結合三維地質(zhì)模型對某公路隧道突泥災害的原因分析和處置對策 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 【摘要】公路隧道穿越區(qū)域變質(zhì)作用下形成的混合巖（巖性接近花崗巖）區(qū)域，且當隧址接近構造帶及其影響帶時，因周邊巖體風化程度較高、風化區(qū)域較深以及大氣降水的影響，出現(xiàn)涌水突泥地質(zhì)災害的概率較高。本文基于廣西壯族自治區(qū)的岑溪市境內(nèi)某公路隧道的涌水突泥災害現(xiàn)場資料的收集和調(diào)查，結合專業(yè)軟件生成的三維地質(zhì)模型，分析導致涌水突泥產(chǎn)生的原因，提出針對性的處置對策，最后對災害成因的多方面原因思考進行總結并提出一些建設性的意見。 【關鍵詞】公路隧道；混合巖；涌水突泥；三維地質(zhì)模型；地質(zhì)預報 【 abstract 】 highway tunnel through regional metamorphism mixture formed under rocks (lithology close to granite) area, and when the tunnel structure belt and its influence to the address with, because of the surrounding rock weathering degree is higher, weathering area was deep and precipitation, the influence of water gushing appeared at a higher probability of geological disaster in mud. This paper based on the guangxi zhuang autonomous region within the territory of the CenXi city expressway tunnel construction of water gushing tu mud disaster site investigation and collection of data, combined with the professional software of the generation of 3 d geological model and analyzes cause water gushing axon the causes of mud, and puts forward the countermeasure pertinence disposal, and finally to the cause of the disaster various reason thinking summarized and puts forward some constructive Suggestions. 【 key words 】 highway tunnel； Mixed rock； Water gushing tu mud； 3 d geological model； Geological forecast U45A 1 引言 1.1 隧道概況 該隧道位于廣西岑溪市境內(nèi)，為避免占用耕地和房屋，路線沿重丘山區(qū)的狹長走廊帶邊緣分布，至隧址區(qū)需穿越相對高差 200m 的山體，大致呈北（進口）南（出口）走向；隧道洞身從山體埡口的二級公路右側約 60m 下方穿過，長度為 790m，最大埋深約 136m，兩洞車道中心線（路線設計線）間距為 30m，兩洞凈距為 16m，為小凈距中隧道。隧道斷面采用單心圓曲墻式斷面，半徑為 5.85 米。隧道建筑限界凈寬為 10.75 米，凈高為 5 米。 1.2 隧道涌水突泥災害簡要過程 2011 年 10 月 19 日災害發(fā)生時隧道正在從隧道出口向隧道進口方向單向掘進，隧道右洞掌子面已推進至 EK18+215樁號處。