隧道施工地质灾害突涌水

▪ 如果能采用合理的掘进方式，如采用TBM或实施严格 控制爆破的钻爆法，岩爆、片帮等灾害的发生几率 和规模应该是较小的。如果对围岩扰动过大，岩爆、 片帮等灾害的发生程度就可能比中、短隧道严重得 多。
▪ 因此，对特长隧道施工地质灾害应该有一个合理的 认识，既要看到安全的一面，又要看到可能发生严 重灾害的一面。只要对地质灾害进行详尽的超前(设 计阶段和施工阶段)预测，并采取合理的施工方式， 特长隧道地质灾害是可以避免或治理的。
如果前期预测的灾害问题比较严重，改道饶行也不至于严重
恶化线形质量。
▪
特长隧道工程巨大，建设周期长，长隧道的成功不仅将极大 地改善线路的运营条件，将具有“一劳永逸”的效果;如果失
败或不顺利，不仅会严重影响工期，成为整个线路通车的卡
脖子工程，而且可能为运营留下不易根治的后患，因此，特
长隧道往往是整个线路可行性论证中的重中之重，特长隧道
▪ 隧道施工地质灾害发生的普遍机制及其分类
广义的隧道地质灾害从时间上可以分为施工地质灾害和 运营灾害两大类。前者是指施工期间，由水、岩、热、气等 构成的复杂地质系统对开挖过程形成的人工扰动的一种正常 反应，反应的形式和程度不同，灾害的类型和规模也就不同；
后者是指隧道运营期间，由于设计不合理、施工方法不 当或施工质量不过关等因素，而出现的与地质环境有关的影 响列车正常通过的各种问题。如漏水、涌水、涌泥、翻浆冒 泥、仰供破裂、衬砌内鼓及洞门塌方等。这里主要讨论隧道 施工的地质灾害。
▪ 例二，穿越于地形、地质条件复杂的秦岭、大巴山、云贵高 原等山区的宝成、襄渝、贵昆、川黔、湘黔及枝柳铁路等， 都修建了大量的隧道工程，在隧道的建设和运营中，除发生 大量的规模不同的塌方外，许多隧道还出现了洞口仰坡变形、 洞身偏压在岩溶地区，大部分隧道还遇到了严重的岩溶涌水、 突泥和巨大洞穴以及地表塌陷等灾害。
地下岩溶、导水构造等往往是地下水富集的场所, 一旦在洞室中出露, 就会形成一定规模的涌水、涌砂 或者是碎屑流涌入洞室中, 给隧洞的施工造成很大的 困难。
▪ 2.1.1隧道涌水的特点
▪ 涌水属于隧道施工中遇到的流体地质灾害类型之一，与其它 地质灾害相比，隧道涌水具有以下特点：
（1）发生几率高。 由于地下水的高度流动性、在地壳表层中分布的普遍性
对隧道施工地质灾害进行分类的目的，在于研究其发生 规律并进行超前预报和防治，其中规律研究是基础。从物理 形态和对开挖的反应形式上看，隧道周围环境系统的构成要 素基本上可以分为固体及流体两大类。软岩在通常情况下具 有固体特征，但在开挖条件下向隧道运动时，具有显著的流 体特征，因此，将其划归准流体单独列出。
▪ 按隧道地质灾害的成因和特性，可将其分为以下四 种类型：
（一）围岩的变形破坏 ▪ 这类灾害主要由于围岩的属性、结构体和结构面的
性状及应力条件不利而引起。包括：
1、软弱岩体的变形破坏：主要破坏形式表现为大的变形位移 和滑塌等； 2、破碎岩（如断层破碎带、风化带等）的变形破坏主要表现 为大量的掉块、滑塌、崩塌和泥砂石流等； 3、块状岩的变形破坏主要表现为局部掉块； 4、坚硬脆性岩的岩爆多发生于深埋、高应力区的隧道中。
不仅如此，地球表面还存在一系列的温异常区，构造发 育的褶皱山系就是地温异常的多发区之一。煤层、煤系地层 是十分普遍的岩性组合之一，做为隧道围岩，其中蕴涵的瓦 斯对子隧道施工是一个巨大的威胁。
