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摘要：為了提高隧道結構的穩定性與安全性，降低隧道地質災害現象的發生概率，對滲流引起的隧道地質災害展開分析。簡述此工程的基本工程地質條件，從滲流發生條件、滲流引起隧道地質災害的力學機理兩個方面，分析滲流引起隧道地質災害的原因。設定土體滲透系數、隧道結構巖體層滲透系數兩個指數，結合兩個指數在隧道結構中的關系，提出滲流會引起隧道結構失穩，當載荷作用力大于隧道支護結構可承載的作用力時，支護結構發生偏移，偏移達到一定量后，整體結構便存在對應的坍塌風險。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，提出在長期滲流作用下，隧道內部結構體系會失衡，最終出現巖體滑坡災害。

關鍵詞：隧道地質災害；滲透系數；力學機理

隧道施工與隧道建設現場存在較多的安全隱患，這些隱患是誘發隧道地質災害的主要原因。滲流是誘發隧道地質災害的主要原因之一，也是一種在隧道中較為常見的地質現象。在大部分隧道工程現場，發生滲流現象的路段為含水層較高的路段，尤其在此區段進行施工時，人為在此區段對原有環境進行干預，此種行為會造成原有的地下水或含水層滲流條件發生改變，甚至會在一定程度上影響地下水出水位置，誘發涌水量突增現象，而針對這一問題，倘若沒有及時采取有效措施對其進行控制或治理，會造成嚴重的隧道地質災害[1]。

1隧道基本工程地質條件分析

本文研究的隧道工程處于滎陽市，隧道進口段為淺埋段，對應的埋深在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，覆蓋1個魚塘，此魚塘在隧道工程中的跨軸線長度為31.0m，魚塘水深在1.80m~2.30m（排除淤泥厚度），對應隧道區段的埋深在3.0m~5.0m。地區段為淺丘順層斜坡，在地層中的坡度在9.0°~15.0°，其中背斜區域呈現狹長狀態，整體結構較為緊湊[2]。該地區具有較為茂密的植被環境，賦存的地表水較為豐富，但其表層殘破位置受到石粉質粘土堆積，經過長年堆積后形成了1個厚度在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泥巖，在飽和條件下泥巖的抗壓強度在5.0MPa~23.0MPa，屬于軟巖類型，裂縫整體發育較為良好，對應的巖體節理數量為25.0條/m3~42.0條/m3，完整指數在0.13~0.38，由此可見，整體結構的完整性較差。對應的結構圍巖產狀為286.0°∠56.0°，經過技術人員對現場的勘查后發現兩組主要節理產狀，分別為189.0°∠35.0°，215.0°∠46.0°，2條節理呈現共軛“X”狀，對應的間距在35.0cm~55.0cm。

2滲流引起隧道地質災害的原因

2.1滲流發生的條件

盡管工程施工方已在作業過程中加大了對隧道滲流現象的宏觀調控，但由于施工方對滲流發生條件的認知存在偏差，導致工程方無法有效避免由于滲流造成的隧道地質災害[3]。為了實現對此類問題的有效規避，下文將對隧道中的滲流發生條件進行詳細分析。通常情況下，滲流現象對應的發生條件為隧道外水位差值達到一定量后，隧道圍巖中將形成一個完善的滲水通道。當此現象達到一定條件后，隧道襯砌中也將出現對應的滲流通道，一旦2個通道在隧道內呈現打通狀態，隧道工程將發生滲流現象。

2.2滲流引起隧道地質災害的力學機理

隧道結構巖體的力學性能受到多方因素的影響，包括水體的賦存狀態、巖體的物理與化學性能、巖層完整度等。例如，部分構成隧道結構的巖體會在遇水后發生溶解，溶解后產生膠狀物質，在此種條件下，巖體結構將呈現一種軟化趨勢，當支撐結構發生松軟現象時，巖層的承載力與強度將顯著降低[4]。造成巖體承載力與強度降低的因素還包括水流對巖層的長年沖刷導致其表層光滑、變形或遭到直接損壞等。當隧道巖體結構由于此方面因素呈現異常時，會在一定程度上使地下水出水點發生改變，一旦出現此種現象，地下水在隧道內的涌出量將發生改變。隨之帶動巖體結構、巖層強度改變，此種問題只會造成圍巖結構惡化，甚至使其原有結構失去動態平衡能力，當這一變化趨勢超出結構預設能力后，便會誘發隧道地質災害現象的發生。

