科学论坛 隧道涌水突泥的防治技术综述 刘富诗 （西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川Ｉ成都） 摘要：在隧道的开挖过程中，由于围岩破碎、节理发育、围岩强度低、自稳能力差、可能存在高压富水等构造特征，施工中极易诱发塌方、突水突泥等 灾害，其中突水突泥是最严重的地质灾害之一。而且我国境内碳酸岩层分布纵深横广，约占我国国土面积的１／３，加之地层岩性的不利因素，更容易导致隧 道涌水突泥的发生。有近５０％的隧道在施工和运营过程中发生过较大规模的岩溶涌水灾害，可见，隧道涌（突）水是隧道施工和运营过程中常见的一种水 患 现在本文针对隧道涌水突泥的预防与治理技术方面进行简要分析综述。 关键词：隧道工程；涌水突泥；防止技术 １预防涌水突泥的方法 ２释能降压 １．１超前地质预报 超前地质预报是保证隧道安全施工的重要环节。并且超前地质预报也 是作为隧道施工工作的主要手段，在穿越断层破碎带、岩溶地质构造等重 大地质难题中发挥了极为重要的作用，表现在提供决策依据、预防灾害、协 助完善施工处治措施的作用。［１１ ２治理涌水突泥的方法 某些隧道在处理高压富水空腔的问题则是采取“释能降压、注浆加固” 的原理。“释能降压”即对超前地质预报探测到富水空腔，通过钻孔排水、设 置泄水支洞等方法达到排水、排泥（碎石）的作用，降低空腔充填泥浆的势 能。“注浆加固”即对空腔释能降压后残留的填充物进行注浆加固，改良空 腔内地层条件，为下步超前支护等处治措施创造条件。此方案有效解决了 高压富水空腔突水突泥、运营水害安全隐患、支护结构抗高水压荷载施工 费用高、难度大等技术难题。 ２＿２＿４超前支护及开挖技术 为保证隧道空腔中突泥的稳定，不因下部开挖继续突泥，在进行了长 孔注浆加固措施的基础上，一般还需要在隧道拱部外缘施作长管棚并注双 液浆进行加固超前支护。超前管棚支护是在隧道开挖轮廓线周边上，间隔 定距离，沿洞轴以较小的外插角钻孔，安装惯性矩较大的厚壁钢管，利用 钢管作为纵向支撑，钢格栅拱架作为横向环形支撑，构成整体刚度较大，能 一２．１临时处置措施方案 首先应加强地表地质调查和有关监测，如地表水是否流失或消失等。 在地表塌陷坑四周挖截水沟，保证地表水不渗入隧道内，并用雨棚覆盖塌 陷坑做好安全围栏，并做好安全标识。根据山体地表情况及地质情况，为防 止地表水渗入可能再次产生突水突泥与山体沉降危害，同时保证洞内支护 体系及结构的安全，采用地表封闭，同时进行地表注装加固的施工措施。 ２．２综合治理措施 通常涌水突泥处理的方法大体上分为两大类，即排除涌水的方法（排 水法）和阻止涌水的方法（Ｊｋ水法）。但是，目前国内隧道施工对于涌水突泥 的问题，主要采取“以堵为主，排堵结合”的原则。隧道内部一旦发生涌水突 泥问题，对其处治考虑“稳定前方，巩固后方，泄水降压，注浆加固”的原则， “稳定前方”即封堵突水突泥掌子面并加强初期支护，“巩固后方”即加快仰 拱及二衬的施工作业。 ２．２．１止浆墙的设计及施工 根据施工作业平台的宽度要求用沙包袋或者碎石袋进行加固及填筑， 并按３级台阶进行设置，形成掌子面反压，支撑住掌子面，并喷射混凝土对 砂袋挡墙和掌子面中突泥体进行封闭，起到止浆的作用。施作止浆墙时，在 止浆墙与初期支护之间预埋注浆管，在周边渗漏时，进行注浆堵漏，保证止 阻止和限制围岩变形，并能提前承受早期围岩压力的一种超前支护形式 。 超前管棚施工完毕后，采用（双层）超前小导管、砂梁锚杆等措施进行超前注 装支护。此外隧道开挖长度应小于小导管注浆长度，预留部分作为下一次 循环的止浆墙。 ２．２．５防排水措施 １防水措施 在初期支护与二次衬砌之间应敷设一层无纺土工布、ＨＤＰＥ自粘防水 板［５］。防水板敷设应从边墙下部设置引水管处至拱部连续施作，采用无钉 铺设方法固定，固定处应补强。拱墙及仰拱二次衬砌采用防水混凝土泵送 次浇筑，保证浇筑混凝土质量和衬砌与初期支护之间密实不留空隙，以 达到结构自防水目的。 ２排水措施 隧道开挖后，视围岩体裂隙渗水情况可适当采用环向排水半圆管将岩 一浆墙周边密实。 ２．２．２隧道断面注浆设计与施工 隧道注浆一般有两种方法，即全断面预注浆方案（目前我国隧道施工 采用这种方案）与周边预注浆方案。 隧道围岩超前预注浆，就是在施工掌子面发射状布设超前注浆孔，用 高压把浆液充填到岩体裂隙中，通过浆液的凝固结石，从而减小裂隙的宽 度，增加裂隙的粗糙度，并且裂隙面受到注浆压力作用而被压紧，变为闭合 状态，起到减小围岩渗透系数，降低围岩渗透性的作用，固结堵水后再开挖 掌子面。 ２．２．３高压富水空腔的处理 面水引入两侧纵向排水管，并通过横向引水管，最终汇入中心排水沟，集中 排出隧道外。 ３结论 本文主要以隧道施工过程中涌水突泥为研究对象，在广泛查阅了相关 隧道突泥、突水处理的文献资料的基础上，对隧道涌水突泥的机理及处治 技术进行了总结、概述。 （１）对于隧道涌水突泥的问题，重点要“防范于未然”、要全体隧道建设 者切实从思想上对地质勘查及其详尽性与准确性引起足够重视，并对于岩 溶地段要加强隧道地质超前预报及监控量测。综合运用各种物探手段调查 清楚隧道区域内地质构造规模。 （２）在隧道富水区域地段，应加强初步设计的刚度、加强隧道排水，保 证开挖后地下水重新分布和积蓄不会造成初期支护过大压力导致变形，同 时隧道仰拱及时施做封闭成环和二衬紧跟，从而改善主洞开挖条件和受力 条件，以形成完整的支护结构。 （３）在高压富水充填型空腔采用“加筋注浆”技术，通过注浆达到封堵 高压富水空腔是地面降水侵入使风化成泥的物质成流塑状或游泥状， 形成软弱夹层或高压富含水、泥质的空腔。处理此类问题一般有两种方法， 即“以堵为主”和“释能减压”。Ｉ３］ １以堵为主 若按“以堵为主”为原则进行处治，则需要严格控制注浆质量及效果检 查，防止注浆加固盲区在开挖过程中打破安全防突距离会再次造成突水突 泥地质灾害。先加设纵Ｉ甸工字钢，并加设临时斜支撑，然后在矮边墙上架立 钢拱架，接着向溶洞空腔中灌注混凝土或片石混凝土，同时预埋泻水管，泻 水管设上下两排，保持一定间距，当充填达一定高度后，架立模板，浇注初 期模筑混凝土衬砌，在浇注初期模筑混凝土的同时，预留两排共计若干注 砂孔，用来向衬砌拱背吹填砂砾缓冲层，起缓冲和过滤作用，吹填砂砾至拱 背，形成缓冲层，同时在下部打泻水孔，使其出水，最后挂防水板，浇注二次 衬砌模筑防水钢筋混凝土，两次模筑混凝土衬砌的施工边缘应错开一定距 离。 地下水、加固围岩的目的，并通过注浆孔内布设玻璃纤维锚杆或塑竹组合 锚杆在加固体内形成加筋网络结构，提高加固体的抗变形能力，能够保证 高压富水岩溶区隧道顶水带压安全开挖，或者设置一定厚度的砂砾缓冲层 也是较好的处治途径。 （４）应对涌水突泥处理应辅以排水及注浆相结合的方案，根据隧道地 质条件、水量和水压力等因素采取针对性措施。■ 参考文献 ４２３４￣ 科学论坛 基于脉冲的电子围栏安防综合监控系统设计研究 尹继业 （江西科技学院，江西南昌３３００９８） 摘要：电子围栏安防综合监控系统可对电子防护墙的单个或多个防区进行操控，实时监控现场实况和设备状态，提高系统的灵活性和可扩充性，它 使得整个周界防护系统具备多重报警、自动记录、远程传输和信息中央处理的功能。在各种系统庞大、设备数量多的地方，如油井分区、高压变电站等地的 周界防护系统配置这样的监控平台后，监控中心的办公室即能及时准确了解现场的异常状况和电子防护墙的异常状态，真正做到无人值守现场、减少安 全隐患、提高工作效率。 关键词：电子围栏；脉冲；监控系统 随着无线局安全传输发射工作的地位、性质、任务、作用的不断提高， ６、脉冲电子围栏综合安防监控 安全防范、企事业单位安全越来越凸现其极端重要性。过去采取的安防措 电子围栏能量控制器输出的数个防区报警信息通过光缆、光端设备或 施主要是建设围墙，进而安装了摄像监控系统，这些措施的实施都起到一 屏蔽电缆，直接与安防监控中心的网络硬盘录像机报警输入端子Ｄ１连接。 