公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及演化过程数值分析

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隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理

隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理随着经济的蓬勃发展和基础建设的逐步完善,我国隧道与地下工程得到高度发展,隧道修建所面临的地质环境也日益复杂,强岩溶、大埋深、高地压,地质构造极端复杂,导致突水突泥灾害时常发生,已经成为制约隧道安全快速施工的主要因素之一。

对突水突泥孕灾环境认识不清,对突水突泥灾害是否发生判识不准是隧道突水突泥灾害时常发生和难以遏制主要原因。

本文以隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理为主要研究对象,以利万高速齐岳山隧道等众多工程实例为依托,通过文献调研、现场调查、软件研发、理论分析、试验装置研制、室内试验、典型案例分析等手段,开展隧道突水突泥致灾系统、岩溶隧道突水突泥抗突评判方法与软件及隧道充填溶洞间歇型突水突泥临灾判据三个方面研究,获得以下研究成果。

(1)调研了我国300余例隧道突水突泥工程案例,揭示我国突水突泥隧道的分布特征,进而将诱发隧道突水突泥灾害的致灾系统划分为3类1 1型,即岩溶类(占比45%,1 42例,包括溶蚀裂隙型、溶洞溶腔型、管道及地下河型)、断层类(占比28%,86例,包括富水断层型、导水断层型、阻水断层型)和其他成因类(占比27%,84例,包括侵入接触型、构造裂隙型、不整合接触型、差异风化型、特殊条件型),提出了不同类型致灾系统的结构特征、赋存规律以及识别方法,并对每种隧道突水突泥致灾系统类型开展典型案例分析。

研究了隧道突水突泥孕灾过程,提出了直接揭露型、渐进破坏型、渗透失稳型、间歇破坏型4种典型隧道突水突泥孕灾模式,表征了隧道突水突泥灾害的孕育、发展过程和致灾特征。

(2)提出一种隧道突水突泥抗突评判方法-RBAM法,可用于隧道工程现场突水突泥的快速判识。

考虑水动力条件、不良地质、抗突体厚度和围岩特征四个方面因素,构建了突水突泥抗突评判影响因素指标体系,并提出了各影响因素等级划分方法与评分体系,形成了适用于工程现场快速查询与评判的影响因素分级与评分表,阐述了抗突评判方法的实施流程。

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。

（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。

隧道岩溶涌水突泥病害发展机理及处治方案探究

隧道岩溶涌水突泥病害发展机理及处治方案探究发表时间：2019-01-09T16:11:17.180Z 来源：《防护工程》2018年第29期作者：吕和章[导读] 工程因素、地质因素等均可能成为岩溶隧道涌水突泥现象出现的原因中铁十一局集团第五工程有限公司重庆 400037摘要：工程因素、地质因素等均可能成为岩溶隧道涌水突泥现象出现的原因，人们需要仔细地分析涌水突泥灾害的原因及其特征后，根据实际情况提出较为可行的灾害防治方案，以最大可能地降低灾害发生时的危害。

因此，如何采取最合适的方式对隧道涌水突泥病害进行科学处治是文章关注的重点。

关键词：隧道岩溶涌水突泥病害；发展机理；处治方案探究1工程概况1.1隧道岩溶涌水突泥病害的发生过程某分离式特长隧道，位于Ａ市至Ｂ市高速公路上，其中，左、右线长４７０７ｍ，线间距４０ｍ。

动工建设时间为２０００年３月１日，竣工时间是２００３年１１月。

瓦斯及煤、岩溶为主要隧道穿越的不良地质，并有石油、硫化氢和天然气等有害气体含于其中。

在营运后，人们已对隧道展开了数次病害处治。

特别是针对隧道病害，人们于２０１２年进行了比较全面的整治，包括路面病害、隧道结构性病害、硫化氢有害气体等，此为最近的一次整治。

２０１４年８月１９日２２：１０，有涌水突泥病害于左线隧道ＺＫ３７＋１８７左边沉砂池上部预留孔出现，沉砂池已无法完全容纳涌出物，涌出物中包括泥沙、块石和含较多泥的岩溶水，隧道车道中固体涌出物约长５０ｍ；２０１４年８月２２日２１：００、２０１４年９月２０日１８：０３，涌水突泥现象再次于隧道相同区域出现，且每次均比上次涌出更多量物质，类圆球状，呈长途搬运痕迹。

