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隧道突泥涌水原因分析(一)
隧道岩溶涌水突泥成因分析及整治措施
隧道岩溶涌水突泥成因分析及整治措施
[摘要] 在岩溶地区修建隧道时，常遇到突水、涌泥等地质灾害，对人员及财产造成重大的损失。本文将隧洞岩溶涌水突泥的成因分为地质因素和工程因素两大类，进行了详细的分析，针对不同涌水情况，提出了整治对策，为隧道涌水突泥灾害的分析、治理提供一定的参考。
[关键字] 隧道工程 涌水突泥 成因 整治措施
1 前言
随着我国隧道、矿山、水利及其它地下工程建设的快速发展，遇到的工程地质条件不断复杂，面临的问题也越来越有挑战性，特别是高压、富水区高埋深岩溶隧道面临高压突水、涌泥的危险，详细地分析了成因，提出相应措施，对隧道岩溶涌水灾害的防治具有很重大的意义。
2 成因分析
隧道岩溶突水的实质是地下水原有的输水网络或存储条件受到外界因素的影响而失去平衡而导致失稳的现象，其影响因素众多且复杂，但总体上可分为地质因素和工程因素两大类。
2.1 地质因素
（1）地形地貌。从多个隧道建设中的突水实例调查发现，整个工程的地形地貌条件与突水的发生密切相关：地表岩溶洼地、沟槽地区为雨水等的汇集提供有利条件，而岩溶洼地、槽谷中的落水洞或漏斗使降雨转入地下，成为地下水的补给区。在隧道横断面上，地形地貌可分平坦型、凸形、山谷正下方平行型、山谷侧下平行型和单斜面型；在纵断面上，地形地貌可分平坦型、凸型、横贯河流型、盆地型和平凸型。在横断面地形类别中，山谷正下方平行型和侧下平行型隧道的比突水量最大，凸型隧道的比突水量则最小。从纵剖面来看，横贯河流型、盆地型和平凸型隧道的比突水量最大，平坦型和凸型隧道的比突水量则相对要小很多。从中可以看出，突水量的大小与地形地貌有较大的关系，在隧道前期勘察过程中应多注意，尽避开可能发生突水的地段。【隧道突泥涌水原因分析】
（2）地层岩性。大型突水灾害多发生在灰岩、白云岩等可溶岩地层中，地层岩性越纯、单层厚度越大则岩溶越发育，越易形成大型岩溶管道。在碳酸盐岩中，除化学沉积，还有碎屑沉积，为发育大型含水岩溶管道创造了条件。长兴组灰岩中常沉积隧石结核，隧石结核和隧石条带与灰岩接触界面附近易溶蚀，水流沿着此界面逐渐淘蚀，使结核孤立直至最终剥离。因此界面上易发育大量溶孔、小型溶洞，为岩溶的进一步发育提供良好的物质基础。同时岩层中的易溶特殊矿物成分在很大程度上可加速岩溶的发育，特殊物质与水发生物理化学作用形成对碳酸岩有很强侵蚀性的岩溶水，导致溶蚀作用加剧，从而造成该地层深部含水岩
隧道突泥涌水原因分析(二)
隧道涌水的影响因素和处治措施
隧道涌水的影响因素和处治措施
摘要：地下水渗涌是影响隧道施工中常见地质灾害之一，涌水灾害的发生往往会造成人员伤亡和财产损失，不但影响施工，如果处理措施不当，还会影响正常运营。并且其后期维护更加困难，该文章对隧道涌水的动态变化特征、影响隧道涌水的因素进行阐述分析，同时对发生涌水或潜在水体的治理措施进行总结和研究。
关键词：隧道涌水；变化特征；影响因素；处治措施
一引 言
复杂条件下深埋长大隧道主要的地质灾害有高应力、高地温、涌（突）水等，在这些地质灾害中，涌水突水甚至突泥是隧道工程中最具危害性的灾害之一。国内外许多隧道发生过涌水甚至突泥灾害，如法国仙尼斯峰隧道、日本青函隧道、前苏联北穆隧道、我国大瑶山隧道和军都山隧道等。其中,我国1988年以前建成的铁路隧道有80%在施工中遇到了涌水问题，而在运营过程中还有涌水漏水病害的隧道占30%左右,如成昆铁路的415 座隧道中,在施工期间有93.5%的隧道发生不同程度的涌水或突水灾害,其中涌水量超过10000m 3/d 的有8 座, 而严重涌水者13座。隧道涌水的存在，不仅填塞坑道、淹没设备，给隧道施工带来巨大的困难，影响工期，严重者还会造成人员伤亡。
隧道涌水时由于隧道的掘进破坏了含水层结构，使水动力条件和围岩力学平衡状态发急剧改变，以至地下水体所存储的能量以流体（有时有固体物质伴随）高速运移形式瞬间释放而产生的一种动力破坏现象。当涌水中有大量的固体物质(尤其是泥质物) 时, 称为隧道的突泥。隧道涌水突泥是否发生, 需满足一定的条件, 即含水围岩的能量储存性能、释放性能、水动力性能和围岩稳定性能等。
二隧道涌水的动态变化特征
隧道涌水量由静储量和动储量两部分组成。 前者为隧道围岩内空隙中所赋存的地下水， 其大小取决于含水围岩的规模、储水能力和给水能力； 后者以地下径流形式出现于含水围岩中, 它与地表水体或其它地下水体有直接的水力联系, 其大小取决于含水围岩的规模、补给条件、径流条件和排泄条件。【隧道突泥涌水原因分析】
