岩溶隧道突水突泥影响因素分析

岩溶隧道突水突泥影响因素分析

裴晓建

上海同济检测技术有限公司上海200092

摘要：针对岩溶隧道突水突泥灾害，从岩性、地质构造、水动力条件三个方面进行了简要分析，得出岩溶隧道突水灾害发育的特点和必要条件，并结合现场案例对突涌水进行了具体分析，为岩溶隧道防治突水突泥灾害提供参考与依据。

关键词：岩溶隧道；突水突泥；影响因素

1引言

我国可溶岩地层分布广泛，约占我国国土面积的1/3[1]。随着铁路公路隧道建设向长、大、深方向发展，在这些岩溶地区修建隧道，极易诱发大规模的突水、突泥等灾害，不仅影响隧道施工进度，而且会给施工人员的生命财产安全造成重大损失。因此，在岩溶地区开挖隧道，首先要查明岩溶发育规律，从而有针对性的提前采取措施，降低岩溶突水突泥等灾害发生概率。

2岩溶隧道突水主控影响因素

岩溶发育影响因素较多，主要影响因素大致可以分为三类：地层岩性；地质构造；水动力条件。其中地层岩性是基础，地质质构造是主导，水动力条件则是决定性因素[2]

2.1地层岩性

（1）岩层矿物成分

岩层的化学及矿物成分中可溶成分占比越大，岩层被溶蚀的概率越高，石少帅在区域突涌水孕灾性评价指标和分级标准中认为当灰岩中可溶岩CaCO3含量大于75%时区域孕灾性极强[3]。李术才通过对大量突涌水案例进行分析认为在常见的碳酸盐类岩石中，灰岩、白云岩、硅质灰岩、泥灰岩中的岩溶发育程度依次降低[4]。岩层的可溶成分，直接决定了岩溶发育的规模与程度，加强对隧址区岩性成分的判定有助于岩溶突涌水风险的识别与判定。

（2）岩层产状

岩层产状决定了水对于深部岩体的侵入程度。对于水平产状岩层，岩层与上部地表水等接触面积较大，但由于岩体的渗透系数较小，决定了水体向下转移受阻；对于垂直产状岩层，地表水能够通过节理裂隙，岩层间接触面等向下运移，但由于上部汇水条件较差导致水对下部岩体侵蚀程度有限。一般认为岩层倾角为20°～60°的单斜构造岩溶最为发育。

（3）岩层组合

岩层组合主要指的可溶岩层与不可溶岩层组合。可溶岩层越多越厚，岩溶发育程度越强，反之岩溶发育程度越弱。此外，在可溶岩层与不可溶岩层交界处，地下水最易汇集，常常是岩溶多发区域，尤以可溶岩层顶底板为一层较薄的隔水层时，岩溶最易发育。

2.2地质构造

⑴断层

岩层在构造应力的作用下，产生错动，形成各种断层。在断层附近均会形成一定范围的破碎带，为蓄水通道形成创造了条件。隧道在开挖过程中，会加速断层活化，当防突岩体小于最小安全厚度时，最终发生突水突泥等灾害。断层破碎带含水性主要取决于断层两盘的岩石性质、力学性质以及断层破碎带的胶结程度，一般根据断层结构特点与突水突泥的工程特性，将断层类致灾构造分为富水断层型、导水断层型和阻水断层型[4]。富水型断层性主要指断层两盘的透水性相对较差，地下水主要富集于断层破碎带内，隧道突水突泥规模取决于断层破碎带富水聚集程度；导水型断层水源主要来源与两盘含水层，断层主要起引流作用，一般储水空间比富水型断层小；隔水型断层，主要指的是断层胶结程度较好，透水性较差，阻挡了地下水的流动，当隧道开挖至断层时便成为排泄口，发生突水突泥。