几次涌水突泥现象导致了公路通车中断，但并未使公路上车辆及人员受到损害。

本次隧道突泥涌水的特征有：①突发性。

涌水突泥突然发生，在严重时，会造成开裂内鼓、初支掉块，隧道安全会受到较大影响；②水量大。

涌水突泥来势猛、流程远、涌水量大，并且许多砂砾石会含于其中，使洞中设施有被淹没的可能；③高压性。

岩溶路基突水原因分析及处治设计

公路工程，２００９，３４（４）：３０— ３３．
［５］邹静娴，许
下水，２０１０，３２（２）：１６２—１６３．
３处治设计
１）为使地下水顺利排泄，并考虑到运营期间清除淤积物的便利，采用从Ｋ８７＋０００陡壁上溶洞口
湖
南交通科技
３９卷
溶洞。在高速公路施工前，也就是在采石坑被填埋前，大气降水下渗后，主要通过底层溶洞往外排泄，高层溶洞基本无地下水排泄。随着采石坑被填埋，底层溶洞排泄不畅，暴雨时，地下水位上升，高层溶
洞洞口有地下水外泄。
２）由于岩溶主通道与附近的岩溶裂隙及溶沟相通，岩溶水的淘蚀作用会带走充填物，并在岩溶水消退时会产生真空吸蚀作用，容易造成该段路基塌
道（溶洞）汇聚，再沿区域的溶蚀基准面排泄 ¨ 。
３）对左侧路堑边坡上的塌陷坑采用浆砌片石
充填，避免坡面水流下渗。
４）Ｋ８７＋０７０左４０ｍ的落水洞与溶洞相连，既
是过水通道，也是溶洞中堆积物的主要物源，故对落水洞不能堵塞，且适当支挡洞底及周围的堆积物，避免堆积物落人洞中。
接ｑ，２ｍ钢波纹管把岩溶水排泄到路基外，路基外
［６］田军，杨献章．羊角脑隧道施工时的岩溶灾害及处治［Ｊ］．公路
工程，２０１１，３６（２）：ｌ２９—１３２．

岩溶隧道突水灾变机制分析

岩溶隧道突水灾变机制分析
要：针对岩溶突水灾害，分析了影响其发育的主要因素。

将隧道的突水过程划分为能量积蓄和剧变失稳两阶段。

基于力学分析，得到了水对裂隙岩体强度的劣化计算公式。

基于流体力学伯努利方程，得到了突水速度计算式，揭示了岩溶水压对突水量具有动力控制作用。

关键词：隧道工程、突水灾变、动力控制、岩溶隧道、剧变失稳岩体中地下水的存在和流动，是影响洞室围岩稳定性的主要因素。

不仅影响围岩的应力状态，而且影响围岩强度。

岩溶富水隧道受水影响尤为突出，由于水体的大量存在，在穿越不良地质段如破碎带、断层带等的情况下更容易发生围岩塌方、涌水突泥等围岩失稳事件。

因此，岩溶突泥、涌水等岩溶灾害已成为我国岩溶地区隧道修建过程中最为常见、也是最严重的地质灾害之一。

目前关于岩溶隧道的研究多集中在岩溶地质灾害描述，施工处治工艺和等方面。

而从力学角度研究突水机制较少。

黎华清[1]等利用孔间电磁波透视及Color-CT层析成像技术，研究了岩溶通道从深部向岩面贯通过程；贾磊[2]等针对隧道施工中突水突泥灾害的影响因素，提出了利用模糊综合评判方法来评判隧道的突水突泥风险；高峰、刘泉[3-5]等以实际隧道工程突水涌砂事故为依托，分析突水机制，并提出相关的治理措施；PESENDORFERM[6]对岩溶区隧道瞬态水压力变化规律进行了分析。

1岩溶突水的影响因素
岩溶突水实际上是一个复杂多变的地质灾害，如图1，隧道水砂突涌灾害对隧道从设计到施工的诸多方面都有重要的影响。

因此，分析隧。

隧道岩溶涌水突泥病害发展机理及处治方案

隧道岩溶涌水突泥病害发展机理及处治方案摘要：此篇文章对岩溶隧道内出现的涌水实泥之类的情况进行了阐述，之处其会对交通运行造成影响，同时也可能导致人身受到伤害，财产遭受不必要的损失，所以，大家必须注重此昂面的防治工作。

对岩溶隧道内出现的涌水现象的机理进行了相应的阐述，同时提出了行之有效的建议，确保隧道能够在安全状态之下运营。

关键词：隧道；涌水突泥；地下水一、工程概况1.1隧道岩溶涌水突泥病害的发生过程此篇文章所选取的研究对象是某特长隧道，其形式是分离式的，该隧道所处的位置是在A市到B市之间。

