巖溶地區(qū)隧道突水突泥災(zāi)害分析及防治措施研究

史永軍

摘要：文章對(duì)巖溶地區(qū)導(dǎo)致出現(xiàn)隧道突水突泥災(zāi)害的影響因素進(jìn)行分析，介紹此災(zāi)害可能對(duì)隧道工程施工所造成的危害，并提出了相應(yīng)的災(zāi)害防治措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū)；隧道突水突泥災(zāi)害；防治

1引言

巖溶在我國具有廣泛的分布，在此地區(qū)進(jìn)行隧道工程施工容易導(dǎo)致突水突泥災(zāi)害的發(fā)生而影響工程進(jìn)度，甚至對(duì)設(shè)備造成損壞以及對(duì)隧道造成淹沒，還會(huì)出現(xiàn)人員傷亡等事故。在目前我國鐵路工程施工中隧道工程在不斷增多以及覆蓋范圍在不斷增大的情況下，就需要針對(duì)巖溶地區(qū)隧道工程施工中容易出現(xiàn)突水突泥災(zāi)害問題的情況進(jìn)行分析，并對(duì)相應(yīng)的災(zāi)害防治措施進(jìn)行研究和制定。

2主要影響因素

2.1地質(zhì)條件的影響

地質(zhì)條件對(duì)巖溶地區(qū)隧道施工中突水突泥災(zāi)害的影響主要表現(xiàn)在地質(zhì)條件中的匯水地區(qū)對(duì)突水突泥災(zāi)害的發(fā)育比較有利，這主要是由于其中存在的可溶性地層中期石灰?guī)r等地層巖性比較有利于突水突泥災(zāi)害的發(fā)生。而且由于較為復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域中由于其存在的地層破碎以及完整性較差的特點(diǎn)，導(dǎo)致大型溶洞的情況比較多，也是對(duì)突水突泥災(zāi)害起到促進(jìn)作用。此外影響突水突泥災(zāi)害的誘發(fā)因素中還有溶洞的填充情況、尺寸特征、水壓、與地表水或地下水的連通情況等。而且由于在原始裂縫巖溶條件下的巖體還會(huì)有裂縫的不斷擴(kuò)大會(huì)導(dǎo)致溶蝕裂縫的出現(xiàn)，其中比較大的裂縫還存在向巖溶管道發(fā)育的可能，這就會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)育滯后形成溶洞而影響隧道工程的施工和使用安全。

2.2氣候條件的影響

鐵路隧道工程所在區(qū)域中的氣溫以及降雨量等氣候因素會(huì)影響巖石的溶蝕性以及溶洞內(nèi)水的賦存情況。而且不同季節(jié)中的氣溫、降雨程度、降水量、蒸發(fā)量以及地面徑流和滲透量等因素也會(huì)有所不同，在比較高的氣溫條件下，會(huì)具有較大的水的流動(dòng)速率、溶蝕速度以及對(duì)巖層的溶蝕速率，在此情況下會(huì)表現(xiàn)出較快的巖溶發(fā)育速度。加之水的滲透速率和運(yùn)動(dòng)速率還會(huì)受到降雨強(qiáng)度和總量的影響，加上雨水中的食源性物質(zhì)還會(huì)對(duì)巖溶的發(fā)育起到促進(jìn)作用。而出現(xiàn)加大突水突泥可能性的季節(jié)通常為夏季，這主要是由于此季節(jié)中的降雨量比較充足，地表水徑流以及地下水會(huì)滲入其中并形成巖溶水，且在此水中由于含有的泥沙量比較大則提高了突水突泥危害的程度。而且還由于在此季節(jié)中的突發(fā)暴雨概率比較高，這也會(huì)由于此問題會(huì)導(dǎo)致地下水位突然升高以及水壓增大而導(dǎo)致突水突泥概率的增加。

2.3工程擾動(dòng)的影響

由于在鐵路工程隧道工程開挖過程中會(huì)對(duì)原有的巖體平衡狀態(tài)起到打破的作用，并且在打破之后會(huì)在隧道的周圍產(chǎn)生凌空面和圍巖的松動(dòng)圈。在此狀態(tài)的影響下會(huì)出現(xiàn)原有裂隙擴(kuò)張以及新裂隙的發(fā)育情況，這就會(huì)對(duì)巖體的應(yīng)力狀態(tài)和流場(chǎng)造成改變。在出現(xiàn)了上述情況并且導(dǎo)致被破壞之后的圍巖應(yīng)力狀態(tài)超過了其臨界點(diǎn)之后就會(huì)導(dǎo)致此問題的發(fā)生。此外由于開挖面附近的水力梯度會(huì)受到巖溶水壓力和開挖掌子面與溶洞之間距離的影響，而此水力梯度又是引起突水突泥災(zāi)害的主要原因之一。此外在工程勘察階段如果發(fā)現(xiàn)了突水突泥災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，沒有對(duì)其采取有效的預(yù)防措施也會(huì)導(dǎo)致此類災(zāi)害的發(fā)生。