因此，隧道工程往往是修建在由水、岩、热、气等构成 的一个复杂的巨系统之内的。天然情况下，该系统具有自身 的(动态)边界(力学、补给或排泄)，系统各构成要素或不同要 素之间维系着一种动态平衡的关系。
一个典型现象是，开挖后，形成地下水的人工 排泄边界，隧道附近水力梯度加大，对结构面的潜 蚀作用变强，最后导致裂隙开度增大，岩体强度减 弱，变形加剧，并形成新裂隙，这些新裂隙反过来 又促进地下水向隧道的汇流，如此反复。
同时，隧道与正常地温场之间的温度梯度也因水 的强烈径流而增大，从而促进了热向隧道的传输。 因此，既要看到不同物理形态变形、运动规律的差 异，同时也不能忽视它们之间的相互联系。
隧道的开挖，相当于在一定空间范围内改变了系统的边 界(对于岩体)或增加了输出边界(对于流体)，这样，系统本身 就必然按照其固有的运动规律对此作出反应，具体表现则为 隧道附近一定范围内的围岩破坏，水、热、瓦斯气向隧道排 泄。当这种反应形式过于强烈时，便演化为施工地质灾害。
▪ 根据地质系统对隧道开挖的反应形式，可以对施工地质灾害 进行如下图所示的分类。
普遍存在于隧道及其它地下工程中的地质灾害，是隧道工 程建设的大敌。因此探讨隧道地质灾害的发生发展规律，研 究其监测系统及防治对策，对隧道工程建设将具有重要的意 义。
在隧道及其它地下工程中，经常发生由于地质作用和人 类工程、经济活动引起的灾害，有的还相当严重，是隧道工 程建设中的重要问题。地质灾害作为其中的一种，有其固有 的形成条件，其发生发展也有一定的规律，但对这些问题的 认识目前还不够深入，规律亦尚未完全掌握，特别是对地质 灾害的预报尚无突破性的进展。
1、浅埋隧道、城市地铁或大型管道开挖及大量抽取 地下水造成的地面沉降；
2、岩溶地区隧道开挖排放大量地下水造成的地面塌 陷和泉水枯竭。
（四）其它地质灾害 主要包括：
1、有害气体如瓦斯突出造成的灾害；
2、地下水对隧道建筑物的侵蚀、腐蚀作用引起的灾 害；
3、隧道的冻融灾害；
4、高地温灾害；
5、地震灾害。
上面所述的各类地质灾害一般不会在一座隧道的施工中 同时出现，但是两种以上灾害同时发生的情况也是不少的。 最典型的例子是辛普伦隧道，施工期间同时发生了软岩大变 形、高地温和大涌水，而我国的家竹臀隧道则同时发生了大 变形和高瓦斯。
应该说，隧道施工地质灾害是自然环境对人工扰动的一 种正常反馈，其发生有一定的必然性。相同环境下，灾害的 严重程度取决于人工扰动的程度，因此，降低开挖对环境的 扰动可以实现减灾的目的。当灾害不可避免时，通过超前预 测并采取适当的治理措施，同样可以达到降低灾害损失的目 的。
▪ 特长隧道施工地质灾害的特殊性
尽管上文所述的各类地质灾害在不同长度的隧道施工中 都可能出现，但是特长隧道施工地质灾害及其研究工作与中、 短隧道具有一系列不同之处，这主要表现在以下三个方面：
大(1)。相对于中、短隧道，特长隧道地质灾害研究的意义更加重
▪
对于中、短隧道，由于长度和施工周期短，即使施工中遇到 较严重的灾害间题，一般不会严重制约整条线路的工期;此外，
因此，探讨隧道地质灾害发生发展规律，研究预测出现灾 害的可能时间、空间位置的技术方法，预见灾害的危害程度， 以及研究灾害的监测，防治对策，将具有重要的意义。
