高速公路隧道涌突水机制及防治措施

周陈婴（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，武汉430056）

高速公路隧道涌突水机制及防治措施

周陈婴
（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，武汉430056）

高速公路建设的发展，不可避免地要建立隧道工程，对地下含水层造成影响，导致出现隧道涌突水的现象。论文对高速公路隧道涌突水出现的原因进行了分析，介绍了高速公路隧道涌突水机制的两个基本条件，分析了高速公路隧道涌突水的防治措施，以促进高速公路隧道涌突水现象的解决和促进更完善畅通的交通建设的发展。

高速公路；隧道；涌突水机制；防治措施

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.019

1 高速公路隧道涌突水出现的原因分析

简单来说，高速公路隧道涌突水出现的原因是在隧道穿过岩溶地区时，为了施工的顺利进行，需要进行适当的人工挖掘甚至爆破工程，这就会对周围的岩石等造成影响，导致岩石的松动，进而影响了地下水的正常流向，对地下水原有的平衡状态造成了影响，这时就会出现涌突水的问题[1]，对正常的交通运输的发展造成不利影响。除此之外，还与当地的降水有关，就是说，如果当地的降水量过大，降落到地表的大量的雨水会渗透进入岩溶地层变成了岩溶水，然后这些岩溶水又进入了隧道，造成了涌突水现象。一般来说，隧道涌突水包括掘进突水和暴雨突水两种，掘进突水是挖掘进入了静水压力较为强大的岩溶地层而造成的；暴雨突水是因为大量的降水导致岩溶地层产生洪流，水位上升，就会出现涌突水。

2 高速公路隧道涌突水机制的两个基本条件

2.1 水源

水源是高速公路隧道涌突水问题出现的根本原因[2]。这里的水源包括4种：首先，是含水层的存在，尤其是承压含水层，承压含水层在经受不住外力的影响时就会出现涌突水；其次，是隧道工程外部会遇到的江河湖海等水源；第三，是溶洞积水；第四，是一些倒灌水，尤其是在发生洪灾时而向地下倒灌的水源。这4种水源只是最常见的集中类型。

2.2 通道

1)隧道直接穿过含水层

仅有水源，没有通道（即隧道）的建设，没有流动的通道和条件，涌突水也是不会出现的。这种情况有很多种，其中最典型的就是隧道直接穿过水源区，对地下含水层造成极为重要的影响，进而造成涌突水，在隧道直接穿过水源区的时候，如果没有采取相应的措施，没有提前将地下水位降低，就会出现突水现象。图1是隧道直接穿过水源区的示意图。

图1 隧道直接穿过含水层示意图

2)施工活动的影响以及地质自身的断裂现象

在施工进行过程中，不可避免地会对地质造成影响，产生断层、裂缝等现象，这就会为地下水提供一定的通道，出现突水现象。一般断裂地带即为地下水最为丰富的地区，这也很容易导致突水现象。断裂现象引起的突水现象如图2所示。其中，图2a表示张性断裂导致的突水现象，图2b表示压性断裂再加上施工的影响，会导致力学状态发生改变而出现突水现象，图2c表示断裂的扩展现象，也是在受到施工影响之后出现的突水问题。

图2 断裂突水型式示意图

3 高速公路隧道突水的防治原则

3.1 超前地质预测原则

经过调查研究发现，绝大多数发生隧道突水问题的高速公路，它所在地区的水文地质以及工程地质情况都较为复杂，尽管在工程勘测过程中，已经对这里可能存在的地质问题有了一个基本掌握，但是,仅仅通过这种方式却很难对深部岩溶的细节有一个精准把握。所以，在高速公路施工过程中，应该采取先进科学的方式来进行超前地质预测预报，对隧道周边以及一定范围内的岩溶等地质情况有一个准确把握，并将其作为降低隧道突水事件发生几率的重要依据。

3.2 分类管理原则

结合不同类别的岩溶隧道，分别制定行之有效的隧道突水防治措施以及应急预案，以便在发生隧道突水的第一时间就能对其进行有效治理。另外，制定突发事件防范应急预案、复杂地质、工程难题设计与施工预案、重点工程等内容，对不同类型的岩溶隧道进行管理，让高速公路施工过程中的每一个细小环节都处于实施监督之下，从而大幅度降低发生隧道突水事件的几率。

