基于危险等级的岩溶隧道突水突泥灾害处置措施研究

周伟

（1.文山州广那高速公路投资建设开发有限公司，云南 文山壮族苗族自治州 663000；2.长安大学公路学院，陕西 西安710064）

在岩溶区修建隧道时，突水突泥是最常见的灾害，一旦危害极大。国内外专家学者们就突水突泥的发生机理与处置措施做出了众多研究。咨宜使用薄板理论与剪切破坏理论分析了隧道突水突泥的发生过程。刘招伟采用数值模拟研究了不同岩溶管道位置与距离对于隧道突水突泥的影响。

1 岩溶区隧道突水突泥灾害危险等级

结合前人的研究成果以及所收集统计的隧道突水突泥灾害的案例，以隧道内涌水量为主，综合考虑突水突泥灾害造成的经济损失情况、生态环境破坏情况等方面的影响，对岩溶区隧道突水突泥灾害进行危险等级进行划分，其结果见表1。其危险性从低到高分别为低、较低、中、高、极高，对应的级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

表1 隧道突水突泥灾害危险等级表

2 基于危险等级的岩溶区隧道突水突泥灾害处置措施

突水突泥灾害有着不同的规模、不同的类型，对于不同危险等级的突水突泥灾害，应当采用不同类型的处治方案，表2 为基于突水突泥灾害危险等级的处置措施。

(1) 灾害危险等级为V 级时的隧道涌水量大于10000m3/h，发生V 级灾害的地质情况主要有：褶皱核部等区域中的大型高压富水填充型溶腔。此时采用单一的处置措施，如释能降压、帷幕注浆、修建泄水洞等均难以取得较好的效果。这说明危险等级为V 时，往往需要结合多种措施来处理灾害。基于案例收集分析的结果，当灾害危险性等级为V 时，常用并且典型的处置措施组合方式有：

①迂回绕行+泄水洞+帷幕注浆+径向注浆+超前管棚，兰新二线大梁隧道处理DK32+241 附近向斜翼部灰岩与板岩接触带时采用了该措施；

②泄水洞+释能降压+帷幕注浆+超前管棚，野三关隧道处理602 高压富水溶腔时采用了该措施；

(2)灾害危险等级为IV 级时的隧道单点涌水量在1000m3/h~10000m3/h 之间，在该灾害区间内，地下水的水量以及水压都非常大，发生IV 级灾害的地质情况主要有：褶皱核部区域中存在的富水溶腔、岩溶管道等；与地表连通受到降雨补给的岩溶管道、大型溶腔。常用并且典型的处置措施组合方式有：

①迂回绕行+迂回导坑侧向注浆+全断面帷幕注浆+超前管棚；

②迂回绕行+迂回导坑侧向注浆+超前管棚+地表增设截水沟，南龙铁路荆西隧道处理DK93+703 附近富水破碎带时，采用了该措施；

(3)灾害危险等级为III 级时的隧道单点涌水量在100m3/h~1000m3/h 之间，在该灾害区间内，地下水的水量以及水压都较大，发生III 级灾害的地质情况主要有：可溶岩与非可溶岩互层区域。常用并且典型的处置措施组合方式有：

①钻孔排水+ 帷幕注浆，西藏嘎隆拉隧道处理K48+860 附近，断层突水突泥时采用了该措施；

②超前长管棚+径向注浆，缙云山隧道处理K4+183附近填充溶腔时采用了该措施；

(4) 灾害危险级别为II 时，单点涌水量在10m3/h~100m3/h 之间，在该区间，危险主要来自小流量和流速的地下水体，以及软弱围岩。处置措施以钻孔排水、局部注浆为主。

(5)灾害危险等级为I 时，单点涌水量小于10m3/h，该危险等级的地下水量与水压都较小，危害比较低，在降雨量较大的时候应加强超前地质预报，一般不需对此进行处置。

3 依托工程应用情况

3.1 工程程概况

某隧道位于云南省文山州，为分离式隧道，右幅全长2775.096m，左幅全长2759.959m，隧址区具有典型的岩溶地貌特征，总体上属低中山构造溶蚀、剥蚀岩溶地貌，地形起伏较大。隧道穿越地层岩石类型以灰岩与泥质灰岩为主，节理裂隙较发育，岩溶发育，溶洞数量多，并且隧道开挖过程中揭露了许多大型溶洞。

3.2 工程应用

在隧道实际开挖的过程中，有两处典型的突水突泥灾害。

(1)开挖至ZK47+105 时，掌子面左侧拱腰涌水，随后发生围岩滑塌，形成高4.0m，纵向长3.5m，横向宽8.0m 的空腔，该段围岩破碎，涌水量约为120~180m3/h。故采取的措施为：径向注浆+加强支护+溶腔回填，即

①对ZK47+100~ZK47+090 范围内径向注浆加固，注浆材料为水泥水玻璃双液浆，采用直径42mm 的小导管，长度加固范围为开挖轮廓线外4m，布设间距为120cm×120cm。

②加强支护，将原设计S3 衬砌变更为S5c 衬砌，为控制变形由台阶法开挖变更为采用CRD 法开挖。

③对开挖揭露的溶腔回填至拱顶。

(2)开挖至YK47+376 时，隧道临近设计K47+329 落水洞边缘，洞顶出现围岩滑塌并伴随大量涌水，涌水量最高时可达110m3/h，围岩自稳能力很差。2019 年1 月18日经过20m 地质钻探溶，发现该段岩溶裂隙非常发育，涌水疑似受到地表落水洞的影响，在掌子面前方7~10m段出现溶洞，溶洞内填充物为泥层。处理措施为：超前管棚+拱部帷幕注浆+溶腔回填+地表增设截水沟，即

①采用超前管棚支护，钢管规格为φ108*6，环向间距40cm，仰角3~5°，管棚长12m，根数41 根，管棚室长度3m，搭接长度2m；

②对前方20m 范围内进行拱部帷幕注浆，加固范围为开挖轮廓线外5m；

③对地表落水洞采用碎石土进行回填并夯填密实，并且在地表深度1m 内范围内采用隔水黏土层；

经处理后这两段发生突水突泥灾害的区间后续均未发生突水突泥灾害，施工监控量测数据满足规范要求，并且二衬渗水很少，处理效果较好。

4 结语

本文通过大量案例收集，分析了突水突泥发生时不同涌水量对应的地质情况，建立了基于危险等级的岩溶区隧道突水突泥处置措施，得到了以下结论：

(1)当隧道突水突泥灾害等级为Ⅳ级、Ⅴ级时，危害极大，单一的处置措施难以通过危险区域，此时修建泄水洞几乎是必须的，然后结合迂回绕行、释能降压、帷幕注浆、径向注浆等处置措施可以确保隧道的施工安全。

(2)当隧道突水突泥灾害等级为Ⅲ级时，则以径向注浆、超前管棚、钻孔排水、帷幕注浆为主要处置措施，以加密隧道排水管、增设地表排水系统等为辅助措施。

(3)当隧道突水突泥灾害等级为Ⅰ、Ⅱ级时，多采用小导管注浆加固与钻孔排水。