大相嶺隧道F6斷層涌突水整治研究
宋志榮
摘要：大相嶺隧道為西南地區(qū)深埋長大公路隧道，并多次穿越斷裂帶，在其右線YK62+133里程段施工時，突然發(fā)生了涌水事件，并造成部分襯砌坍塌。本文介紹了大相嶺隧道涌突水的概況，初步分析其產生的原因并給出了相應的處理措施，對今后長大深埋隧道斷層涌突水分析研究具有一定的指導意義。

關鍵字：長大隧道 涌突水 斷裂帶 整治措施

1 前言
泥巴山大相嶺隧道位于四川省雅安市滎經縣和漢源縣交界處的泥巴山高中山區(qū)，是雅安～石棉～瀘沽高速公路項目控制性工程之一。該隧道左線長5116m、右線長5130m，其中平均埋深超過1500米，最大埋深1648米，處于高地應力范圍內；加之隧道穿越8條大的斷裂帶及7條次級斷裂帶，致使隧址區(qū)斷裂、褶皺、構造破碎帶、節(jié)理裂隙發(fā)育，各種構造相互交切、穿插、復合、改造，區(qū)域內地質構造十分復雜，工程場地的地震基本烈度為Ⅶ度，施工條件極其艱巨[1]。

2 涌突水概況及其分析研究
2.1涌突水概況
大相嶺隧道右線YK62+130～YK62+141處于III級圍巖區(qū)內，地層巖性為節(jié)理極其發(fā)育的流紋巖，節(jié)理面充填物為砂石土等細粒砂石，巖層厚度相對較薄，地下比較水發(fā)育，為斷層破碎富水帶。
2009年8月23日下午，大相嶺隧道右線施工開挖至YK62+133里程時，掌子面左側拱腰處突然出現(xiàn)涌水現(xiàn)象（見圖1），且涌水口直徑約為1米，并因此次涌水流速快，致使掌子面附近拱腳嚴重破壞（見圖2）。巖體內部靜態(tài)水因涌水、流動而形成承壓水流，在涌水口前方約10m遠處造成直徑約1.5米的大空腔。此后，因拱頂對高壓水的阻隔作用大大減小，即拱頂滲透能力加強，進一步導致拱頂強度相對較低處形成兩個涌水點，其一位于空腔頂部，其二位于隧道正前方拱腰以下1米。在涌水過程中，左側拱腳以上2米范圍出現(xiàn)大面積環(huán)向裂隙，縫寬約2-3mm。
 

經量測在10天內該處涌水量達到27.08萬方，可見其涌水量相對較大。通過涌水量與時間的關系，可以看出涌水量在開始是隨著時間而減小的，說明其涌水只是來自一個封閉空間的節(jié)理裂隙水，水量不斷的降低；而后面突然涌水量增大有兩方面的原因：（1）隨著涌水的進行，其涌水通道加大及位置的下降，故其涌水量增加；（2） 其涌水形成空間，造成其附近封閉水體的隔水層應力集中進而破壞，故其涌水就有了大的補足進而涌水量增加，如圖3。
 

 

大相嶺隧道通過區(qū)YK62附近的斷層主要為逆斷層，即以壓性斷層和扭性斷層為主（如表2），三條斷層破碎帶均在20m左右，次級結構面延伸較遠，巖體破碎，斷層角礫巖、碎裂巖和斷層泥發(fā)育；上盤巖體較下盤更為破碎，破碎帶范圍大，具有良好的儲水條件。這些壓性斷層破碎帶中常含有一定規(guī)模的透水性極弱的斷層泥等，兩側為兩個獨立的水文地質單元。上盤破碎巖體中含水量相對較豐富且水位相對較高，由此產生的水壓全部由其下伏透水性較弱的斷層泥等承擔，一旦施工從下盤開挖至該不透水層時，由于該層被開挖破壞或由于水壓使其破壞，攜帶大量泥砂的水體將從破壞處涌入隧道，發(fā)生涌水突泥事故，從圖4大相嶺隧道剖面斷層分布圖看，開挖很大一部分是從下盤開挖的，故其發(fā)生涌水的可能性相對較高。
 

