高速公路隧道涌突水機(jī)制及防治措施

周陳嬰（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢430056）

高速公路隧道涌突水機(jī)制及防治措施

周陳嬰
（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢430056）

高速公路建設(shè)的發(fā)展，不可避免地要建立隧道工程，對(duì)地下含水層造成影響，導(dǎo)致出現(xiàn)隧道涌突水的現(xiàn)象。論文對(duì)高速公路隧道涌突水出現(xiàn)的原因進(jìn)行了分析，介紹了高速公路隧道涌突水機(jī)制的兩個(gè)基本條件，分析了高速公路隧道涌突水的防治措施，以促進(jìn)高速公路隧道涌突水現(xiàn)象的解決和促進(jìn)更完善暢通的交通建設(shè)的發(fā)展。

高速公路；隧道；涌突水機(jī)制；防治措施

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.019

1 高速公路隧道涌突水出現(xiàn)的原因分析

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，高速公路隧道涌突水出現(xiàn)的原因是在隧道穿過(guò)巖溶地區(qū)時(shí)，為了施工的順利進(jìn)行，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜斯ね诰蛏踔帘乒こ?，這就會(huì)對(duì)周圍的巖石等造成影響，導(dǎo)致巖石的松動(dòng)，進(jìn)而影響了地下水的正常流向，對(duì)地下水原有的平衡狀態(tài)造成了影響，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)涌突水的問(wèn)題[1]，對(duì)正常的交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展造成不利影響。除此之外，還與當(dāng)?shù)氐慕邓嘘P(guān)，就是說(shuō)，如果當(dāng)?shù)氐慕邓窟^(guò)大，降落到地表的大量的雨水會(huì)滲透進(jìn)入巖溶地層變成了巖溶水，然后這些巖溶水又進(jìn)入了隧道，造成了涌突水現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，隧道涌突水包括掘進(jìn)突水和暴雨突水兩種，掘進(jìn)突水是挖掘進(jìn)入了靜水壓力較為強(qiáng)大的巖溶地層而造成的；暴雨突水是因?yàn)榇罅康慕邓畬?dǎo)致巖溶地層產(chǎn)生洪流，水位上升，就會(huì)出現(xiàn)涌突水。

2 高速公路隧道涌突水機(jī)制的兩個(gè)基本條件

2.1 水源

水源是高速公路隧道涌突水問(wèn)題出現(xiàn)的根本原因[2]。這里的水源包括4種：首先，是含水層的存在，尤其是承壓含水層，承壓含水層在經(jīng)受不住外力的影響時(shí)就會(huì)出現(xiàn)涌突水；其次，是隧道工程外部會(huì)遇到的江河湖海等水源；第三，是溶洞積水；第四，是一些倒灌水，尤其是在發(fā)生洪災(zāi)時(shí)而向地下倒灌的水源。這4種水源只是最常見(jiàn)的集中類型。

2.2 通道

1)隧道直接穿過(guò)含水層

僅有水源，沒(méi)有通道（即隧道）的建設(shè)，沒(méi)有流動(dòng)的通道和條件，涌突水也是不會(huì)出現(xiàn)的。這種情況有很多種，其中最典型的就是隧道直接穿過(guò)水源區(qū)，對(duì)地下含水層造成極為重要的影響，進(jìn)而造成涌突水，在隧道直接穿過(guò)水源區(qū)的時(shí)候，如果沒(méi)有采取相應(yīng)的措施，沒(méi)有提前將地下水位降低，就會(huì)出現(xiàn)突水現(xiàn)象。圖1是隧道直接穿過(guò)水源區(qū)的示意圖。

圖1 隧道直接穿過(guò)含水層示意圖

2)施工活動(dòng)的影響以及地質(zhì)自身的斷裂現(xiàn)象

在施工進(jìn)行過(guò)程中，不可避免地會(huì)對(duì)地質(zhì)造成影響，產(chǎn)生斷層、裂縫等現(xiàn)象，這就會(huì)為地下水提供一定的通道，出現(xiàn)突水現(xiàn)象。一般斷裂地帶即為地下水最為豐富的地區(qū)，這也很容易導(dǎo)致突水現(xiàn)象。斷裂現(xiàn)象引起的突水現(xiàn)象如圖2所示。其中，圖2a表示張性斷裂導(dǎo)致的突水現(xiàn)象，圖2b表示壓性斷裂再加上施工的影響，會(huì)導(dǎo)致力學(xué)狀態(tài)發(fā)生改變而出現(xiàn)突水現(xiàn)象，圖2c表示斷裂的擴(kuò)展現(xiàn)象，也是在受到施工影響之后出現(xiàn)的突水問(wèn)題。

