隧道突水機(jī)理分析及突水處治技術(shù)中鐵十六局集團(tuán)有限公司西格二線工程指揮部

錢富林一、摘要二、突涌水機(jī)理分析三、突涌水模式四、隧道突涌水處治技術(shù)六、結(jié)束語主要內(nèi)容一、摘要本文立足于關(guān)角隧道建設(shè)實(shí)踐，研究關(guān)角隧道突涌水災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理，分析突涌水的形成條件、類型，提煉突涌水的水文地質(zhì)概念模型和突涌水模式；采用理論分析、數(shù)值模擬、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)等方法，歸納總結(jié)了一套突涌水處治技術(shù)，包括超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案、注漿方案、地表導(dǎo)流，針對(duì)不同的突涌水模式采取相應(yīng)的處治方案。在關(guān)角隧道施工過程中，穿越了長(zhǎng)大段落巖溶富水區(qū)域，涌水壓力基本超過2MPa，涌水量較大，水文地質(zhì)復(fù)雜，為工程施工帶來了極大的影響。其中，最為突出的問題是：隧道內(nèi)地下水補(bǔ)給及處治問題。隧道的開挖、貫通，改變了原有的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和地下水流場(chǎng)，傳統(tǒng)的施工方法受到挑戰(zhàn)。為了克服和解決富水環(huán)境對(duì)施工的影響，通過對(duì)隧道突涌水機(jī)理分析，采取了必要的超前探水、水泥-水玻璃漿液和化學(xué)漿液相結(jié)合的注漿堵水措施、施工方法，確保了隧道順利穿越富水區(qū)域施工。二、突涌水機(jī)理分析1、突涌水形式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察分析，關(guān)角隧道的地下水類型為基巖裂隙水和巖溶裂隙水，施工中遇到的突涌水主要出現(xiàn)在3號(hào)、4號(hào)斜井II-IV級(jí)灰?guī)r地層中，主要表現(xiàn)形式為：突涌水表現(xiàn)形式一：涌水點(diǎn)主要分布在拱部及邊墻，以股狀涌水及淋雨?duì)钣克问窖亓严冻雎叮哂谐鏊c(diǎn)多、單孔涌水量小、總涌水量大及水壓較低的特點(diǎn)。突涌水表現(xiàn)形式二：涌水點(diǎn)較為集中，股狀涌水、涌水量較大、水壓較高（1.3~4.5MPa）。2、地表水流量監(jiān)測(cè)2008年8月16日，分別在3、4號(hào)斜井所處的克德攏溝距4號(hào)斜井口約1.2km的上游處和距斜井口約0.4km的下游處布置流量測(cè)試斷面Ⅰ和測(cè)試斷面Ⅱ，對(duì)地表水流量采用浮標(biāo)法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果見下表：編號(hào)過水面積（m2）流速(m/s)水量(m3/d)斷面Ⅰ0.710.67641468.5斷面Ⅱ0.520.40918375.5由測(cè)試結(jié)果看出，地表水在流經(jīng)斷面Ⅰ和斷面Ⅱ（間距約0.8km）的過程中流量損失約23093m3/d。由此克德攏溝谷地表水對(duì)斜井具有一定的側(cè)向徑流補(bǔ)給。

為進(jìn)一步查明地表水與3、4號(hào)斜井的水力聯(lián)系，在3、4號(hào)斜井上游布置實(shí)驗(yàn)坑進(jìn)行連通實(shí)驗(yàn)（如圖所示），實(shí)驗(yàn)試劑采用紅色氧化鐵粉，同時(shí)在洞內(nèi)進(jìn)行顏色觀測(cè)和取樣化驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1）經(jīng)過72小時(shí)的觀測(cè)，3、4號(hào)斜井洞內(nèi)涌水未見顏色的變化，結(jié)果分析為，洞內(nèi)涌水較大，對(duì)顏色的稀釋是導(dǎo)致觀測(cè)結(jié)果不理想的直接原因。

