隧道涌水的影响因素和处治措施

摘要：地下水渗涌是影响隧道施工中常见地质灾害之一，涌水灾害的发生往往会造成人员伤亡和财产损失，不但影响施工，如果处理措施不当，还会影响正常运营。并且其后期维护更加困难，该文章对隧道涌水的动态变化特征、影响隧道涌水的因素进行阐述分析，同时对发生涌水或潜在水体的治理措施进行总结和研究。

关键词：隧道涌水；变化特征；影响因素；处治措施

一引 言

复杂条件下深埋长大隧道主要的地质灾害有高应力、高地温、涌（突）水等，在这些地质灾害中，涌水突水甚至突泥是隧道工程中最具危害性的灾害之一。国内外许多隧道发生过涌水甚至突泥灾害，如法国仙尼斯峰隧道、日本青函隧道、前苏联北穆隧道、我国大瑶山隧道和军都山隧道等。其中,我国1988年以前建成的铁路隧道有80%在施工中遇到了涌水问题，而在运营过程中还有涌水漏水病害的隧道占30%左右,如成昆铁路的415 座隧道中,在施工期间有93.5%的隧道发生不同程度的涌水或突水灾害,其中涌水量超过10000m 3/d 的有8 座, 而严重涌水者13座。隧道涌水的存在，不仅填塞坑道、淹没设备，给隧道施工带来巨大的困难，影响工期，严重者还会造成人员伤亡。

隧道涌水时由于隧道的掘进破坏了含水层结构，使水动力条件和围岩力学平衡状态发急剧改变，以至地下水体所存储的能量以流体（有时有固体物质伴随）高速运移形式瞬间释放而产生的一种动力破坏现象。当涌水中有大量的固体物质(尤其是泥质物) 时, 称为隧道的突泥。隧道涌水突泥是否发生, 需满足一定的条件, 即含水围岩的能量储存性能、释放性能、水动力性能和围岩稳定性能等。

二隧道涌水的动态变化特征

隧道涌水量由静储量和动储量两部分组成。 前者为隧道围岩内空隙中所赋存的地下水， 其大小取决于含水围岩的规模、储水能力和给水能力； 后者以地下径流形式出现于含水围岩中, 它与地表水体或其它地下水体有直接的水力联系, 其大小取决于含水围岩的规模、补给条件、径流条件和排泄条件。

当隧道涌水量以静储量为主时, 初期涌水量很大, 表现为突水, 随着时间的推移, 涌水量不断衰减, 最后仅为滴水或渗水, 贯通性裂隙含水围岩和孤立溶洞中的围岩涌水多属此类。由于这类涌水衰减快速，对隧道施工影响很大,对运营影响相对较小。以动储量为主的含水围岩，发生隧道涌水时，涌水量往往由小到大地变化, 然后趋于与动储量相当的稳定值,即隧道的涌水量等于补给量。这类隧道涌水包括岩溶水,因充填裂隙的地下水力梯度增加或冲刷加剧而逐渐贯通,并与其它水体(地表水或地下水) 发生水力联系时的涌水,以及与地表水有水力联系的断层破碎带的涌水。

三隧道涌水的影响因素

1、地质构造

从隧道围岩的结构特征来看，不论何种围岩，当其隧道掘进至破碎带发育地域时，隧道常会发生大规模、高水压的涌（突）水。破碎带可以断层破碎带或是断层影响带，也可以是各种褶皱发育地域，有地应力引起区域岩体破碎。还可以是各种岩性接触带。如：可溶岩与不可溶岩接触带、岩浆与围岩的接触挤压带等。

其中，在大断裂带或区域性断层附近，断层的性质对涌水也很大，张性断层一般是导水和富水的；扭性断层次之；而压性断层一般是不导水的。在断层复合部位或此生断层区域, 其导水性增加, 因而其突水危险性也大为增大。

2、地形影响（水压力影响）、地貌影响

隧道涌水与隧道穿越区地貌条件密切相关，隧道涌水量随地形地貌条件及隧道位置的变化而变化。由于隧道通过的地段地质条件复杂，地形复杂、埋深越深。揭露的水文地质单元多，水源补给量充足，地形高差越大、汇水面积越大、水头压力越高。如日本的旧丹那隧道1918年开工后曾6次遇到大突水．最大的一次断层突水达3．3m3／s．水头压力高达1．4～4．2MPa，贯通时总涌水量达1．68m ／s．致使该隧道历时16年建成。我国的京广复线大瑶山隧道通过F9 断层时，曾遇到0．5m3／s的突水，射程达8～10m。