当隧道涌水量以静储量为主时, 初期涌水量很大, 表现为突水, 随着时间的推移, 涌水量不断衰减, 最后仅为滴水或渗水, 贯通性裂隙含水围岩和孤立溶洞中的围岩涌水多属此类。由于这类涌水衰减快速，对隧道施工影响很大,对运营影响相对较小。以动储量为主的含水围岩，发生隧道涌水时，涌水量往往由小到大地变化, 然后趋于与动储量相当的稳定值,即隧道的涌水量等于补给量。这类隧道涌水包括岩溶水,因充填裂隙的地下水力梯度增加或冲刷加剧而逐渐贯通,并与
隧道突泥涌水原因分析(三)
隧道涌水突泥应急预案
目 录
一、 编制说明 ............................................................................................................. 1
二、 编制依据 ............................................................................................................. 1
三、突水突泥应急领导小组 ....................................................................................... 1
四、易发生突水突泥的工点 ....................................................................................... 2
五、 施工组织方案 ..................................................................................................... 2
1．总体原则 .............................................................................................................. 2
2．工艺流程 .............................................................................................................. 3
3．突泥涌水探测 ...................................................................................................... 3
4．施工方法 .............................................................................................................. 3
六、 应急救援预案 ..................................................................................................... 4
1．可能发生的以下几种事故： .............................................................................. 4
2．应急资源 .............................................................................................................. 4
3．工作程序 .............................................................................................................. 4
4．报告、联络 .......................................................................................................... 5
5．应急报告 .............................................................................................................. 5
6.现场处理 ................................................................................................................ 5
