浅析隧道涌水原因及处理措施

浅析隧道涌水原因及处理措施

摘要：本文结合某隧道涌水塌方段地质条件的调查、前期勘察及开挖揭示资料，对隧道涌水的成因机制进行研究。根据地下水运动规律，根据本隧道的涌水特征选择止水法处理涌水。研究结果可为今后类似条件下隧道施工中的涌水处理提供参考。

关键词：隧道、涌水、止水法

1、引言：

隧道工程是一项技术复杂涉及学科众多的学科，目前在隧道施工过程中遇到的涌水地质灾害问题日趋突出，被勘察设计部门列为隧道修建过程中必须首先考虑的重点问题之一。并且目前我国的公路和铁路隧道众多，据统计至今修成的公路隧道中约40%的隧道都存在着严重程度不等的渗透水和涌水问题，影响了公路运行。尤其是在隧道的掘进过程中，有时会遭遇到特别大的涌水或突发的涌水状况，不仅非常影响工期，有时会造成人员的伤亡。解决这一问题的关键之处在于，做好隧道修建过程中可能的涌水段的识别、涌水原因的分析以及提出行之有效的治理措施。针对这一问题，国内外的许多专家和学者都进行了长期的努力和研究，这也

成为了一项共同研究的重大课题。

2、形成原因：

隧道断层带发生涌水的原因与隧道开挖区的水文地质

环境有着密切的关系，例如隧道周边的水源补给条件、周边围岩的存储条件、断层裂隙之间的联通条件等。

2.1补给水源

隧道开挖时发生涌水的首要条件是隧道周围的补给水

源较为充足，涌水的补给水源主要有以下几种：地表大气降水、老窑水、古矿洞水、地下暗河水、溶洞内积水、断层水、裂隙水。在以上补给水源中地表大气降水、老窑水、古矿洞水、地下暗河水、溶洞内积水容易引发涌水，对隧道施工的正常进行威胁最大；在隧道施工过程中断层水、裂隙水是涌水最常见的补给水源。涌水不仅恶化作业环境，影响隧道的正常施工，还会致使掌子面围岩强度和稳定性降低，增加施工的难度。

2.2存储条件

断层段岩体受反复地质运动的影响，地质构造极为复杂，受两边岩体挤压和多次竖向拉伸作用影响，岩石破碎，透水能力强断，裂隙空间大，地下水在该区域运移通畅，储存空间广泛。

贮存在断层裂隙中的地下水称为断层水，在隧道的掘进施工中，经过的断层带，很大部分都会赋存数量不定的断层

水，所以，断层水在隧道施工中较为常见，一般情况下，断层中存储的地下水量并不是很大，单纯的断层水对隧道施工的影响不是很大，但是，当破碎断层作为隧道与地表水或地下暗河的连通通道时，断层水得到源源不断的补充，就会以涌水的形式出现，对隧道的施工和安全造成严重影响。

地下水在隧道断层中的存储形式有两部分构成，一种称为静储量，即隧道开挖前，段层中长期赋存的地下水，但是，当隧道开挖破坏断层构造面以后，地下水经过隧道临空面不断的涌出，此时地表水体就会补给断层中的地下水，形成动储量。如果断层水没有充足的补给水源时，在施工排水中静储量将不断减少，直至断层水被全部疏干。在隧道开挖早期，断层水以静储量为主，随着地下水的不断排出，动储量的比例将逐渐增加。

2.3连通条件

隧道破碎断层段围岩的透水性强，作为隧道与地表水或地下暗河的连通通道，使地下水得到源源不断的补充，为涌水提供了通道。

涌水塌方段山体中断层带及其影响带内劈理、揉皱等次级构造较发育，透水性强，并且山体内这些断层、相互交接，部分互通并延伸于地表，通过断层裂隙与地表水和表层孔隙水产生水力联系，而且向地下延伸极远，深于隧洞所在部位。

3、隧道施工涌水处处理措施

在涌水或渗水严重的围岩段，水的侵蚀对初期支护混凝土具有腐蚀性，长时间作用会破坏初期支护的受力结构、影响隧道使用寿命。地下水大量进入隧道排水系统，不仅会加重隧道排水系统的负担更会使地下水位下降影响地表植被。

该隧道六级围岩位于F4破碎断层带，该断层地表为山区低洼地形，形成了一个很大的汇水区，大气降雨及远山地表水都可以汇集于此。下部为F4断层破碎带，围岩以黄褐色奥陶系（Oz）的压碎岩，角砾岩、糜棱岩，断层泥为主，强风化，节理、裂隙极发育，围岩极为松散破碎，整体稳定性极差，渗水严重。地下水在断层裂隙中运移畅通无阻，隧道掘进到该断层带时，洞内水量明显增大。涌水、突泥现在频繁出现，严重地影响隧道结构的质量和施工的正常进行，隧道掘进过程中暂停工不断。

目前在国内外隧洞施工中，涌水处理的方法大体上分为两大类，即排除涌水的方法（排水法）和阻止涌水的方法（止水法）（见图1）。

图1 涌水处理方法

经隧道涌水原因分析可知，该隧道断层水存储量丰富，地表水源补给充足，连通条件良好，开挖后地下水能得到源源不断的补偿，如果采用排水法，由于地下水补给充分，势必导致水害治理工作进行得不彻底，给工程带来各种水害影响，产生种种不良的后果，同时又可能造成水源枯竭，影响生态环境和周边群众的正常生活，而且涌水会把围岩裂隙中的填充物质一并带走，使得地下水运移更加畅通，增强了地表降水的补给。

需要注意的是在涌水段开挖施工时应采用三台阶七步

开挖法，隧道掘进过程中掌子面自上而下分为上台阶、中台阶、下台阶以及仰拱四个不同的部位分别进行开挖支护，前后左右一共七个不同的施工面互相错开，同时开挖、支护，形成闭合的整体，缩短施工循环时间，稳步向隧道纵深掘进。三台阶七步开挖法实际与双台阶开挖法相似，拱部采用预留核土心的环形开挖法，通过核心土来增加掌子面的稳定，中台阶和下台阶同样是先开挖两侧，中间土体保持不动，来增加掌子面的稳定。三台阶七步开挖法施工是以机械为主，人工辅助修边的方法。

4、小结

本文结合某隧道涌水塌方段地质条件的调查、前期勘察及开挖揭示资料，对隧道涌水的形成条件进行研究。根据隧道自身的特点，经对比分析，确定本隧道涌水选用止水法处理。之后发现隧道排水量明显减少，有效的抑制的地下水的流失，地表水位变化不大。