淺析隧道施工突水突泥災(zāi)害成因及治理措施

臧坤

（中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司　安徽合肥　230009）

前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地上空間的缺乏已經(jīng)出現(xiàn)，地下空間的開(kāi)發(fā)逐漸受到了現(xiàn)代人的重視。現(xiàn)在在中國(guó)的隧道已修建了6000km，而且隧道建設(shè)即將到9000km。然而，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道的建設(shè)所需技術(shù)的難度也較大，經(jīng)常發(fā)生突水地質(zhì)災(zāi)害。在發(fā)生突水突泥的前提下，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定制定靈活、積極的預(yù)案，系統(tǒng)處理災(zāi)害，防止次生災(zāi)害發(fā)生。今后對(duì)隧道突水、突泥的研究，應(yīng)著眼于提高施工生產(chǎn)管理能力和土地災(zāi)害監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，充分認(rèn)識(shí)災(zāi)害的成因和機(jī)理，以更好地服務(wù)于隧道工程建設(shè)。

1　突泥突水災(zāi)害成因研究

1.1　地質(zhì)條件和突泥突水致災(zāi)機(jī)理

有時(shí)候水資源過(guò)于充足也容易造成突泥突水災(zāi)害。因此，河流、盆地、大平原等水資源豐富的區(qū)域特征。從地質(zhì)巖性的方面來(lái)看，碳酸鹽巖區(qū)是一種常見(jiàn)的容易發(fā)生突泥突水現(xiàn)象的地方。特別是在地質(zhì)容易出現(xiàn)裂縫、褶皺等地區(qū)，喀斯特地區(qū)和承壓含水層災(zāi)害多的地方的發(fā)生尤為突出。

通過(guò)大量的實(shí)例研究，發(fā)現(xiàn)其隱伏在斷層和局部構(gòu)造破碎帶中，喀斯特陷落柱和喀斯特塌洞隱伏引水構(gòu)造是水害的關(guān)鍵部位。在地質(zhì)構(gòu)造以及巖石力學(xué)結(jié)構(gòu)的研究，挖掘擾動(dòng)和損傷機(jī)理，水巖相互作用機(jī)理，突泥突水是該底板隔水層和高壓水入侵預(yù)防分析法突出地下水環(huán)境演化的主要模式之間的關(guān)系。

此外，隧道埋深的高壓狀態(tài)也是突水突水的原因。綜合來(lái)看，“高壓、富水、不良地質(zhì)”的不利組合是誘發(fā)突泥突水的地質(zhì)條件。高壓、富水、不良地質(zhì)三大不利組合是突泥突水的地質(zhì)條件。

1.2　工序環(huán)節(jié)與預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

突泥突水災(zāi)害通常發(fā)生在兩個(gè)過(guò)程，即挖掘或清淤。在這兩個(gè)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)預(yù)防措施，注意防止突泥突水的發(fā)生。通過(guò)以前的災(zāi)害結(jié)果來(lái)看，許多隧道的突泥突水規(guī)模很大。因此，加強(qiáng)了地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)不好的地區(qū)，如空洞等。做好預(yù)報(bào)工作，這樣就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，人員傷亡減少和資源損失降低。

1.3　工程處理

針對(duì)歷次突水和泥質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，措施包括：突發(fā)性災(zāi)害；首先，發(fā)生了小型的突水突泥；在修復(fù)過(guò)程中，由于水災(zāi)容易再次發(fā)生突水突泥；災(zāi)難發(fā)生時(shí)，大型洞室灌漿用于加固和基坑開(kāi)挖的洞，沒(méi)有閘閥節(jié)流口處設(shè)置，造成災(zāi)害。根據(jù)上述災(zāi)害類型，災(zāi)害成因主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：未發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)源，發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)源，技術(shù)解決方案不合理，發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)源，但建設(shè)管理措施不到位。因此，建設(shè)單位要糾正這三個(gè)方面。并且在施工前要及時(shí)查探地形，若是復(fù)雜的地質(zhì)，應(yīng)加強(qiáng)超前預(yù)報(bào)、涌水處理、注漿質(zhì)量和開(kāi)挖支護(hù)。