下午 18 時許當隧道右洞 EK18+215 掌子面（所處位置埋深 127 米，距二級路 215 米）上臺階進行周邊眼爆破時，起爆后隨即出現(xiàn)異常巨響， 18 時零 9 分，泥水沖出隧道洞口，泥漿沿著出口路基左側邊坡下的臨時邊溝流進 線外的小溪，整個出口的工作場地覆蓋泥漿，厚度在 0.5 1.5 米左右。 19 時 30 分，再次突涌大量泥水，時間長達 17 分鐘 ,兩次突泥漿量共計數(shù)萬立方米。洞內(nèi)作業(yè)的臺車等機械設備被泥水從掌子面附近沖到隧道出口附近，移動距離約 300m。 2 隧道地質(zhì)災害原因分析 2.1 隧址區(qū)區(qū)域地質(zhì)影響因素 隧址區(qū)基巖為區(qū)域變質(zhì)作用下形成的混合巖組成，巖性接近花崗巖，局部存在侵入巖脈；礦物成分主要為石英、長石及云母，礦物顆粒呈中粗粒狀，變質(zhì)結晶后呈片麻狀定向排列明顯；巖石主要為變余花崗結構、鱗片變晶 結構，塊狀、片麻狀構造。 區(qū)域變質(zhì)和構造運動造成隧址區(qū)及其附近區(qū)域巖體破碎，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，風化區(qū)域沿地質(zhì)運動形成的構造層面逐漸侵入到巖體內(nèi)部較深范圍。同時大氣降水沿著巖體裂隙和構造面滲入構造帶并蓄積起來，形成穩(wěn)定的地下水源蓄積區(qū)。 2.2 結合三維地質(zhì)模型對災害產(chǎn)生原因及現(xiàn)象的分析 2.2.1 三維地質(zhì)模型的建立 結合區(qū)域地質(zhì)圖和災害后現(xiàn)場調(diào)勘發(fā)現(xiàn)隧址區(qū)附近發(fā)育兩條區(qū)域性斷層：大隆至水汶南北向正斷層（簡稱南北斷層）和西垌至嶺腳東西向正斷層（簡稱東西斷層）。 南北向斷層起于大隆鎮(zhèn)附近，在山坳與二級公路重合一段，向水汶鎮(zhèn)方向延伸，走向南北，傾向西，傾角約48 ； 東西向斷層起于西垌鎮(zhèn)附近，沿南水二級公路南側黃華河，向隧道方向延伸，推測在二級路坡頂附近與南北向斷層交匯，其走向東西，傾向南，傾角約 55 。 根據(jù)斷層構造的參數(shù)、通過路線數(shù)據(jù)文件以及 1:2000地形圖和 googleearth 衛(wèi)星照片中提取的地形數(shù)據(jù)，利用專業(yè)軟件生成了隧道區(qū)域的三維地質(zhì)模型，見圖： 2.2.2 隧道突泥原因分析 地質(zhì)災害發(fā)生時，隧道右洞掌子面 EK18+215（即隔水巖層和斷層的交界面附近）附近巖體節(jié)理裂隙較少，巖體完整性較好，采用上下臺階法開挖； EK18+215 向隧道進口方向約 80m 區(qū)域（其中核心區(qū)為50m，影響帶 30m 左右）處于兩條斷層的交匯處附近，受兩條斷層地質(zhì)運動的共同影響，巖體擠壓摩擦變得極破碎；并經(jīng)過久遠地質(zhì)年代的自然作用，部分破碎巖體風化程度很高，其風化后產(chǎn)生的礦物細粒與斷層中蓄積的大氣降水混合為泥漿。 根據(jù)隧址地形，突泥的出口端地表較進口端標高低了約為 20m，而自 EK18+215 掌子面向隧道出口方向這段中風化混 合巖巖體節(jié)理裂隙分布較少，完整性較好，形成了較厚的隔水層，使破碎巖體內(nèi)的地下水在相對封閉的腔體內(nèi)向地勢較低的隧道出口方向一側蓄集，水位逐步上升在達到補給與排泄平衡后，保持了一個相對穩(wěn)定的高地下水位；由于隧道從出口端開挖， EK18+215 掌子面處標高位于地下水位以下，因此掌子面處所承受的壓力水頭較高，當爆破后可靠隔水層的厚度被削弱，致使隔水層在爆破震動及地下水高壓力的共同作用下被壓裂，地下水攜帶被風化巖體形成的細粒粘土礦物沖出，形成涌水突泥。 