7.后续处理 ................................................................................................................ 6
七、安全管理目标 ....................................................................................................... 6
1.伤亡控制指标 ........................................................................................................ 6
2.安全达标 ................................................................................................................ 7
八、安全、环保措施 ................................................................................................... 7
1．安全措施 .............................................................................................................. 7
2.环保措施 ................................................................................................................ 8
中铁五局贵开铁路工程指挥部第一项目部
突水突泥应急救援预案
新建贵开铁路，地处云贵高原东侧斜坡上，属高原岩溶地貌，
岩溶地貌在线路占据主导地位，以溶蚀峰丛沟谷为主，次为溶丘洼地及构造剥蚀中低山，易发生突水突泥灾害。为有效降低灾害发生、提高自防自救意识，结合贵开铁路不良地质、特殊岩土、侵蚀性环境工点多、地势陡峭等特点，特制定本预案。
一、 编制说明
为保证贵开铁路隧道工程施工安全，切实履行企业安全生产的
责任主体，贯彻落实“安全第一、预防为主”的安全生产方针。根据建指《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》的规定，针对贵开铁路工程隧道可能存在突泥涌水的特点，为避免施工风险，预防隧道施工中突泥涌水事故发生，保证隧道施工安全和工程质量与进度，特制定本方案。
二、 编制依据
《隧道设计施工图》；
《隧道纵断面图》；
《铁路隧道工程安全技术规程》（TB10304-2009）【隧道突泥涌水原因分析】
《铁路隧道施工规范》；
《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99；
贵开铁路工程项目实施性施工组织设计；
设计文件及贵阳市域铁路建设指挥部安全管理相关要求等。
三、突水突泥应急领导小组
项目部成立突水突泥应急预防领导小组
组 长：陈延安
副组长：邓建华、信捌零、刘海、王润高、王远三、敬礼
成员由各部门负责人及相关人员组成，具体为：
李春光、梁宇航、黄伟、李建国、李航军、谢永亮、何东、叶
贵中及各作业队队长
四、易发生突水突泥的工点
中铁五局贵开铁路隧道高度风险台帐
五、 施工组织方案
1．总体原则
坚持“早预报、先治水、强支护、快封闭，早衬砌”的施工原
则组织施工。
施工前严格执行超前地质预报工作，通过超前地质预报资料进
行分析，确定岩溶或断层破碎带延伸、规模、方向与类型。对可能存在突泥涌水地段采取全断面超前预注浆结合局部注浆方法，经注浆止水效果达到要求后，方可组织开挖施工。注浆结束后，进行注浆效果检查。当地层含水量不大时，浆液填充率须达到70%以上，地层富含水丰富时，浆液填充率须达到80%以上。按总注浆孔的5～10%设置检查孔，检查孔的布设应在均布的原则下，结合注浆资料的分析做重点检查。检查孔应无涌泥、涌砂，不塌孔，渗水量应小于0.2L/min·m。不取芯钻孔时，应记录钻进速度、钻进压力、排渣成份等，进行认真分析。注浆效果达到要求后，方可组织开挖施工。
为防止突泥涌水对人员及设备造成危害，隧道施工时，通过综
合超前地质预报手段探明掌子面前方地质条件，以便采取有效的施工措施，避免施工突发灾害的发生。遇溶隙、裂隙水可以以堵为主；
遇到暗河或管道流，必须以疏、排为主。
2．工艺流程
超前地质预报——超前支护——短开挖——强支护——仰拱砼