2）水質(zhì)分析結(jié)果：4號(hào)斜井投放示蹤劑后48小時(shí)鐵離子含量為實(shí)驗(yàn)前的6.4倍。3號(hào)斜井投放示蹤劑后48小時(shí)鐵離子含量為實(shí)驗(yàn)前的2.2倍。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：克德攏溝地表水與4號(hào)斜井具有較好的水力聯(lián)系，與3號(hào)斜井具有一定的水力聯(lián)系，是隧道涌水的重要補(bǔ)給來源。2、突涌水水文地質(zhì)概念模型由于氣候和地質(zhì)條件的不同，關(guān)角隧道巖溶區(qū)普遍發(fā)育強(qiáng)徑流帶，地下暗河極不發(fā)育。巖溶地下水系統(tǒng)不論是地下水賦存空間，還是徑流空間，主要受構(gòu)造裂隙（巖溶裂隙）控制，主干裂隙是徑流通道（強(qiáng)徑流帶），次級(jí)裂隙為賦存空間。關(guān)角隧道圍巖含水介質(zhì)為裂隙-溶隙含水介質(zhì)。按照隧道所處的巖溶水系統(tǒng)的垂向循環(huán)帶、季節(jié)變動(dòng)帶、水平循環(huán)帶、深部循環(huán)帶和強(qiáng)徑流帶，可將其概化為如下五種水文地質(zhì)概念模型：模型1：隧道位于區(qū)域最高地下水位以上，一般不存在穩(wěn)定的涌突水問題，主要表現(xiàn)為沿裂隙和溶隙的滴水和滲水，雨季會(huì)有短期的小流量股狀涌水，由于埋深淺，沒有形成自由水面，基本不會(huì)形成較大的水壓力，對(duì)工程正常施工影響不大，風(fēng)險(xiǎn)性較小。這種模式基本位于隧道的進(jìn)出口部位。模型2：隧道處于區(qū)域地下水最高水位和最低水位之間，主要表現(xiàn)為沿裂隙和溶隙的滲水、涌水現(xiàn)象，在枯水期水量較小或無水，在雨季或豐水期洞內(nèi)裂隙出水量增大或會(huì)形成新的涌水點(diǎn)，量集中、變幅大、突發(fā)性強(qiáng)，危害性也較大，在排水能力充足的情況下，對(duì)工程正常施工影響不大。模型3：隧道位于區(qū)域最低地下水位下方數(shù)十米范圍，基巖裂隙發(fā)育程度較低，主要表現(xiàn)為沿裂隙和溶隙的涌水現(xiàn)象，雨季時(shí)涌水量會(huì)增大，涌水量相對(duì)比較穩(wěn)定，揭示涌水量與正常涌水量差異不大，在采取相應(yīng)的堵水、排水措施條件下，對(duì)工程正常施工影響不大，一般不存在嚴(yán)重的突水問題。模型4：隧道位于區(qū)域地下水位下方數(shù)百米，其突水的特征一般以清水為主，裂隙-溶隙不發(fā)育，水量相對(duì)比較穩(wěn)定，初次揭示涌水量與正常涌水量差異不大。由于地下水的水壓力較大，易發(fā)生大規(guī)模突涌水，風(fēng)險(xiǎn)性較大。模型5：隧道處于裂隙-溶隙極發(fā)育的構(gòu)造破碎帶含水介質(zhì)中，屬于地下巖溶水系統(tǒng)的強(qiáng)徑流帶，隧道涌突水量與地表降雨和地表水體關(guān)系極為密切，當(dāng)隧道處于巖溶水系統(tǒng)的下游，在高水壓作用下容易同時(shí)誘發(fā)破碎圍巖崩塌，突水災(zāi)害的危害性巨大。該模式突水特征為初次揭示涌水量、正常涌水量和水壓力極大，且相對(duì)比較穩(wěn)定。表12008年1月~8月降雨量統(tǒng)計(jì)表月份12345678降雨量（mm）4.72.41.317.134.753.7153.734.9關(guān)角隧道4號(hào)斜井2008年7月30日，實(shí)測(cè)涌水量為8100~9200m3/d，之后水量持續(xù)增大，2008年9月28日實(shí)測(cè)水量為24000m3/d；2008年7月19日實(shí)測(cè)洞內(nèi)涌水量為8617.2m3/d，2008年9月16日實(shí)測(cè)水量為16456.0m3/d（峰值涌水量為23000m3/d）。不同時(shí)期的涌水量相差巨大，隧道在雨季的突涌水風(fēng)險(xiǎn)性大，而枯水季節(jié)突涌水的風(fēng)險(xiǎn)性相對(duì)較小。另外隧道突涌水發(fā)生除與水文地質(zhì)概念模型有關(guān)外，還與降雨期也有關(guān)，不同降雨時(shí)期降水量不同，洞內(nèi)涌水量大小也不一樣。根據(jù)天峻縣氣象站的降雨資料（見表1），關(guān)角隧道地區(qū)7月份最大降雨量為153.7mm，為30年一遇的強(qiáng)降雨，相比歷史同期增加了92%，單日最大降雨量為2008年7月28日的42.8mm。通過以上對(duì)對(duì)不同水文文地質(zhì)模型型下隧道涌涌突水特點(diǎn)點(diǎn)的分析可可以看出，，關(guān)角隧道道是是揭穿型突突涌水，受受蓄水構(gòu)造造和地區(qū)大大氣降水因因素的影響響明顯。將將各種突涌涌水按發(fā)生生條件和機(jī)機(jī)理劃分為為洞身突涌涌水型和掌掌子面突涌涌水型兩種種突涌水模模式。1、掌子面突涌涌水模式掌子面突涌涌水模式包包括裂隙-溶隙和構(gòu)造造帶兩種突突涌水模式式，兩種模模式的突水水機(jī)理差異異較大。1）裂隙-溶隙型突涌涌水模式主主要表現(xiàn)為為地下水從從掌子面局局部節(jié)理和和裂隙中淋淋出或涌出出，由于裂裂隙-溶隙含水介介質(zhì)的過水水和蓄水能能力有限，，涌水的水水量和水壓壓較小。