圖4 泥巴山大相嶺隧道縱斷面示意圖
上述三條斷層斷裂帶也具有扭性斷層的性質，在其兩側常發(fā)育多組平行的張性和扭性的次級斷層或節(jié)理，且其主錯動面上也常有相對不透水層發(fā)育，因而與壓性斷層破碎帶相似，其富水性較好，兩側亦為兩個不同的水文地質單元。
隧道開挖一般會直接影響到含水層圍巖的穩(wěn)定性，造成隧道的涌、突水。如果直接開挖相對隔水層，將可能揭露出地下水體并產生突發(fā)性災害(涌水甚至突泥)。即使掌子面處存在一定厚度的隔水層，但由于施工爆破，或者隧道開挖引起的圍巖松弛和圍巖應力集中，圍巖發(fā)生變形破壞，也會使相對隔水層的有效保護層厚度相應減小，從而增加了隧道涌水的可能性。
在斷層帶上，由于剪切變形的發(fā)生和裂隙的擴展，地下水不斷地沿裂隙滲入，產生相應的動水壓力、靜水壓力和劈裂作用，加劇了斷層帶的變形和地下水的進一步運動，一旦破裂帶的擴展使地下水的滲流速度達到或超過某些顆粒發(fā)生管涌的臨界流速時，處于液限的泥質物將發(fā)生機械潛蝕，進一步加劇管涌的發(fā)生，并最終形成突水通道而發(fā)生涌水甚至突泥。
據(jù)圖4知，隧道右線YK62+133里程段位于Fw6構造破碎帶與F6-2逆斷層之間，且靠近F6-2逆斷層。Fw6破碎帶寬約25m ，巖體破碎，次級斷裂帶較多，帶內含水且產狀為40～50°∠60～75°，又知Fw6可能具有導水性；F6-2斷裂及次級斷裂帶的產狀均約在55～65°∠60～75°，具有約20m寬的強烈擠壓破碎帶，并見斷層泥及綠泥石薄膜。通過斷層導水性定量化預計分析，知此F6-2斷層導水性可能較大[1]。
通過以上分析，認為此次大相嶺隧道涌水的主要原因是受次級斷層及斷層破碎帶的影響。壓扭性斷層的破碎帶寬，次級節(jié)理裂隙發(fā)育且一般富水，又因該段隧道埋深約為1500米，處于極高應力狀態(tài)，巖層強烈擠壓，當隧道開挖至F6-2斷層下盤約20m寬的破碎帶附近時，因施工開挖了斷層帶附近的透水性較弱的巖層，使得弱透水層強度不足以承受水壓力而造成涌水現(xiàn)象，并隨著時間的增長，涌水量有明顯減小的趨勢，說明開挖到的為節(jié)理裂隙水且沒有補給的水源；隧道施工過程中的爆破開挖很有可能造成了圍巖松弛和圍巖應力集中并導致圍巖發(fā)生變形破壞，使在高地應力作用下的節(jié)理裂隙水穿透透水性較弱的巖層，故其對涌水的發(fā)生在一定程度上起到促進作用。

3整治措施
山嶺隧道施工中，涌突水是一種十分常見的地質災害，它是由先期賦存在隧道圍巖中地下水，在隧道掘進施工過程中，通過構造裂隙、施工鉆孔、爆破孔等涌入隧道形成的，對于隧道施工威脅很大[2] [4]。因此，我們必須提高警惕，并加強整治涌突水的力度。
針對泥巴山大相嶺隧道的涌水情況，采取以下的治理措施：
1、針對此次涌水口處水流成柱狀噴出的特點，集中采用ф250風管進行引排。通過檢測涌水口水的流速為2.5m/s，管徑為0.05m2，得每根管滿管排水量為0.05*2.5*60*60*24=10800m3/日，即兩根管可滿足目前排量要求，按2倍富余系數(shù)考慮，即涌水口預埋4根ф250風管進行集中引排水。
2、盡量減小涌水的破壞范圍，將涌出水匯合于引水管附近進行處理，并在涌水口周圍堆碼砂袋，反壓拱腳，防止更多的涌水口出現(xiàn)。
3、對涌水部位進行徑向注漿加固，形成注漿帷幕以加固涌水口附近巖層的強度，降低其滲透能力，并確保初期支護穩(wěn)固，形成自承拱。在塌方形成的大空腔處打設注漿管對其注漿，并在其前方和后方打設引水孔，避免地下水倒流至后面初支及二襯位置。
4、在掌子面進行超前帷幕注漿，以達到阻斷涌水通道，改良地層圍巖條件，提高地層強度，降低地層滲透能力的目的，并在施工時采用仰拱。
5、為確保安全，采取預留中臺階核心土，兩側錯位開挖，而后對中臺階核心土進行帷幕注漿挖除，并施行臨時仰拱技術如下圖5。
 

4 結語
此次大相嶺隧道涌水主要是受斷層破碎帶的影響，造成斷層破碎帶附近100m范圍內巖體強度降低、導水性較大，最終因隧道開挖至裂隙水導致涌水事件。針對大相嶺隧道出現(xiàn)的涌水及拱頂坍塌狀況，采用了隧道開挖掌子面附近集中排水、回填反壓拱腳、帷幕注漿、超前注漿及加厚初次襯砌等一系列行之有效的整治措施，達到了解決涌水的目的。通過采用合理的施工工藝，增強了施工的安全性，為工程的順利完工創(chuàng)造了條件，大相嶺隧道埋藏較深，最大埋深近1648m，地下水補給較為充足，隧道總涌水量和比涌水量均有隨著上覆巖體厚度增加而增大的特征，故在后期的工程建設中應加強監(jiān)測、防患未然。

參考文獻：
（1） 泥巴山水文地質結構及高壓突水問題研究報告；
（2） 客運專線隧道初期支護后注漿堵水技術；
（3） 宜萬鐵路別巖槽隧道F_3斷層突發(fā)性涌水治理；
（4） 關角特長鐵路隧道防排水措施概述；

轉載請注明來自：http://www.jinnzone.com/dianlilw/11449.html