深大断层破碎带隧道突水突泥机理研究*

杨 超 邹永木 李 磊 钟祖良 李亚朋

(1.成贵铁路有限责任公司,成都 610031;2.中铁十一局集团第五工程有限公司,重庆 400045;3.重庆大学土木工程学院,重庆 400045)

在隧道开挖过程中,尤其当穿越深埋富水断层破碎带区域时,在爆破等施工扰动下,极易产生突水突泥,造成较大经济损失和工期延误。[1]目前,国内外学者对隧道突水突泥机理进行了一定研究：Ma等对不同初始孔隙度、粒度组成和水压力下砂岩样品中小颗粒的迁移过程进行研究,揭示了断层破碎带突水突泥微观机理;[2]王德明等通过建立的三维地质模型实验系统,揭示了断层带围岩应力-应变及渗流特性;[3]文献[4-5]认为地质因素和地下水的溶蚀作用是造成断层带塌方的主要原因;隧道预留防突厚度不足是导致突水突泥的直接原因。从1944年Ribicic等首先提出相对隔水层厚度[6]的概念以来,较多学者也对隧道安全防突厚度进行了关注,文献[7-8]等基于筒仓理论推导了断层破碎带隧道突水突泥最小安全厚度表达式,发现断层破碎带宽度对防突安全厚度影响显著。

目前对隧道突水突泥机理及防突厚度研究取得了一定成果,但是,针对富水断层破碎带水力耦合作用下防突岩体剪切失稳机理的研究较为匮乏,且已有研究所依托的断层破碎带宽度也较小,对于百米以上宽度的深大富水断层破碎带,水力耦合特性更加复杂,但对此类地质条件下隧道突水突泥的研究鲜有报道。

因此,以成昆铁路德昌隧道穿越高家湾深大富水断层破碎带为背景,通过理论分析,数值模拟等手段,对突水突泥灾变机理及掌子面防突安全厚度进行研究,为类似不良地段工程施工提供参考。……