2）構(gòu)造帶突突涌水模式式主要是由由于掌子面面前方的構(gòu)構(gòu)造帶中賦賦存豐富的的地下水，，由于儲(chǔ)水水構(gòu)造形成成時(shí)間較長(zhǎng)長(zhǎng)，賦存了了較大的水水量，具有有較大水壓壓，當(dāng)較完完整的隔水水層不足以以承受構(gòu)造造帶的水壓壓發(fā)生破壞壞時(shí)，大量量的地下水水隨之突然然涌出。三、、突突涌涌水水模模式式2、洞洞身身突突涌涌水水模模式式關(guān)角角隧隧道道3號(hào)斜斜井井長(zhǎng)長(zhǎng)1667m、4號(hào)斜斜井井長(zhǎng)長(zhǎng)1571m，斜斜井井坡坡度度大大，，長(zhǎng)長(zhǎng)距距離離反反坡坡排排水水是是施施工工面面臨臨的的一一大大難難題題，，因因此此對(duì)對(duì)斜斜井井洞洞室室開開挖挖后后的的洞洞身身突突涌涌水水模模式式研研究究至至關(guān)關(guān)重重要要。。研究究資資料料表表明明，，與與巖巖溶溶弱弱徑徑流流區(qū)區(qū)（（裂裂隙隙-溶隙隙不不發(fā)發(fā)育育））比比較較，，強(qiáng)強(qiáng)徑徑流流帶帶地地下下水水動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)相相當(dāng)當(dāng)穩(wěn)穩(wěn)定定，，無無論論是是地地下下水水位位還還是是流流量量，，其其變變化化幅幅度度都都比比弱弱徑徑流流小小的的多多。。這這是是因因?yàn)闉榫蘧藓窈竦牡陌鼩鈿鈳Ъ凹叭跞鯊綇搅髁鲄^(qū)區(qū)對(duì)對(duì)地地下下水水調(diào)調(diào)蓄蓄作作用用的的結(jié)結(jié)果果。。強(qiáng)強(qiáng)徑徑流流區(qū)區(qū)地地下下水水位位年年變變幅幅一一般般為為3~13m，弱弱徑徑流流區(qū)區(qū)地地下下水水位位年年變變幅幅可可達(dá)達(dá)16~112m，隧隧道道通通過過強(qiáng)強(qiáng)徑徑流流區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)可可不不考考慮慮地地下下水水變變化化的的影影響響。。關(guān)角角隧隧道道巖巖溶溶段段屬屬于于裸裸露露型型巖巖溶溶，，受受大大氣氣降降水水補(bǔ)補(bǔ)給給明明顯顯，，弱弱徑徑流流區(qū)區(qū)地地下下水水位位變變幅幅大大。。當(dāng)當(dāng)洞洞身身穿穿越越季季節(jié)節(jié)變變動(dòng)動(dòng)帶帶段段，，在在枯枯水水期期時(shí)時(shí)，，地地下下水水處處于于低低水水位位，，洞洞身身地地下下水水狀狀態(tài)態(tài)主主要要為為無無水水或或滲滲水水。。在在豐豐水水期期時(shí)時(shí)，，地地下下水水達(dá)達(dá)到到高高水水位位，，巨巨大大的的水水位位差差會(huì)會(huì)造造成成洞洞身身段段出出水水點(diǎn)點(diǎn)涌涌水水量量劇劇增增或或出出現(xiàn)現(xiàn)新新的的涌涌水水點(diǎn)點(diǎn)出出現(xiàn)現(xiàn)。。這這種種枯枯水水期期和和豐豐水水期期涌涌水水量量的的巨巨大大差差距距，，往往往往會(huì)會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致致在在枯枯水水期期施施工工時(shí)時(shí)不不能能準(zhǔn)準(zhǔn)確確判判斷斷地地下下水水狀狀態(tài)態(tài)，，沒沒有有采采取取相相應(yīng)應(yīng)的的處處理理措措施施就就繼繼續(xù)續(xù)施施工工。。而而在在豐豐水水期期時(shí)時(shí)，，由由于于斜斜井井內(nèi)內(nèi)反反坡坡排排水水能能力力有有限限，，當(dāng)當(dāng)涌涌水水量量高高于于排排水水量量時(shí)時(shí)就就會(huì)會(huì)釀釀成成大大型型突突涌涌水水災(zāi)災(zāi)害害。。洞身身段段處處于于垂垂直直循循環(huán)環(huán)帶帶和和水水平平循循環(huán)環(huán)帶帶時(shí)時(shí)，，由由于于水水頭頭不不高高，，主主要要表表現(xiàn)現(xiàn)為為地地下下水水沿沿隧隧道道壁壁匯匯集集，，成成股股或或成成點(diǎn)點(diǎn)滴滴落落或或流流下下，，通通過過后后注注漿漿措措施施即即可可控控制制。。