——拱墙二衬
3．突泥涌水探测
施工时加强超前地质预报，把超前地质预报纳入施工工序管理，建立完善的超前地质预报系统，采用先进可靠的预报方法（TSP203、陆地声纳法、地震波法、红外线探水仪、水平声波反射法、地质雷达和超前钻孔等），采取长短结合、相互验证的综合预报手段，根据预报成果采取相应的处理措施，制订施工方案。
4．施工方法
（1）隧道成立超前地质预测预报和围岩监控量测小组，小组需
配备1名隧道工程师和1名测量专业技术人员，专门负责该项工作。每个开挖工班必须配一名技术员跟班。随时掌握掌子面地质情况，并指导督促措施、技术标准、技术交底的落实，确保按操作规程标准化作业。
（2）施工到设计突泥涌水段前，开挖班打炮眼时，必须用风钻
在掌子面打一加深炮孔，长度比一般炮眼长2~3米，目的用于探测前方是否有涌水流出。若无涌水流出，则按正常施工方法进行。
（3）若探明前方有突泥涌水情况，则对掌子面进行注浆或帷幕
注浆。
（4）注浆或帷幕注浆结束后，进行弱爆破短开挖，开挖一榀钢
架距离及时立钢架锚喷支护。
（5）开挖支护够12延米后，及时施作仰拱砼。
（6）开挖支护够24延米后，仰拱砼施作12延米后，及时施作
拱墙二衬。
（7）按此方法反复循环施工，直至渡过突泥涌水段。
六、 应急救援预案
为保证可能在贵开铁路工程第一项目部施工中发生隧道突泥涌
水事故后，急救工作程序化、科学化、机动化，把人员伤亡和经济损失降低到最小程度，并明确在急救预案中的机构设置和相关部门、人员在应急中的职责，根据项目确认的高中度风险，特制定本预案。
1．可能发生的以下几种事故：
（1）开挖爆破作业后引起的隧道突泥涌水事故；
（2）初期支护受压变形引起的隧道突泥涌水事故。
2．应急资源
2.1人员
项目经理部成立以项目经理为组长，书记、副经理、总工程师
为副组长、各部门负责人、施工现场负责人、调度员、值班电工、医务员、抢险人员为组员的应急救援工作小组。
2.2物资、机具、设备
（1）报警系统及通讯设备：对讲机、电话、手机等通讯设备。
（2）应急设施及机具：防爆电线、电缆、电灯、手电筒、应急
灯、移动配电箱等照明所需物料；轮式装载机、挖掘机、自卸汽车、抽水机等抢险设备。
（3）其它材料工具：钢筋爬梯、救生绳、救生圈、氧气袋、木
材、型钢、铁锹、撬棍、钢丝绳，枕木等。
（4）伤员急救设备：伤员担架、消毒剂、急救箱。
（5）救护车辆及交通工具：指挥车、微型车、材料运输车、救
护车等。
3．工作程序
隧道突泥涌水原因分析(四)
平阳隧道突泥涌水处治施工技术
摘 要 在平阳隧道突泥涌水段处治过程中，对突泥及涌水情况做分析，采用堵排结合，径向注浆，台阶法开挖，一次衬砌紧跟，顺利通过此段，有效的治理该段的涌水，对今后同类问题的处理具有借鉴作用。 关键词 隧道；突泥涌水；处治技术
中图分类号[U25] 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）96-0171-02
1 工程概况
2009年10月17日上午10点，平阳隧道右洞掌子面YK39+391拱顶发生突泥地质灾害，涌出的黄泥和风化石从YK39+391向大里程方向推至YK39+630（239m），YK39+630～+750（120m）段的路面被溢出的泥浆（均厚5cm～30cm）覆盖；向小里程方向推至YK39+295（96m），被该处的二衬台车和装载机挡住，同时小里程方向的3#行车横洞也被突泥淤满，但未向左洞溢出。预估总突泥量约4万方，突泥灾害影响范围约455m。
2 突泥涌水原因
突泥涌水发生的地段位于平阳盖向斜核部，处于两层水平岩溶管道富水区，隧道顶部岩溶发育，与地表岩溶洼地、落水洞相连通，在静水压力和长期浸润软化下，拱顶上方形成了强径流的岩溶破碎带，由于掌子面拱部的溶腔不断扩大，顶部的岩溶破碎带逐渐失稳，在自重的影响下发生了垮塌，是导致隧道发生突泥灾害的原因。
3 处治范围
突泥涌水处治范围为YK39+319.6～YK39+460，总长140.4m。共分三段进行处治，对YK39+319.6～+360.8段为70+45cm双层钢筋砼衬砌；YK39+360.8～YK39+405段为70+45cm双层钢筋砼衬砌；但填充物发育的坍塌段YK39+384 ～YK39+405段采用Φ127*8mm大管棚预注浆作为超前支护措施； YK39+405～YK39++460段由于突泥影响导致隧道二次衬砌开裂，该段拆除原二衬素混凝土衬砌，重新施做钢筋混凝土二衬。
4 总体处治原则
采用：“堵排结合，注意环境保护，避免次生灾害”的设计原则进行处治。
1）进行YK39+379～YK39+415段Φ127mm超前大管棚的施工，拆除套拱部位的衬砌，施作临时套拱，然后施作管棚并注浆加固溶洞充填物；在施工管棚的同时，及时对YK39+319.6～+360.8加宽段的初支拆除，扩挖后重新支护，并施做仰拱、一衬及二衬，并对YK39+460向小里程方向的围岩进行径向注浆加固，拆除此段的二衬，施做仰拱，绑扎此段的衬砌钢筋；