2　探測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)研究

研究表明，突泥突水地質(zhì)災(zāi)害的檢測(cè)和預(yù)報(bào)技術(shù)側(cè)重于地震波和聲波反射電磁波勘探和鉆井等，地質(zhì)學(xué)家利用地質(zhì)素描和SEM預(yù)測(cè)檢測(cè)方法，一些學(xué)者利用喀斯特電網(wǎng)仿真、喀斯特喀斯特地下水污染的水浸泡，權(quán)力分散的方法模擬方法進(jìn)行探測(cè)，國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果如下：路易斯，瓦弗迪斯等主要由電阻成像技術(shù)和地震反射波法檢測(cè)拉卡喀斯特含水層厚度；Franjo Sumanovac用二維電阻率成像技術(shù)、影像技術(shù)、雙梯度高分辨率反射法和克羅地亞地區(qū)喀斯特折射法進(jìn)行檢測(cè)；在尼泊爾博卡拉流域喀斯特檢測(cè)參考電阻法和γ射線的規(guī)則。

3　災(zāi)害處治程序

在發(fā)生了突泥突水風(fēng)險(xiǎn)后，必須進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，此外，結(jié)合工程特點(diǎn)，嚴(yán)格制定安全可行的突泥突水處理方案。雖然在緊急情況下恢復(fù)重建是非常重要的，但清淤和救援的首要目的是在人們被困的情況下救人。在清理淤泥前，必須對(duì)泥沙淤積的安全性進(jìn)行評(píng)估，并在情況發(fā)生時(shí)采取措施。

3.1　先擋后清

當(dāng)清淤風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不安全時(shí)，必須按照清淤安全要求，在缺口后方提供支撐結(jié)構(gòu)。由于隧道的不同特點(diǎn)，可以采用不同的齒輪設(shè)置方案，例如：地面垂直設(shè)擋或洞內(nèi)迂回設(shè)擋方案。

3.1.1地面垂直設(shè)擋

對(duì)于回旋段掘進(jìn)工程量大，當(dāng)采用地面注漿封堵圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，可采取較長(zhǎng)的隧道循環(huán)，然后進(jìn)行清淤。密封結(jié)構(gòu)應(yīng)由專業(yè)隊(duì)伍設(shè)計(jì)和應(yīng)用，并按允許透水性進(jìn)行安全強(qiáng)度校核。

3.1.2洞內(nèi)迂回設(shè)擋

隧道施工中的突泥突水災(zāi)害，通過(guò)迂回導(dǎo)坑做的是突泥突水點(diǎn)在頂部，或采用垂直噴射注漿措施，完成塊體結(jié)構(gòu)后清淤。對(duì)于封閉結(jié)構(gòu)，專業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)由專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行，并對(duì)其抗剪強(qiáng)度進(jìn)行安全校核。

3.2　合理清淤

突泥突水爆發(fā)后清淤是困難而危險(xiǎn)的。如果太粗心大意，清淤過(guò)程中很可能發(fā)生兩次突泥突水災(zāi)害。可能發(fā)生嚴(yán)重傷亡。在清淤過(guò)程中，應(yīng)采用小斷面；安全觀測(cè)措施隨時(shí)做好準(zhǔn)備撤離；清淤到一定距離，并做安全評(píng)價(jià)；清淤過(guò)程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆鈸?，待?duì)淤積體注漿改良后再清理封擋。

4　潰口治理技術(shù)

4.1　水的處理

關(guān)鍵在于治理水資源的破壞，為了保證施工安全，對(duì)地下水壓力采取措施。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件，不同的減壓措施應(yīng)用在不同的地層，如能量釋放減壓或鉆孔引流減壓。