處處于于深深部部循循環(huán)環(huán)帶帶時(shí)時(shí)，，高高壓壓突突水水地地段段，，在在開開挖挖施施工工時(shí)時(shí)已已進(jìn)進(jìn)行行超超前前封封堵堵處處理理，，洞洞身身也也不不會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)大大的的涌涌水水點(diǎn)點(diǎn)，，因因此此一一般般不不會(huì)會(huì)對(duì)對(duì)地地下下工工程程造造成成很很大大的的排排水水壓壓力力，，對(duì)對(duì)地地下下工工程程的的襯襯砌砌也也不不會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生很很大大的的水水壓壓力力。。綜綜上上所所述述，，洞洞身身突突涌涌水水模模式式應(yīng)應(yīng)以以洞洞身身處處于于季季節(jié)節(jié)變變動(dòng)動(dòng)帶帶時(shí)時(shí)為為典典型型進(jìn)進(jìn)行行預(yù)預(yù)防防和和處處理理。。通過過以以上上隧隧道道突突涌涌水水機(jī)機(jī)理理分分析析、、突突涌涌水水水水文文地地質(zhì)質(zhì)概概念念模模型型、、突突涌涌水水模模型型等等一一系系列列的的研研究究分分析析，，關(guān)關(guān)角角隧隧道道突突涌涌水水存存在在以以下下幾幾個(gè)個(gè)特特點(diǎn)點(diǎn)：：第一一、、關(guān)關(guān)角角隧隧道道巖巖溶溶段段受受大大氣氣降降水水補(bǔ)補(bǔ)給給明明顯顯，，弱弱徑徑流流區(qū)區(qū)地地下下水水位位變變幅幅大大第二二、、隧隧道道與與地地下下水水位位之之間間的的關(guān)關(guān)系系難難于于掌掌握握，，突突涌涌水水形形式式具具有有不不可可預(yù)預(yù)見見性性。。第三三、、隧隧道道突突涌涌水水多多以以掌掌子子面面突突涌涌水水為為主主，，水水壓壓較較高高、、水水量量較較大大，，堵堵水水施施工工難難度度較較大大。。第四四、、隧隧道道洞洞身身單單點(diǎn)點(diǎn)高高壓壓涌涌水水與與段段落落滲滲水水并并存存，，單單一一的的堵堵水水施施工工方方案案難難以以達(dá)達(dá)到到預(yù)預(yù)期期的的堵堵水水效效果果。。針對(duì)對(duì)關(guān)關(guān)角角隧隧道道突突涌涌水水的的幾幾大大特特點(diǎn)點(diǎn)，，就就要要在在施施工工過過程程中中，，形形成成整整套套的的突突涌涌水水防防治治與與處處治治技技術(shù)術(shù)。。四、隧隧道突突涌水水處治治技術(shù)術(shù)1、超前前探水水方案案針對(duì)關(guān)關(guān)角隧隧道地地質(zhì)的的復(fù)雜雜性和和多變變性，，施工工中采采取綜綜合超超前地地質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)的的手段段，即即按照照“長(zhǎng)長(zhǎng)短結(jié)結(jié)合、、上下下對(duì)照照、定定性與與定量量相結(jié)結(jié)合””的原原則，，在隧隧道風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)分分級(jí)的的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，，采用用相對(duì)對(duì)應(yīng)的的綜合合預(yù)報(bào)報(bào)方案案。其其中長(zhǎng)長(zhǎng)期超超前地地質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)應(yīng)應(yīng)連續(xù)續(xù)在本本標(biāo)段段隧道道進(jìn)行行，短短期地地質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)只只在重重點(diǎn)地地段，，如斷斷層破破碎帶帶、富富水區(qū)區(qū)段進(jìn)進(jìn)行。。隧道內(nèi)內(nèi)超前前地質(zhì)質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)超前地地質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)措措施針對(duì)隧隧道不不同段段落的的地質(zhì)質(zhì)復(fù)雜雜程度度和既既有的的地質(zhì)質(zhì)資料料，將將關(guān)角角隧道道的地地質(zhì)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)劃劃分為為A、B、C三個(gè)等等級(jí)，，具體體分級(jí)級(jí)及預(yù)預(yù)測(cè)預(yù)預(yù)報(bào)項(xiàng)項(xiàng)目如如下：：表2關(guān)角隧隧道施施工地地質(zhì)分分級(jí)和和預(yù)測(cè)測(cè)預(yù)報(bào)報(bào)項(xiàng)目目表等級(jí)工程地質(zhì)特征預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)項(xiàng)目A（1）存在重大地質(zhì)災(zāi)害隱患的地段，如可溶巖與非可溶巖接觸帶，軟弱、破碎、富水、導(dǎo)水性良好的地層和大型斷層破碎帶。