隧道地质灾害具有普遍性，现以中国铁路建设为 例概述之。
▪ 例一，成昆铁路。全线有415座隧道，施工期间约有25%的隧 道发生过较大型的塌方；93.5%的隧道发生过不同程度的水害， 其中涌水量超过10000m3/d的有8座；有多座隧道出现地下水 对混凝土的腐蚀，含盐、含石膏地层的膨胀，以及岩溶塌陷、 瓦斯、地热和岩爆等灾害。
(3)超前预测的难度更大。
中、短隧道的埋深一般较小，对于危险路段，可以 通过增加勘探工程量为灾害预报提供尽可能多的深 部信息。特长隧道重点路段的埋深一般都在数百米 以上，往往达到一、二千米，通过大量的勘探工程 来获取各类参数是困难的。因此，特长隧道地质灾 害预测是一个十分复杂的研究领域。
一、突涌水的概念、形成条件、征兆 二、突涌水的地质特征 三、突涌水的危害及治理
（2）一旦发生大规模的隧道涌水，不仅施工本身会严重受阻， 而且可能引起浅层地下水及地表水枯竭，甚至引起地面塌陷 等伴生的环境地质问题。 襄渝线中梁山隧道涌水造成地表14km2范围内的地表井 泉干枯、农田漏水，给三个乡的人畜用水造成极大困难；衡 广复线上的南岭隧道涌水、涌泥，连溪河水全部灌人隧道， 造成大面积地表塌陷，引起京广线既有铁路和107国道路基严 重下沉。 也正是由于上述原因，无论是在隧道勘测设计阶段还是 在施工阶段，涌水都是重点研究的不良地质现象之一，研究 的核心则在于超前预测。
（二）涌水、漏水灾害
▪ 这类灾害主要是由于隧道的开凿，破坏或改变了隧 道所在地区原来的水文地质环境, 隧道成为新的良好 的地下水排泄通道引起。灾害的主要形式包括：
1、破碎岩的裂隙、缝隙渗水、漏水、涌水；
2、岩溶裂隙水、管道水的涌出，以及携带大量泥砂 的突泥、突砂。
（三）地面沉降和塌陷
▪ 由于隧道开挖及大量抽排地下水引起。包括：
以及大多数隧道都处于地下水富集带或其以下附近，只要存 在导水通道，就可能发生涌水，因此，其发生条件要比其它 灾害类型宽松得多。
据不完全统计，在我国1996年前已建成运营的4800余座 隧道中，约三分之一发生过涌水问题，其中30余座属大型涌
水，每座的涌水量均超过1.0×104m3/d，最大的20.6×104m3/d。
尽管人类为各种目的修建的各类隧道长度越来越大，但 从宏观角度来看，即使最长的隧道和地球的半径相比仍然是 十分渺小的；从隧道工程及触及的深度来看，基本限于岩石 圈浅表部硅铝层的风化卸荷带及其附近的新鲜岩带内，修建 隧道的主要目的还限于克服地球表面的高山和水体对工程活 动的阻隔。
由于受到内力和外力地质作用的联合影响，风化卸荷带 及其附近的新鲜岩带内各种成因、不同次序的非连续结构面 十分发育，使其成为岩石圈中连续性、整体性最差的层圈。 同时该层位又是地下水最主要的赋存场所，地球的陆地部分 就像被笼罩在一层饱水的海绵里一样。此外，来自地核的热 能还通过传导、对流等方式向地表散射，即存在所谓的地温 梯度。
人们意料中的地质灾害，并不可怕，也不是不可战胜，但意 料之外的地质灾害，往往给人以措手不及之感，甚至还会给 工程建设带来灾难，轻则停工、停产、延缓建设速度，重则 造成机毁人亡，工程报废。
正确、合理的防治措施，将起到抑制或减轻灾害危害程度 的作用。相反，若不加以重视或采取错误的对策，将加重灾 害的程度，甚至起到诱发灾害发生的作用。