4 高速公路隧道涌突水的防治措施分析

4.1 排水法

排水法主要包括自然排水法和机械排水法。自然排水法又包括钻孔排水和导坑排水。钻孔排水主要是在掌子面上使用水平大口径钻顺沿着洞轴线的方向进行钻孔，这样地下水就能够通过钻的孔流走，实现对突水的及时排出。但是，这种情况的施工速度较慢。导坑排水法也因具体情况而采取不同的措施，比如在上坡的隧道中，且其坡度大于或等于0.3%，就可以采用这种方法。当遇到断面较大的隧道时，并且地下水又比较丰富，就需要采用旁洞排水的方法，但其成本较高。机械排水法受到隧道的地质、土壤以及水压等环境的影响，在砂砾、粗、中、细砂等地层可以采用井点排水的方法，如果需要大幅度地降低水位，则需要采用深水降水法了，但也需要井点排水的辅助。

4.2 止水法

止水法的具体方法也有多种，比如冻结法、压气法、灌浆法等。在隧道的地质较为复杂的情况下，尤其是在深厚的冲击层中，可以考虑采用冻结法，这样较为安全，但这种方法需要大规模的制冷设备，成本较高，且需要的时间较长；在比较软弱的地层一般需要采用压气法，但这种方法只能在水压小于0.3MPa的时候应用；灌浆法技术的应用目前最为广泛，发展业最为成熟，尤其是在水压较高的地区和断层破碎的地质条件下很实用。

4.3 绕避法

在遇到地下水层很丰富的地质条件的时候，并且隧道的方向与其方向是垂直的情况时，就需要采用这种方法了。比如郁山隧道和通海隧道就应用了这种方法。

4.4 针对复杂地质问题的特殊方法

1)断层破碎的地质问题

在这种情况下，可以利用强行喷混凝土、锚杆支护，然后设置小孔径排水孔和锚杆孔，排水孔的数量可以适当丰富一些，并与盲沟相结合。

2)向斜地质条件的中心地带

向斜地质构造是储水的构造，这就要求在施工的时候要建设横向排水洞，在洞口的位置需要用混凝土衬砌，其他部分用锚喷衬砌。

3)地下暗河

这种情况采取的防治措施是“要疏禁堵”，尽量避开地下水的位置。具体的措施为：首先查清楚地下暗河的流向、水位等基本条件，先将引水洞建立起来，然后将地下暗河通往施工开挖口的地方封堵。有的时候地下暗河比较凌乱，这就需要进行堵水灌浆。如果隧道的高度与地下暗河的深度相同，那么就需要先挖开一条地下引水洞，让水源从地下引水洞流走。

4)富水溶洞

遇到富水溶洞时，首先要弄清楚涌水的具体原因。溶洞水的流向很清楚明确时可以尽量进行疏导，不要轻易改变其总体趋势；如果溶洞额形成还不是很成熟，可以采用注浆的方法。当溶洞出现在隧道的顶部时，就需要将格栅钢架和管棚钢管焊接起来,然后喷射混凝土，且其范围要大于等于20cm，使其形成稳定的钢性结构。

5)突发情况导致的涌突水现象

这时需要采取特殊策略进行解决，比如，临时施工或者自然灾害引起，需要具体情况具体分析，进行修整。需要专业的检测人员到现场进行检查，防止不必要的灾害发生。

5 结语

在处理隧道涌突水的问题时需要因地制宜，首先要看查清楚当地的地质环境以及地下水的具体情况，例如水量、流向、水压等，然后采取相应的解决方法和预防措施，与此同时，还要考虑周围环境的影响，最大限度地减少对周围环境的影响。只有对涌突水问题进行了妥善的处理，才能保证我国的高速公路运输的顺利发展。

【1】江亦元,王星华.昆仑山隧道渗漏水原因探讨及治理[J].中国铁道科学,2005,26(4):52-56.

【2】张佰战,林应丑.京沪高速铁路南京上元门越江工程(桥梁)水文泥沙问题试验研究[J].中国铁道科学,2001,22(3):47-50.

Highway Tunnel GushingWater Inrush Mechanism and Prevention Measures

ZHOUChen-ying
（CCCCSecondHighwaySurveyandDesignInstituteCo.Ltd.,Wuhan430056,China）

With the development of highway construction in China, inevitably, to build a tunnel project, affect the undergroundaquifer, and it appeared the phenomenon of tunnel gushing water bursting. This article first to highway tunnel gushing water inrushreason is analyzed, and then introduces the highway tunnel gushing water inrush mechanism of the two basic conditions, finallyanalyzes the highway tunnel gushingwater inrush preventionmeasures, to further promote the solution of the highway tunnel gushingwaterburstingphenomenon,promote thedevelopmentofmore perfect unimpededtraffic construction

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U453.6+1

B

1007-9467（2016）12-0080-02

2016-08-25

周陈婴（1980～）,男，湖北武汉人，高级工程师，从事公路工程勘察设计及项目管理研究。