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摘要：為了提高隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，降低隧道地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象的發(fā)生概率，對(duì)滲流引起的隧道地質(zhì)災(zāi)害展開分析。簡(jiǎn)述此工程的基本工程地質(zhì)條件，從滲流發(fā)生條件、滲流引起隧道地質(zhì)災(zāi)害的力學(xué)機(jī)理兩個(gè)方面，分析滲流引起隧道地質(zhì)災(zāi)害的原因。設(shè)定土體滲透系數(shù)、隧道結(jié)構(gòu)巖體層滲透系數(shù)兩個(gè)指數(shù)，結(jié)合兩個(gè)指數(shù)在隧道結(jié)構(gòu)中的關(guān)系，提出滲流會(huì)引起隧道結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，當(dāng)載荷作用力大于隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)可承載的作用力時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移，偏移達(dá)到一定量后，整體結(jié)構(gòu)便存在對(duì)應(yīng)的坍塌風(fēng)險(xiǎn)。繪制隧道涌水量變化曲線，分析在不同階段中隧道涌水量的變化趨勢(shì)，提出在長(zhǎng)期滲流作用下，隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系會(huì)失衡，最終出現(xiàn)巖體滑坡災(zāi)害。

關(guān)鍵詞：隧道地質(zhì)災(zāi)害；滲透系數(shù)；力學(xué)機(jī)理

隧道施工與隧道建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)存在較多的安全隱患，這些隱患是誘發(fā)隧道地質(zhì)災(zāi)害的主要原因。滲流是誘發(fā)隧道地質(zhì)災(zāi)害的主要原因之一，也是一種在隧道中較為常見的地質(zhì)現(xiàn)象。在大部分隧道工程現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)生滲流現(xiàn)象的路段為含水層較高的路段，尤其在此區(qū)段進(jìn)行施工時(shí)，人為在此區(qū)段對(duì)原有環(huán)境進(jìn)行干預(yù)，此種行為會(huì)造成原有的地下水或含水層滲流條件發(fā)生改變，甚至?xí)谝欢ǔ潭壬嫌绊懙叵滤鏊恢?，誘發(fā)涌水量突增現(xiàn)象，而針對(duì)這一問題，倘若沒有及時(shí)采取有效措施對(duì)其進(jìn)行控制或治理，會(huì)造成嚴(yán)重的隧道地質(zhì)災(zāi)害[1]。

1隧道基本工程地質(zhì)條件分析

本文研究的隧道工程處于滎陽市，隧道進(jìn)口段為淺埋段，對(duì)應(yīng)的埋深在10.0m~20.0m，其中最近線口的起始里程為K135+980，在K132+026~K132+080段范圍內(nèi)，覆蓋1個(gè)魚塘，此魚塘在隧道工程中的跨軸線長(zhǎng)度為31.0m，魚塘水深在1.80m~2.30m（排除淤泥厚度），對(duì)應(yīng)隧道區(qū)段的埋深在3.0m~5.0m。地區(qū)段為淺丘順層斜坡，在地層中的坡度在9.0°~15.0°，其中背斜區(qū)域呈現(xiàn)狹長(zhǎng)狀態(tài)，整體結(jié)構(gòu)較為緊湊[2]。該地區(qū)具有較為茂密的植被環(huán)境，賦存的地表水較為豐富，但其表層殘破位置受到石粉質(zhì)粘土堆積，經(jīng)過長(zhǎng)年堆積后形成了1個(gè)厚度在1.0m~1.8m的緩度斜坡與4.6m~6.0m的凹地斜坡，斜坡中含有水田。其中下伏層中含有大量的砂質(zhì)泥巖，在飽和條件下泥巖的抗壓強(qiáng)度在5.0MPa~23.0MPa，屬于軟巖類型，裂縫整體發(fā)育較為良好，對(duì)應(yīng)的巖體節(jié)理數(shù)量為25.0條/m3~42.0條/m3，完整指數(shù)在0.13~0.38，由此可見，整體結(jié)構(gòu)的完整性較差。對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)圍巖產(chǎn)狀為286.0°∠56.0°，經(jīng)過技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的勘查后發(fā)現(xiàn)兩組主要節(jié)理產(chǎn)狀，分別為189.0°∠35.0°，215.0°∠46.0°，2條節(jié)理呈現(xiàn)共軛“X”狀，對(duì)應(yīng)的間距在35.0cm~55.0cm。

2滲流引起隧道地質(zhì)災(zāi)害的原因

2.1滲流發(fā)生的條件

盡管工程施工方已在作業(yè)過程中加大了對(duì)隧道滲流現(xiàn)象的宏觀調(diào)控，但由于施工方對(duì)滲流發(fā)生條件的認(rèn)知存在偏差，導(dǎo)致工程方無法有效避免由于滲流造成的隧道地質(zhì)災(zāi)害[3]。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)此類問題的有效規(guī)避，下文將對(duì)隧道中的滲流發(fā)生條件進(jìn)行詳細(xì)分析。通常情況下，滲流現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的發(fā)生條件為隧道外水位差值達(dá)到一定量后，隧道圍巖中將形成一個(gè)完善的滲水通道。當(dāng)此現(xiàn)象達(dá)到一定條件后，隧道襯砌中也將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的滲流通道，一旦2個(gè)通道在隧道內(nèi)呈現(xiàn)打通狀態(tài)，隧道工程將發(fā)生滲流現(xiàn)象。