3滲流引起的隧道地質災害

3.1隧道結構失穩造成的支護坍塌

可通過對比隧道中的襯砌結構與土體結構的滲透系數，進行其滲流性能的綜合分析。在此過程中，定義K1為隧道結構中的土體滲透系數，定義K2為隧道結構巖體層滲透系數，對比K1與K2，得出隧道滲流現象發生時的3種情況[5]。第1種情況為K1值無限趨近于0時，隧道結構的襯砌位置將實現對水頭流量的完全消耗，可以認為在此種條件下，隧道圍巖結構不發生水頭損失（其中水頭損失是指當隧道圍巖結構中水排放量=0時，混凝土砌體外部的水壓=結構全水壓，倘若在此種條件下按照“全堵”的方案進行結構施工，對應的砌體結構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，隧道結構中的襯砌結構與圍巖結構同時承擔由于上層傳遞的水壓力，兩者受到的承載力基本相同，盡管此種分攤壓力的行為可在一定程度上實現對災害的規避或緩解由于結構失穩造成的支護坍塌現象。但當下層地下水涌出量超出預設范圍時，或當兩者承載水壓力的襯砌結構與圍巖結構中的某1個結構所經受的承載力超出預設范圍內，其中1個結構將發生失穩現象，而此時K1與K2的關系將出現不對等現象，即K1≤K2，無論上述提出的任意1種條件，均會使未發生失穩的另一結構承載突發性壓力，當壓力超出某種預設值后，隧道結構出現失穩，支護結構出現坍塌或偏移風險。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，即隧道中支護結構與對應的圍巖結構，與水壓力的接觸面為0，即對應的隧道結構在發生滲流時不受力，針對此種現象，可采用“完全排水”的方式，對隧道地質災害進行控制。此時，隧道中襯砌結構僅需要承載由地層對其傳遞的圍巖壓力即可，但在此過程中考慮到隧道地質內存在滲流，而滲流現象的發生勢必會產生一定的滲流作用力，在此種作用力的長期影響下，隧道圍巖結構會發生形變，并在地層相互作用下發生轉移，轉移后的作用力將作用到隧道支護結構上，承載力會受到地層排水的影響，持續增加載荷，當載荷作用力>隧道支護結構可承載的作用力時，支護結構發生偏移，偏移達到一定量后，隧道結構發生失穩，整體結構便存在對應的坍塌風險。

3.2滲流引起隧道內部結構體系失衡與巖體滑坡

除上述提出的隧道支護坍塌災害，在長期滲流作用下，隧道還會由于滲流引起內部結構體系失衡與巖體滑坡災害。為了進一步分析此種災害的發生機理，需要在開展相關研究工作前，對隧道涌水量變化趨勢進行分析，掌握隧道在不同階段的涌水量與涌水變化趨勢，為后續研究提供參考。將分析得到的相關數據進行整理，整理后繪制對應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，在隧道工程實施階段，大部分滲流涌水以靜態儲存的方式賦存（此種情況下，可以采用“以排為主”的隧道處理方式進行涌水的抑制）。隨著隧道工程實施的深入，即隧道開挖工程的持續落實，隧道涌水量呈現一種衰減趨勢，進入遞減涌水階段。當涌水達到一定量后，涌水行為趨近于平穩，最后由隧道“涌水”轉變為隧道“滴水”（此種情況下，可以采用“以堵為主”的隧道處理方式進行涌水的抑制）。當涌水行為達到t2階段后，涌水量趨近于穩定，但考慮到不同類型的隧道結構存在差異，因此，即便在t2階段涌水量接近一個穩定數值，但其具體的涌出量也是隨著工程的實際情況與隧道所處地理位置不同而存在差異的。當工程規模較大，或在工程實施過程中，遇到不良地質結構層時（包括高地應力、古道河、瓦斯等），隧道結構受到最顯著的影響是隧道內部結構體系失衡，即持續滲水量發生時長達到一定界限或條件時，滲流變化可干預隧道內部結構體系的穩定賦存，因此，需要采取有效的措施，對隧道內部結構體系中滲流量的變化進行實時監測，掌握滲流量的變化曲線，以此種方式，及時了解由于滲流引起的隧道地質結構變化，降低由于滲流現象造成的隧道地質災害現象發生概率。

4結論和建議

隧道地質災害現象的發生主要是通過圍巖結構的滲透性綜合決定的，當巖體的滲透系數過大、巖體結構之間的裂縫達到滿足滲流比例時，便會不可避免地發生滲流現象。而隧道結構中的圍巖是一種不可規避的裂縫與不規則結構，巖體中的裂縫與滲透具有一定的異向特點，即每一組巖體的裂縫均具有較為明確的賦存方向，但各個裂縫又具有相向性，因此，有理由認為此種巖體結構類型是造成內部結構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，在后續的隧道工程中，結合工程特點與工程規模，按照標準化的施工流程，進行隧道結構數據的獲取；第二，通過集中分析數據的方式，進行隧道結構數據的管理，并在此基礎上，做好對數據的評估，當數據存在異常時，需要即刻停止工程，并采取有效的措施，進行隧道工程質量的宏觀調控；第三，當涌水量較大時，在不影響隧道運行的情況下，可以將涌出的山水再利用，避免水量增多帶來地質災害問題。

作者:尹玉霞 單位:鄭州理工職業學院建筑工程學院