圖2 斷裂突水型式示意圖

3 高速公路隧道突水的防治原則

3.1 超前地質(zhì)預(yù)測(cè)原則

經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)發(fā)生隧道突水問(wèn)題的高速公路，它所在地區(qū)的水文地質(zhì)以及工程地質(zhì)情況都較為復(fù)雜，盡管在工程勘測(cè)過(guò)程中，已經(jīng)對(duì)這里可能存在的地質(zhì)問(wèn)題有了一個(gè)基本掌握，但是,僅僅通過(guò)這種方式卻很難對(duì)深部巖溶的細(xì)節(jié)有一個(gè)精準(zhǔn)把握。所以，在高速公路施工過(guò)程中，應(yīng)該采取先進(jìn)科學(xué)的方式來(lái)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，對(duì)隧道周邊以及一定范圍內(nèi)的巖溶等地質(zhì)情況有一個(gè)準(zhǔn)確把握，并將其作為降低隧道突水事件發(fā)生幾率的重要依據(jù)。

3.2 分類管理原則

結(jié)合不同類別的巖溶隧道，分別制定行之有效的隧道突水防治措施以及應(yīng)急預(yù)案，以便在發(fā)生隧道突水的第一時(shí)間就能對(duì)其進(jìn)行有效治理。另外，制定突發(fā)事件防范應(yīng)急預(yù)案、復(fù)雜地質(zhì)、工程難題設(shè)計(jì)與施工預(yù)案、重點(diǎn)工程等內(nèi)容，對(duì)不同類型的巖溶隧道進(jìn)行管理，讓高速公路施工過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)都處于實(shí)施監(jiān)督之下，從而大幅度降低發(fā)生隧道突水事件的幾率。

4 高速公路隧道涌突水的防治措施分析

4.1 排水法

排水法主要包括自然排水法和機(jī)械排水法。自然排水法又包括鉆孔排水和導(dǎo)坑排水。鉆孔排水主要是在掌子面上使用水平大口徑鉆順沿著洞軸線的方向進(jìn)行鉆孔，這樣地下水就能夠通過(guò)鉆的孔流走，實(shí)現(xiàn)對(duì)突水的及時(shí)排出。但是，這種情況的施工速度較慢。導(dǎo)坑排水法也因具體情況而采取不同的措施，比如在上坡的隧道中，且其坡度大于或等于0.3%，就可以采用這種方法。當(dāng)遇到斷面較大的隧道時(shí)，并且地下水又比較豐富，就需要采用旁洞排水的方法，但其成本較高。機(jī)械排水法受到隧道的地質(zhì)、土壤以及水壓等環(huán)境的影響，在砂礫、粗、中、細(xì)砂等地層可以采用井點(diǎn)排水的方法，如果需要大幅度地降低水位，則需要采用深水降水法了，但也需要井點(diǎn)排水的輔助。

4.2 止水法

止水法的具體方法也有多種，比如凍結(jié)法、壓氣法、灌漿法等。在隧道的地質(zhì)較為復(fù)雜的情況下，尤其是在深厚的沖擊層中，可以考慮采用凍結(jié)法，這樣較為安全，但這種方法需要大規(guī)模的制冷設(shè)備，成本較高，且需要的時(shí)間較長(zhǎng)；在比較軟弱的地層一般需要采用壓氣法，但這種方法只能在水壓小于0.3MPa的時(shí)候應(yīng)用；灌漿法技術(shù)的應(yīng)用目前最為廣泛，發(fā)展業(yè)最為成熟，尤其是在水壓較高的地區(qū)和斷層破碎的地質(zhì)條件下很實(shí)用。