（2）重大物探異常地段，可能產(chǎn)生大型、特大型突水突泥地段，誘發(fā)重大環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的地段等。地質(zhì)分析法，TSP超前預(yù)報(bào)（100m），地質(zhì)雷達(dá)（15m），紅外探水，超前水平鉆探（30~100m）3孔，超長(zhǎng)炮孔（＞10m）不少于6孔，地質(zhì)素描B中型突水突泥地段，較大物探異常地段，斷裂帶等。地質(zhì)分析法，TSP超前預(yù)報(bào)（150m），地質(zhì)雷達(dá)（20m），紅外探水，超前水平鉆探（30m）1~3孔，超長(zhǎng)炮孔（＞6m）不少于5孔，地質(zhì)素描C水文地質(zhì)條件較好的碳酸巖及碎屑巖地段、小型斷層破碎帶，發(fā)生突水突泥的可能性較小地質(zhì)分析法，TSP超前預(yù)報(bào)（150m），地質(zhì)雷達(dá)（20~30m），超前水平鉆探（30m）1~2孔，超長(zhǎng)炮孔（＞5m）1~2孔，地質(zhì)素描超前地地質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)地地質(zhì)分分級(jí)及及預(yù)報(bào)報(bào)項(xiàng)目目1）TSP203預(yù)測(cè)預(yù)預(yù)報(bào)的的最有有效距距離是是掌子子面前前方100m，并且且兩次次預(yù)報(bào)報(bào)應(yīng)有有至少少10m的搭接接，保保證不不遺漏漏隧道道不良良地質(zhì)質(zhì)的預(yù)預(yù)報(bào)。。當(dāng)預(yù)預(yù)報(bào)前前方有有非常常不良良的工工程地地質(zhì)情情況出出現(xiàn)時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)當(dāng)提提高預(yù)預(yù)報(bào)頻頻率，，并且且縮小小預(yù)報(bào)報(bào)距離離的范范圍，，同時(shí)時(shí)還應(yīng)應(yīng)增加加預(yù)報(bào)報(bào)位置置的搭搭接長(zhǎng)長(zhǎng)度。。2）將地地質(zhì)雷雷達(dá)的的預(yù)報(bào)報(bào)距離離應(yīng)嚴(yán)嚴(yán)格限限定在在30m以內(nèi)，，其中中20m以內(nèi)效效果最最好。。兩次次預(yù)報(bào)報(bào)之間間的搭搭接長(zhǎng)長(zhǎng)不應(yīng)應(yīng)低于于5m。3）紅外外線超超前探探水預(yù)預(yù)測(cè)距距離應(yīng)應(yīng)在30m以內(nèi)，，兩次次預(yù)報(bào)報(bào)之間間的搭搭接長(zhǎng)長(zhǎng)不應(yīng)應(yīng)低于于5m。4）掌子子面地地質(zhì)素素描需需要在在隧道道施工工全程程的實(shí)實(shí)施；；每各各開挖挖循環(huán)環(huán)做一一次。。5）超前前鉆探探主要要應(yīng)用用于長(zhǎng)長(zhǎng)期、、短期期預(yù)報(bào)報(bào)確定定的主主要不不良地地質(zhì)區(qū)區(qū)段，，依據(jù)據(jù)工程程地質(zhì)質(zhì)情況況，鉆鉆探法法可以以分為為長(zhǎng)距距離超超前水水平鉆鉆探、、短距距離超超前鉆鉆探和和加深深炮孔孔法三三種。。其中中長(zhǎng)、、短距距離超超前水水平鉆鉆探是是采用用水平平地質(zhì)質(zhì)鉆機(jī)機(jī)完成成的，，加深深炮孔孔是通通過加加深掌掌子面面鉆孔孔完成成的。。超前地地質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)技技術(shù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)圖4超前地地質(zhì)探探孔縱縱、剖剖面示示意圖圖①長(zhǎng)距距離超超前水水平鉆鉆探實(shí)實(shí)施在在規(guī)模模較大大的重重大災(zāi)災(zāi)害隱隱患地地段，，鉆探探的距距離30~100m，應(yīng)當(dāng)當(dāng)一次次性穿穿過不不良地地質(zhì)的的地段段。