4.1.1釋能降壓法

以高壓力和富水腔充滿水溶性、泥質(zhì)、砂、石以及地下河高水壓、儲(chǔ)量大，施工的巨大勢(shì)能和動(dòng)能的漿體混合物易發(fā)生爆炸噴涂，非常危險(xiǎn)，不能保證施工安全。因此，在施工過(guò)程中，能量的釋放和減壓技術(shù)應(yīng)采用。當(dāng)隧道充滿型腔充滿高壓、富水時(shí)，應(yīng)將獨(dú)立通道設(shè)置在溶腔，和勢(shì)能和動(dòng)能的充填型腔的精細(xì)爆破釋放，以低壓力或無(wú)壓力的情況下實(shí)現(xiàn)安全施工，勢(shì)能減壓技術(shù)意味著安全提高了。

4.1.2鉆孔排水降壓法

在地質(zhì)鉆孔斷層破碎帶時(shí)，應(yīng)采取排水方式，使處理更容易爆破灌漿，保證質(zhì)量，同時(shí)對(duì)隧道開(kāi)挖過(guò)程中的高壓水風(fēng)險(xiǎn)去除起到重要作用。鉆孔排水鉆孔排水方案是破碎帶注漿壓力范圍。一般放電范圍以外的區(qū)域縱向爆裂的左右兩側(cè)各為5～8m，孔直徑為150mm。

4.2　地層加固

加固或噴射注漿法用于密封和注漿能突破改進(jìn)，在加固土體的開(kāi)挖面穩(wěn)定前，隧道開(kāi)挖輪廓線5～8m，添加玻璃纖維錨桿注漿孔都可以形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的加固范圍，以保證加固質(zhì)量和提高填充砂注漿加固體的抗變形能力。

5　突水突泥災(zāi)害防范與應(yīng)對(duì)

為了防止突水的發(fā)生，有必要做兩項(xiàng)重要的工作，即風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和評(píng)價(jià)，以及風(fēng)險(xiǎn)的控制和規(guī)避。

風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與評(píng)估。

（1）設(shè)計(jì)單位根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料劃分隧道的危險(xiǎn)等級(jí)，制定技術(shù)措施。

（2）施工單位進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，制定詳細(xì)的安全防范管理專項(xiàng)機(jī)制。

（3）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)隧道預(yù)預(yù)測(cè)專項(xiàng)設(shè)計(jì)，包括過(guò)程管理。特別是要加強(qiáng)前向鉆井和超前鉆眼鉆進(jìn)。

（4）設(shè)計(jì)組對(duì)水文監(jiān)測(cè)（雨量、水量、水壓）進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，由施工單位負(fù)責(zé)實(shí)施，由監(jiān)理單位負(fù)責(zé)核查。

（5）負(fù)責(zé)建設(shè)單位的先進(jìn)鉆井和水文監(jiān)測(cè)、監(jiān)理單位的全過(guò)程地質(zhì)和水文站綜合分析，負(fù)責(zé)單位的設(shè)計(jì)工作。

（6）在進(jìn)行施工時(shí)，在預(yù)計(jì)溶腔或故障發(fā)生時(shí)，施工單位進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。該方案未開(kāi)發(fā)之前，施工單位不得面爆開(kāi)。

高風(fēng)險(xiǎn)隧道必須在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)控制和施工前規(guī)避整個(gè)過(guò)程中規(guī)范化。

6　結(jié)束語(yǔ)

突泥突水的爆發(fā)是毀滅性的。如果發(fā)生，將造成財(cái)產(chǎn)損失和工作時(shí)間的延誤，也可能造成人員傷亡和環(huán)境影響。施工單位要承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)隧道的風(fēng)險(xiǎn)，保證工程的安全，是施工單位的首要責(zé)任。因此，有必要采取預(yù)測(cè)措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，做好施工前的準(zhǔn)備工作。解決這一問(wèn)題的根本途徑是改進(jìn)生產(chǎn)管理和工程技術(shù)，提高地質(zhì)災(zāi)害的探測(cè)精度。因此，開(kāi)發(fā)突泥突水技術(shù)是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。

[1]張梅.釋能降壓法在高壓富水充填巖溶隧道中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)鐵路，2010（12）：60～65.

[2]王成龍.談如何控制好住宅工程質(zhì)量通病[J].中華民居（下旬刊），2014（9）：420.

[3]王志恒.工程重大安全事故罪研究[D].大連海事大學(xué)，2014.