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随着国家西部大开发战略的提出和实施,隧道建设在交通运输体系中占据举足轻重的地位,隧道涌突水是隧道建设过程中最突出的地质灾害。在隧道建设中经常遇到突水、涌泥等地质灾害,严重影响施工安全,对隧道建设及运营也极为不利。本文以达陕高速公路隧道为研究对象,收集己发生涌突水灾害的典型案例,采用理论分析、数值模拟等手段,在隧道涌突水类型、机制及危险性评价方面做了较为系统的研究,并针对不同危险性级别的涌突水制定了相应防治措施。取得了以下主要成果:(1)基于大量突水资料的收集与分析,涌突水主要受地质构造、地层岩性、含水层的富水性、隔水岩墙的厚度和地下水压力等的影响。根据隧道涌突水水源和地质构造,可将隧道涌突水分为以下几种类型:揭穿地表或地下水体涌水、揭穿含水岩层涌水、断层破碎带涌水(富水断层涌水、导水断层涌水、隔水断层涌水)、岩溶管道涌水(溶腔溶洞涌水、地下暗河涌水)、背斜和向斜构造破碎带涌水和层间破碎带涌水。(2)根据常见的隧道涌突水特征,提出了隧道涌突水的几种机制:直涌型、裂隙水力劈裂型(纯劈型、洞壁应力劈裂型)、断裂活化型、隔水岩层强度不够破坏型(弯曲破坏、剪切破坏)、施工扰动后的裂隙扩展型、关键岩块的失稳型。(3)隧道大部分突水过程实质上是地下水随开挖变化由含水层的Darcy流演变为潜在突水通道中的Brinkman流,直至突水隧道中形成N-S流的灾变过程。数值模拟研究表明,对于不同倾角的断层突水,在定流量边界条件下,断层倾角对渗流速度有影响,且相交的角度越小,断层对流速减小作用越明显;断层与隧道走向相交角度越小,涌突水流速越大。(4)在多角度、多层次分析传统评价体系、评价方法、计算模型优、劣的基础上,选定两级模糊综合评判方法的基本数学模型作为隧道涌突水危险性评价模型。选取了地层岩性条件、地形地貌条件、地质构造条件、地下水条件和其他条件作为一级指标,每个一级评价指标由若干个二级指标构成,采用易语言开发了“隧道涌突水危险性评价系统”软件。(5)用数值模软件对泄水孔排水进行模拟,结果显示,掌子面外侧的泄水孔相对内侧泄水孔排水速度较快;在泄水孔面积相同的条件下,大孔的排水速度较快。因此,排水孔布置时,可将排水孔均匀的布置在掌子面的四周,可适当增加掌子面四周排水孔的直径。(6)根据不同的涌突水危险性级别,制定了相应的防治方案和灾后综合处治方案。灾后综合处治方案有:施工排水方案、排水孔+全断面超前注浆方案、排水孔+径向注浆方案、泄水洞+迂回导坑方案和止浆墙+全断面注浆方案。