4.3 繞避法

在遇到地下水層很豐富的地質(zhì)條件的時(shí)候，并且隧道的方向與其方向是垂直的情況時(shí)，就需要采用這種方法了。比如郁山隧道和通海隧道就應(yīng)用了這種方法。

4.4 針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題的特殊方法

1)斷層破碎的地質(zhì)問(wèn)題

在這種情況下，可以利用強(qiáng)行噴混凝土、錨桿支護(hù)，然后設(shè)置小孔徑排水孔和錨桿孔，排水孔的數(shù)量可以適當(dāng)豐富一些，并與盲溝相結(jié)合。

2)向斜地質(zhì)條件的中心地帶

向斜地質(zhì)構(gòu)造是儲(chǔ)水的構(gòu)造，這就要求在施工的時(shí)候要建設(shè)橫向排水洞，在洞口的位置需要用混凝土襯砌，其他部分用錨噴襯砌。

3)地下暗河

這種情況采取的防治措施是“要疏禁堵”，盡量避開地下水的位置。具體的措施為：首先查清楚地下暗河的流向、水位等基本條件，先將引水洞建立起來(lái)，然后將地下暗河通往施工開挖口的地方封堵。有的時(shí)候地下暗河比較凌亂，這就需要進(jìn)行堵水灌漿。如果隧道的高度與地下暗河的深度相同，那么就需要先挖開一條地下引水洞，讓水源從地下引水洞流走。

4)富水溶洞

遇到富水溶洞時(shí)，首先要弄清楚涌水的具體原因。溶洞水的流向很清楚明確時(shí)可以盡量進(jìn)行疏導(dǎo)，不要輕易改變其總體趨勢(shì)；如果溶洞額形成還不是很成熟，可以采用注漿的方法。當(dāng)溶洞出現(xiàn)在隧道的頂部時(shí)，就需要將格柵鋼架和管棚鋼管焊接起來(lái),然后噴射混凝土，且其范圍要大于等于20cm，使其形成穩(wěn)定的鋼性結(jié)構(gòu)。

5)突發(fā)情況導(dǎo)致的涌突水現(xiàn)象

這時(shí)需要采取特殊策略進(jìn)行解決，比如，臨時(shí)施工或者自然災(zāi)害引起，需要具體情況具體分析，進(jìn)行修整。需要專業(yè)的檢測(cè)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，防止不必要的災(zāi)害發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

在處理隧道涌突水的問(wèn)題時(shí)需要因地制宜，首先要看查清楚當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境以及地下水的具體情況，例如水量、流向、水壓等，然后采取相應(yīng)的解決方法和預(yù)防措施，與此同時(shí)，還要考慮周圍環(huán)境的影響，最大限度地減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。只有對(duì)涌突水問(wèn)題進(jìn)行了妥善的處理，才能保證我國(guó)的高速公路運(yùn)輸?shù)捻樌l(fā)展。

【1】江亦元,王星華.昆侖山隧道滲漏水原因探討及治理[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2005,26(4):52-56.

【2】張佰戰(zhàn),林應(yīng)丑.京滬高速鐵路南京上元門越江工程(橋梁)水文泥沙問(wèn)題試驗(yàn)研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2001,22(3):47-50.

Highway Tunnel GushingWater Inrush Mechanism and Prevention Measures

ZHOUChen-ying
（CCCCSecondHighwaySurveyandDesignInstituteCo.Ltd.,Wuhan430056,China）

With the development of highway construction in China, inevitably, to build a tunnel project, affect the undergroundaquifer, and it appeared the phenomenon of tunnel gushing water bursting. This article first to highway tunnel gushing water inrushreason is analyzed, and then introduces the highway tunnel gushing water inrush mechanism of the two basic conditions, finallyanalyzes the highway tunnel gushingwater inrush preventionmeasures, to further promote the solution of the highway tunnel gushingwaterburstingphenomenon,promote thedevelopmentofmore perfect unimpededtraffic construction

highway；tunnel；gushingwaterinrushmechanism；preventionandcontrolmeasures

U453.6+1

B

1007-9467（2016）12-0080-02

2016-08-25

周陳嬰（1980～）,男，湖北武漢人，高級(jí)工程師，從事公路工程勘察設(shè)計(jì)及項(xiàng)目管理研究。