2）待管棚施工完成后，对YK39+360.8～YK39+405段进行开挖支护，径向注浆完毕后，施工仰拱、一衬及二衬砼；
3）待溶洞段顺利贯通后再浇筑YK39+405-YK39+460段的二衬及3#车行横洞及溶洞段的路面、电缆沟及边沟等附属工程。
5 超前跟管管棚施工
超前大管棚采用Φ127mm，壁厚8mm无缝跟管管棚，钢管长度36m，环向间距35cm，共57根，总长度为2052m；外插角为5°，断面呈180°辐射坍塌体，钢管材质为R780钢管。钢管内安装钢筋笼，注入M30水泥砂浆充填。
管棚注浆过程中，钢管按照设计要求钻好注浆孔，但露出开挖线以外的部分不能钻孔。施工前，不得提前将所有的管棚全部钻好注浆孔，边跟管，边根据现场情况，确定是接有孔的钢管还是无孔的钢管。技术人员必须全过程监控。管棚施打完毕后，按设计要求，放入钢筋笼。管棚的端头封死，在管棚端头的上端焊一个注浆阀门管，所有的注浆从注浆阀门管注入。注浆材料采用M30水泥砂浆。注浆压力达到设计的压力值和压力时间后，关上注浆阀门，拔开注浆管，继续下一根管棚的注浆。管棚注浆随着管棚施打的过程同步进行，管棚注浆量尽量多注，注的越多，以后开挖时就更安全。
6 突泥坍塌段开挖及支护
6.1采用三台阶法开挖并预留核心土
6.2开挖工序说明
1） （1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф32超前自进式锚杆。（2）人工开挖①部及整修。（3）施作①部初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立I22b工字钢拱架并在基础垫设型钢大拱脚。（4）施作锁脚锚杆后复喷混凝土至设计厚度；
2）（1）在滞后于①部约3m距离后机械开挖②部，并在该部位核心土上打入一定数量的螺纹钢筋（视核心土稳定情况而定）。（2）人工开挖③部及整修，初喷4cm厚混凝土。（3）接长型钢钢架，基础垫设型钢并设锁脚锚杆。（4）复喷混凝土至设计厚度；
3）（1）在滞后于②部约3m距离后，机械开挖④部，并在该部位核心土上打入一定数量的螺纹钢筋（视核心土稳定情况而定）。（2）人工开挖⑤部及整修，初喷4cm厚混凝土。（3）接长型钢钢架，钢架基础垫设型钢并设锁脚锚杆。（4）复喷混凝土至设计厚度；
4）在滞后于④部约3m距离后，机械开挖⑥部；
5）开挖隧底剩余部分⑦部（仰拱）。
7 洞身注浆加固止水
根据突泥涌水段岩溶的发育状态，在隧道拱部和底部均设置Φ51壁厚8mm的小导管径向加固止水注浆，其中拱部及边墙部注浆管长度取10m，隧道仰拱部取5m，加固止水注浆采用425普通硅酸盐水泥浆，浆液采用425水泥，水灰比1：1，注浆压力控制在0.5MPa～0.8MPa。
8 一次衬砌施工
一次衬砌采用先拱后墙的方法分段进行，支护一段衬砌一段（一般为5-6m）；塌体段上半断面初期支护统一支护到设计圆心O1以下2.27m位置，而一次衬砌浇筑到设计圆心O1以下1.9m位置，下半断面的直墙采用马口跳槽开挖支护及时封闭，待一段支护完成后再进行仰拱混凝土的浇注，使衬砌完全闭合成环。
9 施工注意事项
1）对塌体要进行注浆固结，要求拱脚部分要进行重点固结。拱脚采用大拱脚，每个节点处要设四根锁脚锚杆，并与钢拱架进行焊接；
2）对初期支护进行监控量测，密切注意支护变形动态，发现异常立即采取应急加固措施，避免危险发生和确保人员、设备、财产安全；
3）队测量班开挖过程中应严格测量放线，控制好开挖轮廓，不得出现大面积超欠挖；
4）突泥段开挖前，必须要做好超前探孔，超前探孔不少于3个，深度不得低于6m，对探孔的情况进行记录，比如探孔的出水情况、水量大小、含泥沙情况以及钻孔前方的地质情况。遇到特殊情况立即上报项目部，项目部根据以上情况及时调整施工方案，避免意外情况发生；
5）拱架加工时要精确放线，控制好拱架的弧度。施工前应先加工一榀完整的拱架，在平地上组装完检测合格后，再大批量加工，防止出现返工现象。工字钢下料时在节约材料的同时，尽量减少接头数量，且尽量将接头安置在仰拱部分和边墙部分，拱部和拱腰不得出现接头。对接头的处理采用钢板连接，如果要采用焊接，不允许对焊，必须采用钢板双面帮焊。
10结论
采用“超前跟管管棚、掌子面预注浆、分台阶开挖”的处治方案，平阳隧道涌水突泥段顺利通过。给今后其他隧道岩溶发育段的处治及治理提供了有力的参考。
本文来源：http://www.zhuodaoren.com/tuijian294353/
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