左右两线均有4707m的长度，两线之间具备40米的间距。

在隧道穿越的范畴内，不良地质有岩溶以及煤还有瓦斯，同时还存在硫化氢以及尸六之类的有害气体。

正式运营期间，多次对这一隧道进行了相关的病害处置。

尤其是在隧道病害方面，实施了全方位的整治，整治内容将硫化氢、路面以及结构性病害之类的内容囊括在其中。

这一隧道在2014年8月19日22：10之际，于左线隧道ZK37+ 187的位置出现了涌水突泥现象，具体的位置是在左侧沉砂池上留设了预留孔的位置，因此导致沉砂池满，在涌出的物质里面，不仅有块石还有你傻，同时还有不少含泥量较高的岩溶水，另外在2014年8月22日21：00以及2014年9月20日18：03这两个时间段，同样的位置依然出现了涌水突泥的情况，涌出物一次躲过一次，形状大概是圆球模样，且具备长途搬运的特征。

数次出现这一现象让该隧道无法通车，不过没有造成人员以及车辆的损害。

这一次出现涌水突泥情况主要具备下列特点：①突发性。

该现象属于突然出现的，一旦情况严重，将会有开裂内鼓之类的情况出现，进而大规模影响到隧道的安全；②水量大。

该现象来势汹汹，且具备较远的流程，所涌出的水量不小，加之有不少砂粒蕴藏其中，有很大的几率会把洞内的设施淹没掉；③高压性。

当出现涌水现象之际，可能会有不小的水压力出现。

1.2原设计和施工状况在这一隧道的东侧位置，有一个新增的泄水洞，这一洞口是在一座山的复式背斜东翼，此地是单斜底层，坡度大概是53~59"。

公路隧道岩溶涌水处治施工技术分析

公路隧道岩溶涌水处治施工技术分析摘要：基于现下公路隧道施工中经常出现的岩溶问题，本文进行了着重的论述，并结合实际案例，对岩溶出现涌水的原因提出一些行之有效的治理技术和施工措施，以便为进一步提高公路隧道施工质量和施工安全作为准确参考。

关键词：公路隧道；岩溶涌水；问题分析；治理技术随着近年来我国公路隧道工程项目的不断增多，所面临的岩溶涌水问题也越来越明显，这种问题不仅会延误施工周期，降低隧道施工质量和施工安全，而且还会给附近居民的正常生活造成严重的影响。

因此，当务之急就是要寻找一条便捷有效的治理技术途径来进行处理，这样才能促进公路隧道工程的顺利开展。

1.公路隧道岩溶涌水问题及成因分析在公路隧道工程实际施工过程中，如果隧道洞身结构是由灰岩为主的碳酸盐岩和砂泥岩结构所组成，则其出现涌水问题的几率会十分之高，因为隧道洞身经过长时间的沉积钙化，其局部结构的胶结力会大大下降，孔隙率也会逐渐增大，再加上地下水的特殊性，就会使得原有的岩溶水大量排放，进而产生严重的塌陷以及岩土流失情况，给整个隧道工程质量以及周围居民的正常生活都会带来很大困扰，严重时，甚至还会引发各种自然灾害。

2.处治隧道涌水问题的技术途径2.1全面分析隧道工程是否与主天然通道相连当公路隧道施工项目与地下水主天然通道相连时，为了避免岩溶大量涌水，相关施工单位可以采取全堵施工技术进行施工。

而若岩溶水排放量较大，则可采取注浆封堵施工技术，即直接在涌水处钻一个深度适中的孔并安装同等深度的管道，也可直接钻一个与水深相同的斜孔，这样就可大大减少岩溶水排放量，保证隧道施工的安全性和顺畅性。

另外，若是公路隧道施工项目与地下水主天然通道不相连，就可采取引水施工技术进行施工，即切断天然水道的施工方法，如：建桥、造洞、增设管道等。

因为隧道中的地下水一旦为暗河水，则全堵施工技术就会延误施工周期，增加施工成本，而引水施工技术就不会出现这种情况，其不仅可以保证公路隧道施工质量，而且还能降低工程成本，保护周围环境，提高施工效率。

