的突水涌泥問題，施工期間在拱部范圍設計了超前小導管，并利用6m的熱軋無縫鋼管（前端呈錐形）進行排水，導管的外徑為6cm。此外，由于在DK359+500位置處存在著大量的裂縫發(fā)育問題，使得巖體的穩(wěn)定性大大降低。再加之長時間的雨水滲透，使得右側(cè)和拱頂處存在著大量的地下滲水，導致了初期支護結(jié)構(gòu)受擠壓變形。為解決這一問題，施工期間對此地段的加固采用了S-VC型襯砌。同時，從隧道的右側(cè)拱腳到左側(cè)拱腰位置處，使用環(huán)向、斜向注漿加固的方式進行處理。這一過程中，加固區(qū)域的長度為4.5m，加固期間使用鋼花管進行注漿。鋼花管采用梅花狀布設方式，縱向的間距是0.5m，環(huán)向間距為0.8m。施工環(huán)節(jié)中，還使用超前大管棚與鋼架對拱墻進行了支護。所使用的管棚長為28m，準=108mm，管棚的環(huán)向間距設計為0.45m。在開展初期支護工作時，加強了對施工現(xiàn)場變形與突水問題的監(jiān)測，并及時進行了二次襯砌結(jié)構(gòu)的施工。在二次襯砌施工結(jié)束之后，利用土石回填的方式，對巖溶隧道的洞口最上部位置進行處理。
5結(jié)束語
在進行巖溶地區(qū)隧道工程的施工建設工作時，導致隧道突水涌泥的因素有很多，隧道突水涌泥往往是多種因素綜合作用的結(jié)果。因而，工程施工期間，要加強對施工區(qū)域的地質(zhì)水文勘測工作，并結(jié)合勘測結(jié)果制定突水涌泥災害的防治措施。具體施工過程中，要采用超前地質(zhì)預報等措施，加強對施工區(qū)域地質(zhì)狀況的了解，并結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，積極做好突水涌泥事故的處理。
參考文獻
[1]馬士偉.巖溶隧道涌突水災害發(fā)生機理與工程防治[J].鐵道工程學報，2017（2）：84-89.
[2]許模.巖溶管道充填物結(jié)構(gòu)特征及成因分析[J].人民黃河，2017（4）：144-146.
作者：李繼鋒 單位：重慶南江工程勘察設計集團有限公司
