岩溶隧道涌突水灾害源类型及灾害防治分析

胡迪勇, 徐 钟, 王坤云, 杨 竹, 王梦斐, 黄真璞

(成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)

1 引言

在复杂岩溶区隧道施工期间常遇到涌突水灾害问题，涌突水灾害问题在一定程度上制约着工程进度。近年来，由于隧道涌突水灾害造成的人员伤亡、设备损坏、工期延误的安全事故众多[1]。研究表明，隧道涌突水已成为最严重的地质灾害之一，如何防治隧道涌突水灾害是我国当前面临的一大难题。目前隧道涌突水灾害防治以“以防为主，防治结合”为方针，以“远程控制，中程防治，近距加固”为步骤[2]。如邹静娴等[3]从防、排、堵、截4个方面，阐述了隧道施工时诱发的涌水灾害可采取的防治措施。

2 涌突水灾害划分

隧道涌突水由灾害源、突涌水通道和防突结构三部分组成[4]，灾害源是指突涌水灾害发生需要的源动力和物质基础，涌突水灾害源的合理分类对制定对应的防治措施有着重要指导作用。通过研究岩溶隧道突涌水灾害案例，从灾害源的角度将突涌水灾害划分为裂隙型、管道型、溶洞型、其他型4种类型，其中其他型主要分为断层型、岩层分界型、暗河型。灾害源类的典型案例、涌水性特征及示意图见表1。

表1 灾害源类的典型案例、涌水性特征及示意图

3 隧道涌突水防治原则

现有隧道涌突水防治原则为：封堵与导排结合原则；超前地质预报与预警机制相协同原则；实时监测、信息化跟踪、随偏随纠动态调控原则，同时满足防治措施合理、适用、高效，结构安全、稳定、经济原则。

4 隧道涌突水防治措施

岩溶隧道突水灾害防治总体上可采取“避、绕、堵、排、固”的防治措施，针对不同灾害源引发的隧道突水灾害提出了引排、泄水洞设计、填充物加固、水通道封堵、选线避绕、涌水突防层注浆加固及释能降压7种具体的岩溶隧道涌突水灾害防治措施。对于复杂的地质含水体，可采取多种防治措施相结合的综合治理方案。岩溶隧道涌突水综合防治方案流程见图1。

图1 岩溶隧道涌突水综合防治方案流程图

4.1 前期工作

4.1.1 工程地质勘探

涌突水地质灾害最主要的因素与地质构造相关，尤其与断层、溶洞等不良地质位置分布有关。工程地质勘探通常采用地质钻探、坑探和物探深入岩层取得工程地质资料，探明涌突水的地质条件：岩层岩性及地质构造条件；探明断层、分界面、破碎带的空间分布和变化；水文地质条件主要有地下水分布、地下暗河等。

4.1.2 水力联通试验

通过对地下含水区域进行水力联通试验，探查明涌水治理区间涌水通道的相互联系，探明地下水主要流通路径，为岩溶涌水灾害的封堵、引排等防治措施提供详细资料，有利于实现在涌突水防治方案中对主要涌水通道的重点封堵，可以减少工作量，节约施工材料及缩短防治工期，同时为灾害防治措施的注浆设计、材料选取及改进提供依据。

4.2 事前控制

4.2.1 超前地质预报

由于岩溶地质情况的复杂性和灾害突变性，围岩中存在的隐伏溶腔和承压水影响着隧道安全，超前地质预报可探测掌子面及周边破碎带、富水区域、隐伏溶洞等不良地质情况，提前根据预报资料进行必要的灾害防治措施，能大大减少涌突水等地质灾害的发生。超前地质预报、岩溶情况探查等地质勘探工作已成为隧道开挖前必不可少的工序。

4.2.2 动态预警机制

动态预警机制通过数据收集、数据处理、预警、应急处理四大流程建立。对涌突水前兆信息的收集、识别及规律分析，进行及时预警，如果达到隧道安全设计的预警值，应及时启动应急预案，排除危险因素后才能正常施工。通常采用传感器对应力场、位移场、温度场、岩体水压进行数据信息收集，根据收集的信息结合地质勘察报告资料、现场施工条件信息、超前地质预报信息等分析涌突水的演化规律，建立隧道突涌水动态预警机制。动态预警机制的整套流程有利于实现对涌突水灾害的主动防控。

4.3 岩溶隧道涌突水处理措施

4.3.1 裂隙型涌突水防治

裂隙型涌突水宜采用以封堵和注浆加固为主的防治方案，具体如下：

(1)密集钻孔封堵。由于裂隙型涌突水的点较分散、范围较广的特征，注浆治理区域中应增大钻孔注浆设计密度，实现对涌水裂隙通道整个区域的封堵与加固。

(2)注浆量应与压力相协调。由于裂隙型涌突水在注浆封堵过程中，裂隙通道会慢慢封堵，注浆压力应与注浆量相协调。可根据注浆情况适当降低注浆终压，避免注浆压力过大造成围岩的变形破坏。

(3)对于连通承压水通道的节理裂隙，注浆防治宜采取“引水泄压、涌水突防层加固”联合的防治措施。

4.3.2 管道型涌突水防治

管道型涌突水可采取引排、封堵和堵排结合的防治方案。在雨水较多的岩溶地质山区，宜连通含水区域管道,保证主要水流路径畅通，再进行集中引排措施，避免岩体储存过大水压。

4.3.3 溶洞型涌突水防治

在岩溶地质条件下，溶洞引发的突涌水灾害最为常见，灾害防治应当以储水体结构的注浆充填、阻挡和引排为主。防治措施有优化隧道选线，避开可能诱发涌突水灾害的区域；大中型岩溶储水体结构防治时，可采用骨料充填和注浆封堵相结合的措施，骨料与注浆材料同步注入溶洞，可节约注浆材料，保证填充材料的结合强度，减小混合料渗水性；填充型溶洞防治时，可采用防水突防结构层加固、修建排水沟和泄水洞的措施。

4.3.4 其他型涌突水防治

(1)断层型：隧道施工遇到可断层破碎带时，施工扰动可能诱发突水突泥灾害，通常情况可采取超前注浆加固防水的防治措施。当遇到含水量大、水压高等危险性较大的施工区域时，可采取的灾害防治措施有：全断面超前注浆；增大断层区域注浆范围、设计平导辅助排水；软弱破碎带断层超前注浆堵水。

(2)岩层分界型：分为分界面两边为可溶岩和非可溶岩以及分界面两边为两种可溶性不同的岩体两种情况。由于可溶岩具有溶解性、储水性逐步增大的特点，可采取超前隔水层、注浆加固降低岩体可溶性的防治措施。

(3)暗河型：优先采取选线避绕和改变隧道高程跨越的措施；不能避绕时，可采取修建涵管疏通暗河减少水压作用，同时修建泄水洞以备涌突水灾害，也可采取注浆截水的措施。

5 结论

(1)本文从灾害源的角度将突涌水灾害划分为裂隙型、管道型、溶洞型、其他型4种类型，分析了每种类型的涌水特性。

(2)总结出涌突水防治原则，即封堵与导排结合原则；超前地质预报与预警机制相协同原则；实时监测、信息化跟踪、随偏随纠动态调控原则。

(3)从系统性角度分析了岩溶隧道涌突水综合防治方案流程，针对相应的灾害源涌突水类型确定了具体的防治措施。