探析岩溶隧道涌突水的原因及治理技术

探析岩溶隧道涌突水的原因及治理技术岩溶地区的隧道建设一直是一个需要注意涌水问题的难题，如果隧道工程没有控制好涌水问题，将会对隧道的安全和使用造成严重的影响。

涌水问题的出现会给隧道建设带来诸多不可预测的风险，使得建设难度倍增。

因此，本文将从岩溶隧道涌突水的原因和治理技术两个方面进行论述。

一、岩溶隧道涌突水的原因1.本构材料特性因素最直接的原因是构造形式，而构造形式则直接受到本构材料特性的影响。

这是岩溶隧道难以避免的基本问题。

本构材料特性因素是导致岩溶隧道涌突水的重要原因。

岩溶岩石层体具有不同的物理和机械性质，如破裂、受力即发生弹性应变、断裂和塑性变形等。

2.大气变量的影响另外，湿度、雨量、气压、气温和风速等大气变量的影响，也是影响岩溶隧道涌突水的重要原因。

在岩溶地区，大气变量的影响能够促进空气和水的流动，加剧洞穴场流的形成和水下流的运动，从而加剧隧道掘进过程中岩层的破碎和冷却、收缩，导致水的渗透、流动和涌出。

3.地下水质变化地下水质也是影响涌突水的重要因素。

地下水的不同化学成分、水位、渗透性、酸碱度和其它化学指标变化，都会对涌突水产生影响。

二、岩溶隧道涌突水的治理技术1.隧道设计在隧道设计阶段，应该充分考虑地形、地质条件等因素。

一般而言，采用刚性结构和较厚的岩层分界带来加强稳定性，依靠塑性的灵活性来承受荷载，提高隧道的承载能力，这种设计能够有效地避免涌水事故的发生。

2.加固护壁对于已建成的隧道，加固护壁是一个重要的治理措施。

在施工或后期补救性加固过程中，应采用适当的防水材料，如聚氯乙烯塑料、橡胶坝、钢材等结构材料，及时进行修复和加固措施。

如果隧道内涌水比较严重，可使用钢梁或混凝土墙体进行隔离、提升隧道的承载能力，并防止岩层的强制隔断导致负压引发涌突水等事故的发生。

3.使用抗涌处理剂抗涌处理剂的使用也是岩溶隧道涌突水治理的一种有效措施。

抗涌处理剂主要通过改善岩石孔隙环境，提高岩石抗损性能和固体防水性能，预防和治疗涌突水等极端影响，提高地基和建筑物的抗震性能，避免地基松动等不良现象。

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ＣＨＵＶｉｅｔｔｈｕｃ
（武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉，４３００７２）
摘要：为研究公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及其演化过程，针对地质缺陷型岩溶突水构造，建立充填型
岩溶管道３种力学失稳模型，对所建立的失稳模型进行力学解析推导，得到相应的失稳判据。以富安省和庆和省之间１号公路的ＤＥＯＣＡ隧道发生岩溶突水为典型工程背景，对其突水灾变演化过程展开计算分析，采用真实破裂过程分析程序ＲＦＰＡ和快速拉格朗日Ｆｌａｃ如程序分别对岩溶管道突水灾变的微、宏观演化过程实施数值仿真分
ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｈｉｇｈｗａｙｔｕｎｎｅｌ
ＣＨＵＶｉｅｔｔｈｕｃ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ）
ｈｉｇｈｗａｙｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅｔｈｒｅｅｙｐｔｅｓｏｆｆｉｌｌｉｎｇｋａｒｓｔｐｉｐｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｎｓｔａｂｉｌｉｙｔｍｏｄｅｌｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅ
析。研究结果表明：岩溶管道充填体的安全系数Ｋ＝０．４６，说明充填体将发生滑移失稳并导致岩溶突水，解析计算
结果与现场突水实际相吻合。数值计算结果较好地反映了岩溶管道突水的全过程演化机制。关键词：公路隧道；岩溶突水；灾变机制；演化过程
ｙｐｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｉｎｒｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｋａｒｓｔｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｏｃｃｕｒｒｅｄ，ｔｈｅｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｄｉｓａｓｔｅｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓｗｅｒｅ
、，０１．４７ＮＯ．１２
Ｄｅｃ．２０１６
ＤＯＩ：１０．１ห้องสมุดไป่ตู้１８１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２ — ７２０７．２０１６．１２．０２８
公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及演化过程数值分析
ｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏａｎｄｍａｃｒｏｅｖｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｋａｒｓｔｃｏｎｄｕｉｔｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｄｉｓａｓｔｅｒｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ
ｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔａｋｉｎｇｎａｔｉｏｎａｌｈｉｇｈｗａｙ１ＡＤＥＯＣＡｔｕｎｎｅｌａｄｊａｃｅｎｔｔｏＰｈｕＹｅｎＰｒｏｖｉｎｃｅａｎｄＫｈａｎｈＨｏａＰｒｏｖｉｎｃｅａｓｔｈｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｄｉｓａｓｔｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｌｆｌｉｎｇｋａｒｓｔｐｉｐｉｎｇｉｎ
第４７卷第１２期２０１６年ｌ２月
中南大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）
ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｆｅｃｔｓｆｏｒｋａｒｓｔｗａｔｅｒｂｕｒｓｔｉｎｇｔｅｃｔｏｎｉｃ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｄｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｒｉｔｅｒｉｏｎ
中图分类号：ＴＵ４５３．６
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７２ — ７２０７（２０１６）１２ — ４１７３ — ０８
Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｎｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｄｉｓａｓｔｅｒｏｆｉｌｆｌｉｎｇｋａｒｓｔｐｉｐｉｎｇａｎｄ