經(jīng)現(xiàn)場觀察，數(shù)日后洞內(nèi)涌水明顯減小且穩(wěn)定后，施工人員行進 至已澆筑二襯段邊緣，采用大功率探照燈遠距離照射掌子面發(fā)現(xiàn)，掌子面附近約 80m 范圍內(nèi)，隧道截面下半部為泥夾石堆積填塞，突泥處僅為掌子面上臺階右側 1/3 區(qū)域。 2.2.3 地表塌陷及二級路邊溝裂縫等次生地質(zhì)災害的原因分析 因南北向斷層向西傾約 48 （即向隧道側山體內(nèi)部傾斜），東西向斷層傾向南（即掌子面）約 55 ，據(jù)此推測，掌子面恰好位于兩斷層交匯區(qū)域的下方邊緣。斷層交匯帶受兩條斷層共同影響，為風化最為劇烈、結構最為破碎的區(qū)域，故為泥水相對集中的區(qū)域，涌水突泥發(fā)生后，掌子面上部形成一定范圍 空腔，在自重和負壓的影響下，交匯帶內(nèi)破碎巖體和松散土體崩落填充掌子面上部的空腔，最終聯(lián)通地表，形成塌陷漏斗。 因此塌陷漏斗出現(xiàn)在掌子面 EK18+215前方約 30m，右側約 51m 位置。 掌子面至地表塌陷的漏斗形成后，上部巖土體原有平衡體系被打破，甚至失穩(wěn)，產(chǎn)生補充空腔趨勢的位移；同時漏斗形成以后，靠山體一側形成了較大的臨空面，山坡上的巖土體向臨空面一側產(chǎn)生應力釋放及位移；此外，由于涌水突泥后，山體地下水位大幅度降低，破碎巖體及松散土體原有應力平衡被打破，導致地面下沉且相應滯后。因此在上述因素的共同作 用下，塌陷區(qū)周圍山體上出現(xiàn)錯臺裂縫，且后緣裂縫均為張拉式裂縫，裂縫范圍內(nèi)山坡有失穩(wěn)的可能性。 地下水位降低使土體重新固結，表現(xiàn)為地表下沉，同時也導致二級公路邊溝局部開裂。從現(xiàn)場踏勘情況看，位于東西向斷層南端的路段，由于路基下部巖體完整性較好（巖石隔水層上方）的路段，地下水位下降對其影響很小，因此，對應段落二級公路下部路基沉降微小，二級公路邊溝裂縫極少；而東西向斷層區(qū)域巖土性質(zhì)較差的，地下水位下降影響較大，對應段落邊溝裂縫較多。 3 隧道災害后處置對策 3.1 地表塌陷處理： 隧道出現(xiàn)突泥災害后，考慮到大氣降水順地表塌陷下滲可能對被擾動的破碎巖體和松散土體產(chǎn)生不良影響，加劇突泥帶來的次生地質(zhì)災害，因此在整個處置過程中，首先應對地表塌陷漏斗進行回填和防排水處理。 考慮塌陷區(qū)域在空間上呈現(xiàn)為向隧道右線掌子面傾斜分布的趨勢，靠近二級公路側為較緊密土體，因此決定采用挖掘機開通便道至塌陷位置，將漏斗靠山坡坡面低端的邊緣挖開，并用粘土填充漏斗形成平臺，平臺表面高于漏斗較低處邊緣，形成一定排水坡度，使地表水排泄順暢；同時漏斗周邊設截水溝，防止周邊地表水流入漏斗內(nèi)，避免地表水在漏斗內(nèi)蓄積；然后在平臺表面以型鋼與鋼筋網(wǎng)為骨架，澆注混凝土板封蓋；混凝土板達到強度后其表面敷設防水板并覆蓋部分漏斗坑壁，隨后繼續(xù)回填粘土壓實。 3.2 既有公路設施的安全保證措施： 3.2.1 既有公路路基的安全保證措施 對二級公路產(chǎn)生不利影響的首要因素是公路路基的穩(wěn)定 公路路基若位于突泥造成的地表變形影響范圍內(nèi)，則會出現(xiàn)路基沉降、開裂斷板等不可逆轉(zhuǎn)的損壞；因此評估公路路基的穩(wěn)定程度是保證二級公路安全的首要工作； 于是通過對二級公路裂縫及沉降的監(jiān)測，并對部分 路段路基進行物探，同時安排專人巡視記錄二級公路路基出現(xiàn)的微小狀況等手段收集現(xiàn)場資料。 根據(jù)所收集資料，輔以三維地質(zhì)模型分析發(fā)現(xiàn)，二級公路位于掌子面至地表塌陷漏斗右側約 57m，塌陷處地表與二級公路標高高差約為 40m；塌陷連通區(qū)域向遠離公路方向延伸傾斜； 由此可推測二級公路路基下部土體向空腔內(nèi)補充，進而在路基下部形成空洞造成突然沉陷的可能性較小；后期物探結果也證實了其下部一定范圍內(nèi)無空腔的推測。 考慮塌陷區(qū)對二級公路路基下方土體雖無直接影響，但因部分路基位于斷層交匯帶上，巖體非常破 碎，同時此段路基在多次大暴雨后出現(xiàn)路基邊溝開裂和小塌陷，因此對斷層交匯帶路段在后期進行了注漿加固處理。 