掌掌子面面中部部探孔孔水平平布置置，拱拱底和和拱頂頂探孔孔終孔孔位置置應(yīng)布布置在在輪廓廓線外外3~4m處（圖圖4）。鉆鉆好的的孔應(yīng)應(yīng)進(jìn)行行壓水水滲漏漏性試試驗(yàn)。。②短距距離鉆鉆探法法鉆探探距離離20~30m，搭接接長(zhǎng)度度5m，對(duì)于于一般般斷層層破碎碎帶，，每個(gè)個(gè)掘進(jìn)進(jìn)工作作面布布設(shè)超超前取取芯探探孔1~3個(gè)；對(duì)對(duì)于多多水、、富水水帶，，應(yīng)增增設(shè)2~3個(gè)探水水孔，，分別別位于于拱頂頂和拱拱腰部部位，，超前前探水水孔終終孔位位于隧隧道開開挖輪輪廓線線外1.5m~3.0m。圖5超長(zhǎng)炮炮孔縱縱、剖剖面示示意圖圖③超長(zhǎng)長(zhǎng)炮孔孔法通通過加加深炮炮孔到到5~10m探測(cè)前前方的的工程程地質(zhì)質(zhì)情況況，沿沿掌子子面周周邊布布置，，并分分別以以30~45°的外插插角實(shí)實(shí)施（（圖5）。2、止?jié){漿墻安安全厚厚度分分析掌子面面突涌涌水一一般分分為裂裂隙-溶隙型型和構(gòu)構(gòu)造帶帶型突突涌水水模式式，當(dāng)當(dāng)構(gòu)造造裂隙隙和隧隧道之之間的的巖柱柱不足足以抵抵抗構(gòu)構(gòu)造裂裂隙中中的水水壓時(shí)時(shí)，構(gòu)構(gòu)造裂裂隙中中的水水就可可能向向著臨臨空面面及隧隧道方方向突突出，，形成成災(zāi)害害。因因此，，為有有效預(yù)預(yù)防掌掌子面面突涌涌水現(xiàn)現(xiàn)象的的發(fā)生生，需需要預(yù)預(yù)留足足夠厚厚度的的巖盤盤抵抗抗水壓壓力。。根據(jù)文文獻(xiàn)，，可將將掌子子面前前方巖巖墻簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為為彈性性厚板板模型型，根根據(jù)邊邊界條條件解解答出出巖墻墻中的的正應(yīng)應(yīng)力和和剪應(yīng)應(yīng)力，，以抗抗拉破破壞和和剪切切破壞壞為控控制條條件，，采用用厚板板理論論確定定巖盤盤安全全厚度度。計(jì)計(jì)算時(shí)時(shí)假定定止水水巖盤盤周邊邊固定定，均均勻連連續(xù)、、各向向同性性，按按軸對(duì)對(duì)稱問問題求求解得得出：：抗拉拉強(qiáng)度度控制制的安安全厚厚度。?？估p輕度控控制的的安全全厚度度分析析經(jīng)分析析得出出：①①相同同水壓壓下，，巖盤盤越厚厚，巖巖盤的的最大大應(yīng)力力越小小，巖巖盤的的最大大應(yīng)力力隨厚厚度的的增大大呈指指數(shù)型型衰減減趨勢(shì)勢(shì)。②②相同同巖盤盤厚度度時(shí)，，不同同級(jí)別別圍巖巖的巖巖盤最最大應(yīng)應(yīng)力相相差不不大。。同時(shí)也也會(huì)得得出：：以抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度控控制計(jì)計(jì)算安安全厚厚度時(shí)時(shí)，在在不同同埋深深下，，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖巖的安安全厚厚度基基本相相同，，安全全厚度度/隧道等等效直直徑為為0.13~0.18，變化化不大大。Ⅳ級(jí)圍巖巖安全全厚度度明顯顯大于于Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖巖的安安全厚厚度，，安全全厚度度/隧道等等效直直徑為為0.16~0.35。根據(jù)隧隧道力力學(xué)理理論，，隧道道開挖挖后，，其掌掌子面面前方方將會(huì)會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)一個(gè)個(gè)塑性性區(qū)，，該區(qū)區(qū)內(nèi)巖巖層的的滲透透系數(shù)數(shù)增大大，巖巖層的的阻水水能力力急劇劇下降降，為為保障障安全全，只只考慮慮為真真正能能起阻阻水作作用的的巖層層。構(gòu)構(gòu)造裂裂隙在在隧道道前方方，如如由上上圖所所示，，取巖巖柱塊塊體用用結(jié)構(gòu)構(gòu)力學(xué)學(xué)剪切切破壞壞理論論進(jìn)行行分析析，此此塊體體的受受力如如右下下圖所所示，，從而而得出出塊體體平衡衡方程程如下下：剪切破破壞控控制的的安全全厚度度分析析同一水水壓力力時(shí)，，圍巖巖質(zhì)量量越好好，所所需的的安全全厚度度越小小。說說明圍圍巖完完整、、巖塊塊強(qiáng)度度高時(shí)時(shí)，水水壓力力的增增大對(duì)對(duì)巖柱柱安全全厚度度的影影響不不大。。