2.2滲流引起隧道地質(zhì)災(zāi)害的力學(xué)機(jī)理

隧道結(jié)構(gòu)巖體的力學(xué)性能受到多方因素的影響，包括水體的賦存狀態(tài)、巖體的物理與化學(xué)性能、巖層完整度等。例如，部分構(gòu)成隧道結(jié)構(gòu)的巖體會(huì)在遇水后發(fā)生溶解，溶解后產(chǎn)生膠狀物質(zhì)，在此種條件下，巖體結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)一種軟化趨勢(shì)，當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生松軟現(xiàn)象時(shí)，巖層的承載力與強(qiáng)度將顯著降低[4]。造成巖體承載力與強(qiáng)度降低的因素還包括水流對(duì)巖層的長(zhǎng)年沖刷導(dǎo)致其表層光滑、變形或遭到直接損壞等。當(dāng)隧道巖體結(jié)構(gòu)由于此方面因素呈現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)在一定程度上使地下水出水點(diǎn)發(fā)生改變，一旦出現(xiàn)此種現(xiàn)象，地下水在隧道內(nèi)的涌出量將發(fā)生改變。隨之帶動(dòng)巖體結(jié)構(gòu)、巖層強(qiáng)度改變，此種問題只會(huì)造成圍巖結(jié)構(gòu)惡化，甚至使其原有結(jié)構(gòu)失去動(dòng)態(tài)平衡能力，當(dāng)這一變化趨勢(shì)超出結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)能力后，便會(huì)誘發(fā)隧道地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象的發(fā)生。

3滲流引起的隧道地質(zhì)災(zāi)害

3.1隧道結(jié)構(gòu)失穩(wěn)造成的支護(hù)坍塌

可通過對(duì)比隧道中的襯砌結(jié)構(gòu)與土體結(jié)構(gòu)的滲透系數(shù)，進(jìn)行其滲流性能的綜合分析。在此過程中，定義K1為隧道結(jié)構(gòu)中的土體滲透系數(shù)，定義K2為隧道結(jié)構(gòu)巖體層滲透系數(shù)，對(duì)比K1與K2，得出隧道滲流現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的3種情況[5]。第1種情況為K1值無限趨近于0時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)的襯砌位置將實(shí)現(xiàn)對(duì)水頭流量的完全消耗，可以認(rèn)為在此種條件下，隧道圍巖結(jié)構(gòu)不發(fā)生水頭損失（其中水頭損失是指當(dāng)隧道圍巖結(jié)構(gòu)中水排放量=0時(shí)，混凝土砌體外部的水壓=結(jié)構(gòu)全水壓，倘若在此種條件下按照“全堵”的方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工，對(duì)應(yīng)的砌體結(jié)構(gòu)水壓總量便等于全水頭的水壓總量）。第2種情況為K1與K2值相同，即K1=K2。在此種條件下，隧道結(jié)構(gòu)中的襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖結(jié)構(gòu)同時(shí)承擔(dān)由于上層傳遞的水壓力，兩者受到的承載力基本相同，盡管此種分?jǐn)倝毫Φ男袨榭稍谝欢ǔ潭壬蠈?shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害的規(guī)避或緩解由于結(jié)構(gòu)失穩(wěn)造成的支護(hù)坍塌現(xiàn)象。但當(dāng)下層地下水涌出量超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)，或當(dāng)兩者承載水壓力的襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖結(jié)構(gòu)中的某1個(gè)結(jié)構(gòu)所經(jīng)受的承載力超出預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，其中1個(gè)結(jié)構(gòu)將發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，而此時(shí)K1與K2的關(guān)系將出現(xiàn)不對(duì)等現(xiàn)象，即K1≤K2，無論上述提出的任意1種條件，均會(huì)使未發(fā)生失穩(wěn)的另一結(jié)構(gòu)承載突發(fā)性壓力，當(dāng)壓力超出某種預(yù)設(shè)值后，隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)，支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌或偏移風(fēng)險(xiǎn)。第3種情況為K1>K2條件，可將此種條件定義為隧道完全排水條件，即隧道中支護(hù)結(jié)構(gòu)與對(duì)應(yīng)的圍巖結(jié)構(gòu)，與水壓力的接觸面為0，即對(duì)應(yīng)的隧道結(jié)構(gòu)在發(fā)生滲流時(shí)不受力，針對(duì)此種現(xiàn)象，可采用“完全排水”的方式，對(duì)隧道地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行控制。此時(shí)，隧道中襯砌結(jié)構(gòu)僅需要承載由地層對(duì)其傳遞的圍巖壓力即可，但在此過程中考慮到隧道地質(zhì)內(nèi)存在滲流，而滲流現(xiàn)象的發(fā)生勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生一定的滲流作用力，在此種作用力的長(zhǎng)期影響下，隧道圍巖結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生形變，并在地層相互作用下發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移后的作用力將作用到隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上，承載力會(huì)受到地層排水的影響，持續(xù)增加載荷，當(dāng)載荷作用力>隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)可承載的作用力時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移，偏移達(dá)到一定量后，隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)，整體結(jié)構(gòu)便存在對(duì)應(yīng)的坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