在深部岩体中，岩体断续裂隙在极高水压力下易发生扩展，裂隙相互贯通后再进一步张开，发生水力劈裂。探埋隧道工程围岩若发生水力劈裂，这将使裂隙的连通性增加．张开度增大．从而增加渗透能力；此外，动水压力作用还能使裂隙面上的充填物发生变形和位移，尤其是剪切变形和位移，由此导致裂隙的再扩展。这些都有利于隧道涌水量的增大。

3、岩性影响

隧道涌水量与地层岩性也有较密切的关系。据新七道梁隧道施工中统计：灰岩夹千枚岩围岩，隧道涌水量较小，比涌水量一般为6.48-124.24L（min.km）-1。灰岩类区段比涌水量一般为93.75-952 L（min.km）-1。泥质岩及砂岩类围岩，由于受断裂带以及地下河影响，比涌水量达699.56 L（min.km）-1。砂岩的比涌水量可达到1366.36 L（min.km）-1。可见岩性对涌水的影响。岩性对涌水的影响主要体现在岩石的可溶性，岩石受水的长时间的冲刷和溶蚀作用，易在岩体破碎或不同岩性岩石接触面处形成溶腔。并存储大量水，当人工直接开挖至溶腔或扰动岩体，使裂隙扩展引最终引发涌水或突泥。

4、隧道长度及埋深

隧道延伸越长，埋深越大，经过的地质单元和水文单元越多，汇水面积和补给范围越大。但不同的隧道，经过的地质单元和水文单元有较大的差异，故其比涌水量与隧道的长度的关系并不十分明显，也即隧道的比涌水量主要受控于地形地貌、地层岩性和地质构造特征。当长大隧道埋藏较深时, 地下水补给较为充足, 隧道总涌水量和比涌水量均有随着上覆岩体厚度增加而增大的特征。

四处治措施

涌水的诱发因素也较多，其处置办法也要根据其诱发因素，采取相应的措施和方法。其原则是“放排结合，综合治理”。涌水探测到或涌水发生后其一般的主要措施主要有以下几种：

1、引排、限排。地下水体错综复杂，整体预测预报并不能保证准确性，当隧道开挖至附近，查清水体的影响，直接排水、泄水会造成较大的环境问题的，严重的甚至影响当地居民生活涌水，改变当地水文地质环境。如大瑶山隧道。对于此类潜伏用水体，其治理和施工难度都很大，一般采用引排、限量排放的措施，将掌子面的出水引至自然径流中，减小对地下水位的影响。由于水量水压均较大，完全封堵技术措施难以保证，经济上更是难以接受。可控制水的排放只在施工期间，排放量在保证结构安全的量值。主要技术措施是超前帷幕注浆、超前管棚注浆、径向注浆、加强支护措施等。

2、泄水。对于涌水量不大的不影响区域水文环境的涌水，或潜在涌水体。可采用超前钻孔或辅助排水坑道，将聚集在隧道前方和周边的的潜伏水体采用直接排泄至洞外的方法。

3、已发生过涌水突泥。对突泥堆积物进行清理，并对涌水突泥形成的空腔进行钻孔灌注混凝土回填。对空腔较大，且处于隧道下部时，可在洞内架设梁的方式通过。避免回填对地下水系造成影响。

4、对小型涌水，水压力不是很大，可以保证封堵效果的，可直接封堵。

5、加强防排水措施。为保证运营期间的安全。通过涌水地段出应增大排水能力，加强防水措施，采用加强的支护措施。

五结 语

影响涌水的因素主要有地质构造、地形地貌、地层岩性和隧道长度及埋深等因素有关，由于隧道涌水突泥的发生条件和动态变化的特征，不难看出他不但与施工和隧道特征有关。更主要是受上述因素的影响。但具体到一次大的涌水，往往是受多种因素的综合作用。因此在前期勘探中，弄清主要影响因素，对施工和涌水的预报可提供很大的便利。

由于地质条件的复杂性和影响因素的多样性，涌水突泥的处治措施也是根据具体的诱发因素，选择多种方法措施综合治理，达到治理的目的，同时减小对区域水文环境的影响。其中，如果能通过超前地质预报手段，如：TSP、TEM、红外探测法、超前水平钻探等进行准确的预测预报。探测潜在水体的位置、水压和水量。对其治理意义重大，同时也可避免用水事故发生造成的巨大损失。

参考文献:

[1]陈成宗,何发亮,大瑶山九号断层的特性与工程对策[J]. 岩石力学与工程学报, 1992.

[2]孙广忠. 工程地质与地质工程[M ]. 北京: 地震出版社,1993.

[3]蒋爵光.铁路工程地质[M ]. 成都:西南交通大学出版社,1991.

作者简介：李铁军（1975- ），本科，工程师