隧道埋埋深越越大，，當(dāng)水水壓力力增大大時(shí)，，所需需安全全厚度度的增增量越越小。。說明明埋深深較淺淺時(shí)，，巖柱柱安全全厚度度主要要取決決于水水壓力力的大大?。?；當(dāng)隧隧道埋埋深增增大達(dá)達(dá)到一一定程程度后后，巖巖柱安安全厚厚度主主要受受地應(yīng)應(yīng)力控控制，，水壓壓力的的增大大對(duì)巖巖柱安安全厚厚度的的影響響不大大。同一水水壓力力下，，隨側(cè)側(cè)壓力力系數(shù)數(shù)增大大，安安全厚厚度明明顯增增大，，說明明在確確定巖巖盤安安全厚厚度時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)重視視構(gòu)造造應(yīng)力力的影影響。。通過以以上對(duì)對(duì)抗拉拉強(qiáng)度度控制制和抗抗剪切切強(qiáng)度度控制制的安安全厚厚度的的計(jì)算算分析析看出出，以以抗剪剪切強(qiáng)強(qiáng)度控控制的的安全全厚度度明顯顯大于于以抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度控控制的的安全全厚度度，因因此關(guān)關(guān)角隧隧道的的安全全厚度度采用用抗剪剪切強(qiáng)強(qiáng)度控控制方方法進(jìn)進(jìn)行計(jì)計(jì)算，，安全全厚度度（安安全厚厚度/隧道等等效直直徑））取值值見表表3（實(shí)際際使用用時(shí)應(yīng)應(yīng)考慮慮一定定安全全系數(shù)數(shù)）。。圍巖等級(jí)水壓（kPa）埋深（m）100200300400500Ⅱ10000.220.230.240.240.2420000.280.270.270.260.2630000.350.310.290.290.28Ⅲ10000.370.370.370.370.3720000.470.430.410.400.4030000.580.500.460.440.43Ⅳ10000.700.650.630.620.6120000.900.760.710.680.6630001.110.870.780.740.71關(guān)角隧隧道各各級(jí)圍圍巖預(yù)預(yù)留安安全厚厚度建建議值值關(guān)角隧隧道現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施施工過過程中中，采采取超超前探探孔預(yù)預(yù)測(cè)到到前方方存在在大型型隱伏伏蓄水水構(gòu)造造時(shí)，，如果果前方方蓄水水構(gòu)造造突水水壓力力大，，水量量豐富富，根根據(jù)圍圍巖質(zhì)質(zhì)量等等級(jí)和和水壓壓力，，保留留3~10m的防突突巖盤盤（圍圍巖質(zhì)質(zhì)量差差時(shí)取取大值值，圍圍巖質(zhì)質(zhì)量好好時(shí)取取小值值）。。3、突涌涌水處處理措措施的的選擇擇為減小小施工工期間間的排排水壓壓力，，保證證隧道道運(yùn)營(yíng)營(yíng)期間間斜井井內(nèi)匯匯水可可通過過正洞洞安全全排出出，根根據(jù)涌涌水的的形式式，針針對(duì)不不同情情況，，采用用不同同的注注漿堵堵水措措施。。注漿漿漿液液類型型，根根據(jù)實(shí)實(shí)際情情況確確定，，以水水泥-水玻璃璃漿液液為主主、化化學(xué)漿漿液為為輔。。未開挖挖段，，單孔孔涌水水量<40m3/h，圍巖巖較好好，，開挖挖后再再進(jìn)行行堵水水未開挖挖段掌掌子面面單孔孔涌水水量：：>40m3/h，圍巖巖較好好,涌水主主要為為溶隙隙水，，超超前頂頂水注注漿未開挖挖段掌掌子面面單孔孔涌水水量：：>40m3/h，圍巖巖破碎碎，Ⅳ～Ⅴ級(jí)，，根據(jù)據(jù)涌水水情況況，采采用分分區(qū)治治理或或周邊邊帷幕幕注漿漿當(dāng)出水水點(diǎn)較較多，，涌水水量較較大時(shí)時(shí)，基基于基基巖裂裂隙水水體空空間分分布，，采用用分區(qū)區(qū)注漿漿技術(shù)術(shù)，首首先將將注漿漿區(qū)分分為左左上、、右上上、左左下、、右下下四個(gè)個(gè)區(qū)域域（圖圖7所示）），并并根據(jù)據(jù)探孔孔出水水量判判別標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)劃劃分為為弱水水區(qū)或或強(qiáng)水水區(qū)（（當(dāng)出出水量量>5m3/h時(shí)，為為強(qiáng)水水區(qū)；；當(dāng)出出水量量<5m3/h時(shí)，為為弱水水區(qū)）），對(duì)對(duì)弱水水區(qū)進(jìn)進(jìn)行一一般性性注漿漿，弱弱水區(qū)區(qū)可以以少開開孔或或者不不開孔孔，強(qiáng)強(qiáng)水區(qū)區(qū)重點(diǎn)點(diǎn)開孔孔，進(jìn)進(jìn)行重重點(diǎn)性性注漿漿。