3.2滲流引起隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系失衡與巖體滑坡

除上述提出的隧道支護(hù)坍塌災(zāi)害，在長(zhǎng)期滲流作用下，隧道還會(huì)由于滲流引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系失衡與巖體滑坡災(zāi)害。為了進(jìn)一步分析此種災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理，需要在開展相關(guān)研究工作前，對(duì)隧道涌水量變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，掌握隧道在不同階段的涌水量與涌水變化趨勢(shì)，為后續(xù)研究提供參考。將分析得到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，整理后繪制對(duì)應(yīng)的隧道涌水量變化曲線，如圖1所示。圖1中：q0為初期涌水量，m2·d-1；q1為中期涌水量，m2·d-1；q2為最高涌水量，m2·d-1；t0-t1為涌水階段；t1-t2為遞減涌水，t2之后表示經(jīng)常涌水階段。圖1所示曲線描述了隧道含水層中涌水階段變化特性，在隧道工程實(shí)施階段，大部分滲流涌水以靜態(tài)儲(chǔ)存的方式賦存（此種情況下，可以采用“以排為主”的隧道處理方式進(jìn)行涌水的抑制）。隨著隧道工程實(shí)施的深入，即隧道開挖工程的持續(xù)落實(shí)，隧道涌水量呈現(xiàn)一種衰減趨勢(shì)，進(jìn)入遞減涌水階段。當(dāng)涌水達(dá)到一定量后，涌水行為趨近于平穩(wěn)，最后由隧道“涌水”轉(zhuǎn)變?yōu)樗淼馈暗嗡保ù朔N情況下，可以采用“以堵為主”的隧道處理方式進(jìn)行涌水的抑制）。當(dāng)涌水行為達(dá)到t2階段后，涌水量趨近于穩(wěn)定，但考慮到不同類型的隧道結(jié)構(gòu)存在差異，因此，即便在t2階段涌水量接近一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值，但其具體的涌出量也是隨著工程的實(shí)際情況與隧道所處地理位置不同而存在差異的。當(dāng)工程規(guī)模較大，或在工程實(shí)施過程中，遇到不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)層時(shí)（包括高地應(yīng)力、古道河、瓦斯等），隧道結(jié)構(gòu)受到最顯著的影響是隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系失衡，即持續(xù)滲水量發(fā)生時(shí)長(zhǎng)達(dá)到一定界限或條件時(shí)，滲流變化可干預(yù)隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定賦存，因此，需要采取有效的措施，對(duì)隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系中滲流量的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握滲流量的變化曲線，以此種方式，及時(shí)了解由于滲流引起的隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，降低由于滲流現(xiàn)象造成的隧道地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生概率。

4結(jié)論和建議

隧道地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象的發(fā)生主要是通過圍巖結(jié)構(gòu)的滲透性綜合決定的，當(dāng)巖體的滲透系數(shù)過大、巖體結(jié)構(gòu)之間的裂縫達(dá)到滿足滲流比例時(shí)，便會(huì)不可避免地發(fā)生滲流現(xiàn)象。而隧道結(jié)構(gòu)中的圍巖是一種不可規(guī)避的裂縫與不規(guī)則結(jié)構(gòu)，巖體中的裂縫與滲透具有一定的異向特點(diǎn)，即每一組巖體的裂縫均具有較為明確的賦存方向，但各個(gè)裂縫又具有相向性，因此，有理由認(rèn)為此種巖體結(jié)構(gòu)類型是造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系失衡與巖體滑坡的主要原因。通過分析，提出如下建議：第一，在后續(xù)的隧道工程中，結(jié)合工程特點(diǎn)與工程規(guī)模，按照標(biāo)準(zhǔn)化的施工流程，進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的獲??；第二，通過集中分析數(shù)據(jù)的方式，進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的管理，并在此基礎(chǔ)上，做好對(duì)數(shù)據(jù)的評(píng)估，當(dāng)數(shù)據(jù)存在異常時(shí)，需要即刻停止工程，并采取有效的措施，進(jìn)行隧道工程質(zhì)量的宏觀調(diào)控；第三，當(dāng)涌水量較大時(shí)，在不影響隧道運(yùn)行的情況下，可以將涌出的山水再利用，避免水量增多帶來地質(zhì)災(zāi)害問題。

作者:尹玉霞 單位:鄭州理工職業(yè)學(xué)院建筑工程學(xué)院