3.2.2 既有公路邊坡穩(wěn)定問題 對二級公路產(chǎn)生威脅的另一因素是其邊坡坡體的穩(wěn)定。 考慮大氣降水順錯臺裂縫下滲會導致土體抗剪強度下降從而產(chǎn)生滑坡等次生地質(zhì)災害，因此在處理地表塌陷的同時，在山體錯臺裂縫位置上方設置截水溝截排地表水，并沿裂縫開挖淺槽，內(nèi)覆防水板，用粘土填平壓實以防止地表水滲漏。 由于地表塌陷，山體內(nèi)可能存在局部空腔，塌陷區(qū)域內(nèi)的山體已出現(xiàn)張拉變形形成錯 臺裂縫，若邊坡局部失穩(wěn)，因其臨近公路，必然對公路安全造成巨大威脅。故布設 3 條邊坡測量斷面（其中一條穿過漏斗），加強對邊坡變形的監(jiān)控量測；后期根據(jù)量測數(shù)據(jù)分析坡體的變形趨勢和滑移變形計算結果，對出現(xiàn)裂縫的山體局部進行了削坡減載處理，保證了整個坡體的穩(wěn)定。 3.3 洞內(nèi)處理和穩(wěn)定問題： 經(jīng)過此次大規(guī)模的突水涌泥后，山體內(nèi)地下水位降低，雖再次出現(xiàn)大規(guī)模災害的幾率較低，但考慮后續(xù)清理堆積物的過程中可能遭遇破碎帶空腔中局部滯留的泥漿夾石塊沖出，威脅清理人員和機械的安全，遂采用移動式丁壩擋墻方案保證 清理工作安全有序進行；即將洞內(nèi)堆積物每 20m 區(qū)域劃定為一個作業(yè)區(qū)；采用吊裝大塊預制件（如蓋板涵預制蓋板）堆砌成形如丁壩的擋墻兩道，擋墻高度不超過 4m，長度自隧道輪廓線一側邊緣至隧道中心線略過 1m，前后兩道擋墻錯開設置，擋墻交替向掌子面移動，保證裝載機和運輸車分段逐步清理施工時的安全，至掌子面后澆筑擋泥墻。 4 關于隧道涌水突泥災害的的思考 面對隧道發(fā)生涌水突泥災害，我們對設計和施工過程中的細節(jié)進行了思考和總結： 1.山嶺隧道的選線因受山區(qū)走廊帶區(qū)域狹小和建設成本制約會被限制在一 個小范圍內(nèi)，在無法避開地質(zhì)構造復雜的區(qū)域時，建議對隧道線路位置和主要及次生構造帶的空間關系進行專項分析，必要時可借助建立三維地質(zhì)模型等技術手段，對隧道的幾何位置和設計標高范圍進行優(yōu)選，推測出地質(zhì)災害發(fā)生幾率較高的區(qū)段，在做好防治預案的同時，較為準確的提示施工單位采取相應的技術措施。 2.在隧道施工過程中，物探手段多樣，但由于受到施工現(xiàn)場測試環(huán)境、人員等多種因素影響和制約，造成隧道超前地質(zhì)預報的結果的準確度有限，因此設計中往往提出應采用水平地質(zhì)鉆孔來驗證和提高預報結果的準確性；尤其對于規(guī)模較大或地質(zhì) 較復雜的隧道在評估后，特別建議施工單位或超前預報單位更應重視水平地質(zhì)鉆孔的作用，將其作為超前地質(zhì)預報工作的必須手段。 3.應重視和增加地質(zhì)勘察中關于水文地質(zhì)的勘察內(nèi)容 ； 對于隧道結構以及圍巖而言，地下水的富集增加了隧道結構的荷載，降低了圍巖的強度，從而影響結構的安全；尤其對于地質(zhì)構造比較復雜的地段，構造的復雜性、地質(zhì)運動的破壞性、以及巖體的的風化結合豐富地下水的影響使得隧道地質(zhì)災害發(fā)生的概率大大提升。 5 結束語 隨著高速公路建設向重丘山嶺地區(qū)的逐步延伸，途經(jīng)地質(zhì)運動活躍、地質(zhì) 構造復雜地區(qū)的隧道工程也越來越多；我們應該深入思考，總結經(jīng)驗，把這些經(jīng)驗運用到今后的設計施工當中，盡早發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災害的誘因，提前采取措施介入不良地質(zhì)的治理，防患于未然，提高我們隧道工程的勘察設計質(zhì)量，避免施工風險，減少業(yè)主和施工單位的損失，提高國家投資的利用率，建設高效、優(yōu)質(zhì)、安全、與環(huán)境相和諧的隧道工程。 作者簡介：