分區(qū)注注漿未開挖挖段掌掌子面面單孔孔涌水水量：：>40m3/h，斷層層破碎碎帶，，全全斷面面帷幕幕注漿漿帷幕注注漿前前后對(duì)對(duì)比圖圖已開挖挖段單單孔涌涌水量量5～40m3/h,且出水水點(diǎn)眾眾多，，出水水段落落較長(zhǎng)長(zhǎng)，，徑向向注漿漿已開挖挖段邊邊墻或或拱部部單孔孔涌水水量：：>40m3/h，對(duì)施施工進(jìn)進(jìn)度、、運(yùn)營(yíng)營(yíng)排水水有較較大影影響，，圍圍巖較較好,涌水主主要為為溶隙隙水，，局局部頂頂水注注漿4、漿液液的選選擇及及配合合比選選擇根據(jù)隧隧道突突涌水水特點(diǎn)點(diǎn)，裂裂隙-溶隙及及溶腔腔等情情況，，采取取不同同的注注漿堵堵水材材料，，具體體如下下：掌子面面突涌涌水，，水壓壓較高高、水水量較較大，，采取取帷幕幕注漿漿，注注漿材材料采采取水水泥-水玻璃璃漿液液，普普通水水泥42.5水泥、、水玻玻璃雙雙液漿漿（水水：水水泥：：水玻玻璃=1：1：0.6~0.7）洞身裂裂隙水水，水水壓較較小，，水量量較大大，采采取徑徑向注注漿，，注漿漿材料料采取取馬麗麗散堵堵水材材料（（樹脂脂：催催化劑劑=1:1），膨膨脹系系數(shù)為為3～25倍左右右（無無水時(shí)時(shí)膨脹脹系數(shù)數(shù)大于于3，有水水時(shí)膨膨脹系系數(shù)大大于10）5、施工工方案案、工工藝及及實(shí)施施由于涌涌水面面多存存在集集中出出水點(diǎn)點(diǎn)水壓壓較大大，孔孔口管管施工工難度度大及及圍巖巖較破破碎，，封水水施工工難于于控制制，為為確保保安全全，不不能進(jìn)進(jìn)行擴(kuò)擴(kuò)孔及及加強(qiáng)強(qiáng)支護(hù)護(hù)，因因此在在不存存在搭搭接注注漿段段落施施工止止?jié){墻墻，在在施工工過程程中，，預(yù)埋埋端部部帶法法蘭盤盤的孔孔口管管。止止?jié){墻墻設(shè)計(jì)計(jì)厚度度3m，采用用C25混凝土土澆筑筑，嵌嵌入隧隧道開開挖周周邊輪輪廓1m。采用用架立立鋼模模板，，腳手手架加加固，，輸送送泵泵泵送混混凝土土施工工。在在長(zhǎng)距距離持持續(xù)注注漿段段落除除出現(xiàn)現(xiàn)特殊殊情況況，影影響注注漿施施工及及安全全情況況下補(bǔ)補(bǔ)做止止?jié){墻墻外，，其余余均預(yù)預(yù)留5m作為下下循環(huán)環(huán)注漿漿止?jié){漿巖盤盤。止?jié){墻墻及預(yù)預(yù)埋孔孔口管管施工工止?jié){墻墻施工工完成成后，，在周周邊及及拱部部局部部出現(xiàn)現(xiàn)涌水水，故故在止止?jié){墻墻出水水部位位鉆孔孔后安安裝端端部帶帶法蘭蘭盤的的孔口口管，，孔口口管采采用錨錨固劑劑及棉棉、纖纖維、、木楔楔等物物固定定于鉆鉆孔內(nèi)內(nèi)，并并安裝裝閥門門。安安裝完完成后后進(jìn)行行封閉閉止?jié){漿墻注注漿施施工，，注漿漿材料料采用用水泥泥、水水玻璃璃雙液液漿，，水灰灰比1：1，水玻玻璃濃濃度35Be，模數(shù)數(shù)3.2，水泥泥漿與與水玻玻璃體體積比比1：0.7，保證證漿液液的膠膠凝時(shí)時(shí)間在在20s之內(nèi)。。注漿漿封閉閉效果果達(dá)到到孔口口管閥閥門關(guān)關(guān)閉時(shí)時(shí)，止止?jié){墻墻整體體不能能出現(xiàn)現(xiàn)滲水水、漏漏水現(xiàn)現(xiàn)象。?？卓诠芄苈裨O(shè)設(shè)及止止?jié){墻墻封閉閉止?jié){墻墻埋設(shè)設(shè)孔口口管及及封閉閉鉆機(jī)鉆鉆孔及及前進(jìn)進(jìn)式注注漿采用C6鉆機(jī)通通過預(yù)預(yù)埋孔孔口管管間隔隔鉆孔孔，先先鉆最最外圈圈的注注漿孔孔，考考慮注注漿擴(kuò)擴(kuò)散半半徑對(duì)對(duì)注漿漿效果果的影影響，，一次次性鉆鉆孔長(zhǎng)長(zhǎng)度為為8m，然后后進(jìn)行行注漿漿，待待漿液液基本本凝固固后，，再次次對(duì)原原注漿漿孔進(jìn)進(jìn)行鉆鉆孔注注漿，，直至至達(dá)到到設(shè)計(jì)計(jì)長(zhǎng)度度。按按照上上述前前進(jìn)式式注漿漿施工工工序序，依依次完完成三三環(huán)超超前帷帷幕注注漿孔孔的鉆鉆孔及及注漿漿施工工。為為了保保證漿漿液的的擴(kuò)散散半徑徑、強(qiáng)強(qiáng)度及及耐久久性。。采用C6鉆機(jī)根根據(jù)標(biāo)標(biāo)記的的鉆孔孔位置置及設(shè)設(shè)計(jì)角角度