探究巖溶隧道涌突水原因和治理技術(shù)

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1、探究巖溶隧道涌突水原因和治理技術(shù)摘要：我國巖溶地區(qū)幅員遼闊，巖溶地區(qū)修建長大隧道時巖溶構(gòu)造突水是人為激發(fā)的最嚴重的施工地質(zhì)災害，例如富水、高水壓、暗河、溶洞及斷層等問題。本文通過數(shù)值模擬和理論分析闡述了巖溶突水的止水巖柱受拉破壞、裂隙剪切破壞、裂隙水力擴張、塊體失穩(wěn)破壞等突水機理，并對突水壓力和突水量的估算和巖溶治理技術(shù)做了介紹。通過對巖溶涌水與氣溫、降雨量和降雨強度、施工引起的應力分布等因素的研究對巖溶發(fā)育特征與涌突水的關(guān)系作了深入介紹并給出了判斷標準。關(guān)鍵詞：巖溶隧道；涌突水機理；止水巖柱；裂隙；治理技術(shù)分類號：P642.25文獻標識碼：A文章編號：1引言、近年來，在巖溶地區(qū)修

2、建的高水壓、富水、巖溶隧道也越來越多，在這些地區(qū)修建隧道巖溶構(gòu)造突水是人為激發(fā)的最嚴重的施工地質(zhì)災害。開挖施工極易誘發(fā)大規(guī)模的突水、突泥等災害；同時，突水、突泥會嚴重破壞地下水環(huán)境，改變地下水滲流場及補排關(guān)系，造成地下水資源減少和枯竭，導致水質(zhì)污染和破壞。巖溶涌突水對施工安全、施工質(zhì)量及周圍環(huán)境影響很大，嚴重時還將影響運營和環(huán)境安全甚至帶來工程災難，因此分析巖溶隧道涌突水原因，找出涌突水的關(guān)鍵因素，探討涌突水治理技術(shù)顯得非常重要。巖溶隧道涌突水與隧道穿越的地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，不同巖溶構(gòu)造，涌水突水特點不同，同時還與施工和降雨因素有關(guān)，另外巖溶突水還與隧道的位置及安全距離有關(guān)，但以前的研究

3、僅局限于對具體工程的處理。2巖溶發(fā)育特征和涌突水的類型巖溶是地表水和地下水對可溶性巖層（碳酸巖類、硫酸巖類、南鹽類等）進行化學侵蝕、崩解和機械破壞、搬運、沉積作用所形成的各種地表和地下溶蝕現(xiàn)象的總稱。2.1巖溶發(fā)育特征巖溶發(fā)育具有位置和空間形態(tài)的不確定性、充填物的不均勻性，連通的復雜性、地下水和地表水相互轉(zhuǎn)化的敏捷性、流態(tài)多變性。巖溶水既可以是潛水，也可以是承壓水，既有穩(wěn)定流狀態(tài)，也有非穩(wěn)定流狀態(tài)。2.2巖溶涌突水的類型和危害性根據(jù)有關(guān)理論、工程類比和巖溶涌突水現(xiàn)象的觀察和分析，可以總結(jié)出巖溶地下水的運動規(guī)律，隧道巖溶突水主要分5種類型，其特征和運動規(guī)律及危害性如表1。3巖溶涌突水

4、的主要影響因素3.1地質(zhì)原因巖溶發(fā)育條件具備時，巖溶作用即可產(chǎn)生并逐步發(fā)展，侵蝕性的水流在構(gòu)造裂隙中流動使構(gòu)造裂隙不斷擴大形成溶蝕裂隙，寬大的溶蝕裂隙繼續(xù)發(fā)展成巖溶管道，巖溶管道繼續(xù)溶蝕逐漸形成大的溶洞，巖溶水具有水量大而分布不均、流動迅速和集中排泄的特點。1）可溶性巖石的向斜核部和背斜翼部容易發(fā)生巖溶涌突水。向斜摺皺核部縱張裂隙發(fā)育，軸部易匯水，易形成溶蝕裂隙和溶洞，發(fā)育成強巖溶帶或暗河；在背斜褶皺翼部發(fā)育的層面裂隙和層間滑動裂隙通常是過水通道，受溶蝕作用，易沿巖層走向發(fā)育橢圓或扁平狀溶管或洞穴；與背斜和向斜摺皺直交的橫張裂隙一般張開性強、巖石破碎、膠結(jié)程度差、透水性強，容易起導

5、水和匯水的作用也是巖溶發(fā)育帶。2）斷層破碎帶容易發(fā)生巖溶涌突水。斷層破碎帶常因?qū)⒏凰蔀閹r溶富水帶，張性斷裂常因張開性好、構(gòu)造角礫膠結(jié)松散、孔隙較大而容易形成具有較大儲水空間和寬大徑流通道的強巖溶帶和暗河徑流帶或管道流，張性斷裂橫切褶皺或擠壓性斷裂，使褶皺不同部位的地下水互相連通，促進巖溶發(fā)育，共軛出現(xiàn)。3）可溶巖與非可溶巖接觸面、膏溶面和碳酸鹽巖層間滑動帶，極易發(fā)生強烈溶蝕生成溶洞，產(chǎn)生巖溶涌突水。很多沿層面走向發(fā)育的地下河都處在層間滑動帶上，在石灰?guī)r、白云巖與碎屑巖或煤系地層的接觸面上最易匯集地下水和發(fā)生強溶蝕作用而形成巖溶管道和溶洞突水。4）其他含水構(gòu)造、含水體涌突水。

6、如層狀隔水層形成的含水體、巖溶地層中的孤立含水體等。3.2施工因素在隧道施工之前，巖體處于自然平衡狀態(tài)，隧道開挖時擾動了巖體，形成臨空面，并在隧道周邊形成松動圈，導致原有裂隙擴張和出現(xiàn)新的裂隙，改變了圍巖的應力狀態(tài)和地下水的流動狀態(tài)，加速了水循環(huán)，而巖體的破裂首先是從圍巖內(nèi)的節(jié)理裂隙面開始的，當充水裂隙垂直方向受拉應力作用或者裂隙面上受剪應力作用時，不高的水壓即可使其產(chǎn)生破裂，從而引起裂隙進一步擴展，水流在擴展方向的流動和劈裂又加劇了裂隙的擴展，從而誘發(fā)隧道涌水突泥，其主要表現(xiàn)在以下3個方面。3.2.1隧道開挖直接誘發(fā)涌水突泥主要原因是，1）爆破或非爆破開挖直接破壞含水構(gòu)造周的地層

7、，導致止水巖柱或關(guān)鍵巖塊失穩(wěn)和破壞，巖溶水突然涌出；2）隧道開挖直接揭穿高壓、富水溶洞或巖溶管道造成隧道涌水突泥；3）為爆破或非爆破施工導致巖體溶隙或巖溶管道擴張，造成巖體局部應力集中和破裂，巖溶水突然涌出。3.2.2隧道開挖間接誘發(fā)涌水突泥主要原因是，爆破或非爆破開挖后導致止水巖柱和關(guān)鍵巖塊出現(xiàn)變形和位移，不足以抵抗水壓力、土壓力和構(gòu)造應力，止水巖柱受力和變形過大或關(guān)鍵巖塊位移過大，逐漸失穩(wěn)或破壞造成巖溶突水。3.2.3隧道開挖面后方的涌水突泥隧道開挖擾動地層造成圍