⑵褶皱

背斜和向斜是褶皱的两种基本形式，在隧道开挖过程中较为常见，其中背斜两翼与向斜核部，易汇集地下水，加之褶皱区域节理裂隙发育，会加大地下水运移范围，促进岩溶发育。

⑶其他因素

除了断层与褶皱两种基本致灾构造，不整合接触带、地表囊状风化等构造均可能诱发突水突泥灾害，施工时应加强地质观察，对异常区域应引起足够重视。

2.3水动力条件

根据隧道突水来源，一般将突水分为裂隙水、溶洞（腔）水、构造水、暗河水四类。

裂隙水发育区域，地层岩性与地质构造较复杂，岩层节理裂隙发育，裂隙水与地表水有较强的水力联系，水量大小受季节变化明显。揭露涌水时水压较大，随着出水时间延长，水压逐渐变小并变清澈。

溶洞（腔）发育区域岩层可溶性较好且地表岩溶洼地、落水洞、岩溶漏斗较多，地表汇水条件较好，一般通过岩溶管道为溶洞（腔）进行水源补给。对于富水溶洞，由于岩层的不均一性，溶洞形态变化多样，隧址区周围大小溶洞很可能相互联通形成溶洞群，导致隧道揭露溶洞时会伴随大量突水突泥现象，一般通过超前地质预报工作，提前预判灾害源并采取相应措施，对于减少人员伤亡及财产损失有重要意义。

常见的地质构造出水带主要包括向斜盆地、断层附近区域、岩层交界处不整合面等。这些富水区域往往存在较高水头压力，软弱结构面易被剪切或被压裂破坏，加剧了节理裂隙发育程度，从而形成多个地下水向隧道输送渠道，致涌水灾害发生。

地下暗河常常与岩溶管道交织在一起形成线状暗河、方齿状暗河、树枝状暗河和网格状暗河[3-5]，地下暗河的特点是水量大且流速快，对于岩层的侵蚀能力较强，隧道开挖应尽量避开地下暗河，如开挖到地下暗河分支，应及时进行封堵，降低地下暗河的水力连通性。

3涌水实例分析

某隧道斜井开挖至XJK0+149里程，掌子面出水量明显增多，以线状出水为主，为防范突水地质灾害，施工单位进行了超前地质钻孔，钻至前方约10m位置，钻孔位置水质较浑且出水量明显加大，单孔出水量达到13L/s，前方具有巨大突水隐患。

为及时应对掌子面前方地质灾害，超前预报单位提前于XJK0+149位置对掌子面前方围岩富水情况进行了探测，由探测结果可知，在隧道前方左侧约30°~60°方位距离掌子面3m~60m有一狭长低阻区域（图中红色区域所示），该区域视电阻率值明显低于周边区域，表明该区域围岩富水性较高，此外该里程段上方地表冲沟发育，起伏较大，汇水条件较好，加之岩层为泥灰岩，岩溶裂隙具备发育条件，此外掌子面围岩较为完整无大的地质构造，由此推测视电阻率异常区域为导水裂隙带，地表水为导水裂隙带的补给源。

瞬变电磁探测结果图

根据物探结果及地质勘察，项目部对掌子面左侧进行注浆，注浆后隧道出水量明显减小，至XJK0+129位置隧道出水以渗滴水为主，注浆效果明显，通过对出水段进行地质观察，出水点处裂隙发育，裂隙间夹泥，溶蚀迹象明显，与物探结果较为相符，该隧道突水为典型的岩溶裂隙水。

4结论

从岩性方向出发，从岩层成分、产状、岩层组合三个角度分析了岩溶发育的特点；阐述了不同条件下，地质构造与水动力条件对岩溶发育的影响，结合具体案例对岩溶裂隙水发育特点进行了说明。

参考文献：

[1]王遇国.岩溶隧道突水灾害与防治研究[D].中国铁道科学研究院,2010.

[2]王国斌.沪蓉西高速公路乌池坝岩溶隧道涌水成灾机理研究[D].中国地质大学,2012.

[3]石少帅.深长隧道充填型致灾构造渗透失稳突涌水机理与风险控制及工程应用[D].山东大学,2014.

[4]李术才,许振浩,黄鑫,林鹏,赵晓成,张庆松,杨磊,张霄,孙怀凤,潘东东.隧道突水突泥致灾构造分类、地质判识、孕灾模式与典型案例分析[J].岩石力学与工程学报,2018,37(05):1041-1069.

[5]李术才.隧道突水突泥灾害源超前地质预报理论与方法[M].科学出版社，2015：22–56.