3巖溶地區(qū)隧道突水突泥災(zāi)害的危害分析

巖溶地區(qū)鐵路隧道工程施工中所出現(xiàn)的突水突泥災(zāi)害的危害主要受到溶洞水量、水壓和填充情況的影響，主要表現(xiàn)在出現(xiàn)突水突泥問題時(shí)會(huì)將地層內(nèi)的原有平衡狀態(tài)打破并且造成地下水流場(chǎng)和補(bǔ)排關(guān)系的改變，這就會(huì)導(dǎo)致一系列環(huán)境問題的出現(xiàn)而影響周圍人們的日常生活以及安全。其危害主要表現(xiàn)在會(huì)改變隧道上覆松散層的應(yīng)力并增高大動(dòng)水壓力，此問題會(huì)造成巖溶地區(qū)出現(xiàn)地面沉降或者塌陷等問題，而且此災(zāi)害問題主要發(fā)生在低吸水位存在急劇變化的區(qū)域以及強(qiáng)徑流帶中。此外在開展隧道開挖作業(yè)中也會(huì)對(duì)含水圍巖造成揭露以及對(duì)地下水進(jìn)行疏排，這就會(huì)降低吸水儲(chǔ)量而在成周圍滲流場(chǎng)和補(bǔ)排關(guān)系的改變，在此因素下會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)地表河溪斷流以及井泉干枯等問題。而如果出現(xiàn)了大量的突水突泥問題，還會(huì)由于造成充水圍巖的疏干以及水循環(huán)的加速而對(duì)氧化作用起到促進(jìn)作用，增加地下水中的部分金屬元素以及改變PH值而導(dǎo)致水污染問題的發(fā)生。此外，在對(duì)水進(jìn)行疏排的過程中也會(huì)由于操作錯(cuò)誤而出現(xiàn)二次污染的問題，影響周圍居民以及工業(yè)用水的安全，且具有較大的治理難度。

4巖溶地區(qū)隧道突水突泥災(zāi)害防治措施

4.1超前預(yù)報(bào)

針對(duì)引發(fā)突水突泥災(zāi)害的溶洞填充物及水壓的影響區(qū)域內(nèi)與隧洞圍巖塑性區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)通因素，需要通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)來掌握掘進(jìn)方向中可溶性地質(zhì)條件的情況，做好隧道近距離穿越巖溶地區(qū)時(shí)的巖柱完整性和穩(wěn)定性保證工作。還可以根據(jù)超前預(yù)報(bào)的結(jié)構(gòu)來執(zhí)行相應(yīng)的加固方案來保證速調(diào)直接穿越巖溶地區(qū)時(shí)的施工可靠性。所采用的超前預(yù)報(bào)方法主要有超前鉆探和物探等方式，主要的探測(cè)內(nèi)容就是溶腔的規(guī)模、位置和性質(zhì)，用于對(duì)施工設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用。

4.2對(duì)合適的施工工藝進(jìn)行選擇

針對(duì)比較容易出現(xiàn)在隧道開挖以及初期支護(hù)階段中的此問題，在分析其原因之后，針對(duì)初期支護(hù)階段需要通過合理的開挖方法避免在開挖中破壞其滲透水壓，保證對(duì)外水壓力起到抵擋作用。所采用的方法主要有全斷面法、臺(tái)階法、環(huán)形開挖留核心土法、中隔壁法、交叉中隔壁法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。且在對(duì)上述方法進(jìn)行選擇時(shí)應(yīng)按照隧道實(shí)際情況以及上述超前預(yù)報(bào)的結(jié)果等因素進(jìn)行選擇。

4.3監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

在巖溶地區(qū)隧道工程施工中需要做好對(duì)地質(zhì)環(huán)境、支護(hù)狀態(tài)、地表沉降、拱頂下沉量、周邊位移、圍巖壓力、鋼支撐內(nèi)力與外力等內(nèi)容的監(jiān)測(cè)。

4.4災(zāi)害預(yù)警

通過災(zāi)害前期預(yù)警和災(zāi)后應(yīng)急措施的制定與實(shí)施來實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害前兆信息進(jìn)行有效識(shí)別，其主要的原理就是在超前預(yù)報(bào)的結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)工作的開展之后，做好對(duì)斷層破碎帶、軟弱夾層等災(zāi)害的預(yù)警。在上述預(yù)警的基礎(chǔ)上來開展施工工作的開展。發(fā)揮預(yù)警的輔助決策作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)此災(zāi)害的有效防治。

5結(jié)語

在巖溶地區(qū)開展鐵路隧道工程施工中容易出現(xiàn)突水突泥災(zāi)害，其可能會(huì)誘發(fā)各種地質(zhì)災(zāi)害以及隧道工程施工中的安全事故而造成經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡等問題。這就需要在對(duì)影響出現(xiàn)突水突泥災(zāi)害的因素進(jìn)行分析以及對(duì)此災(zāi)害的危害進(jìn)行介紹之后，通過超前預(yù)報(bào)、合適的施工工藝以及監(jiān)控量測(cè)和災(zāi)害預(yù)警等方式來對(duì)此災(zāi)害問題進(jìn)行防治。

參考文獻(xiàn)

[1] 余會(huì)明，安海棠，張衛(wèi)強(qiáng). 巖溶地區(qū)隧道突水突泥災(zāi)害分析及防治對(duì)策[J]. 現(xiàn)代礦業(yè)，2016（6）.

[2] 萬京書. 巖溶隧道突水突泥機(jī)理及其防治措施[J]. 建筑技術(shù)開發(fā)，2018，v.45；No.392（14）：85-86.

（作者單位：中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司）