定的防范作用，但是，却存在一定缺陷。利用围墙防范，入侵者照样可以越 电子围栏能量控制器（主机）收到前端探测器的报警信息后，在本地发出声 墙来达到其目的，摄像监控系统只能监控而不能阻挡，而且还存在盲区，如 光报警信号，开启现场灯光，同时将报警信号输出到安防监控中心的网络 果加装远红外系统会由于动物、静电等外界因素产生干扰而发生误报警， 硬盘录像机，主控室发出声光报警信号，提醒值班人员及时处理。同时发出 特别是夜间监控效果更不理想。鉴于以上原因，脉冲电子围栏安防综合监 控制信号，控制相关联的摄像机自动转动到预定位置进行有效监控，启动 控系统应运而生。 录像，立刻监控现场的情况，从而，实现阻挡、报警、视频监控联动的综合效 １、工作原理 应。 脉冲电子围栏安防综合监控系统由本地电子围栏系统和远程监控系 ７、系统特点 统构成。电子围栏系统主要由电子围栏能量控制器（脉冲主机）和带电脉冲 （Ｄ系统采用了先进的“阻挡为主，报警、监控为辅”，的周界安防理念， 的电子缆线组成，能量控制器的发射端可以产生高压脉冲或低压脉冲，此 带有高压脉冲电的前端围栏给入侵者极大的威慑感阻挡，有形围栏给入侵 脉冲经过缆线传到前端围墙的电子围栏上。电子围栏根据安全防范的要求 者设置了很多障碍，５０００Ｖ－８０００Ｖ电子缆线产生的脉冲电压能有效阻挡入 及围墙和周边建筑、环境、地形等情况，在现有的围墙上安装由电子缆线组 侵者，主动对入侵企图作出反击，延迟入侵时间，并不伤害人的生命，并且 成的脉冲电子围栏，一般两根电子缆线的间隔为１５ｃｍ至２０ｃｍ，围栏总高 在围栏上设有明显的警示标志。如强行入侵，则系统自动发出声、光报警， 度为６０ｃｍ到８０ｃｍ，可有效实现阻挡。前端电子围栏上接收到能量控制器 并可以与其他安防系统联动（如：防盗报警主机、视频监控系统、１１０报警 发出的电脉冲形成回路后，把脉冲回传到控制器的接收端，电子缆线产生 等）。 的非致命脉冲电压能有效阻挡入侵者非法入侵。入侵者越墙碰触或剪断电 （２）误报率极低。系统报警原理先进，克服了传统的红外、微波、静电感 子缆线时，能量控制器都会立刻实施声、光报警，并把入侵信号发送到安全 应等技术的缺陷，报等基本不受气候、地形、树木、小动物等影响，能维持最 监控系统值班室，即远程监控系统。为了鉴别发生报警的区域，根据实际需 高报警值。 要可随意设置防范区域，并将各区域进行编号、命名，发现哪个防区发生报 （３）无盲区、无死角。前端围栏是有形的围栏，可以随着地形高低起伏任 警，立刻实施本防区的防范。 意架设。 ２、远程监控系统：远程监控系统具有通用性，主要由计算机、硬盘录像 （４）安全可靠。与传统电网相比，从脉冲主机传出的高压脉冲能量非常 机、视频光端机、监视器、控制桌、接口模块等组成。硬盘录像机功能强大， 小，电流为６０ｍＡ，频率低（６Ｏ次／分，占空比１／１０），有人一旦触碰，犹如电棍 可实现视频输出监看、录像、多路回放、多工处理、传感器／报警、摄像机云 触击，不会造成生命伤害。一旦系统短路或断路时，监控器及时发出报警信 台镜头控制、硬盘空间管理和数据备份、网络功能等，不仅实现传统意义上 号。安全可靠的依据描述：电流通过人体会引起麻感、针刺感、疼痛、心颤动 图像监控、语音监控，还能实现数据量的遥测、遥信。独特的分布式技术和 等症状，心室颤动是小电流电击使人致命最多见和最危险的原因，人体遭 多级网络拓扑结构，适合大规模应用，进而提高了系统可靠性、安全性，可 电击引起心室颇动受电流持续时间、电流途径等因素影响，依据国家安全 对整个系统进行有效管理。 工程师手册）中５０ｈｚ￣１００ｈｚ交流电流对人体作用的标准规定，当通过人体 ３、录像支持：最大２００帧／秒的录像；录像方式：循环被盖记录或非循 电流持续时间超过心脏搏动周期时，人的心室颇动电流约为５０ｍＡ，当电流 环记录（硬盘满报警）；录像模式：系统可设置常年录像、定时录像，手动录 持续时间短于心脏搏动周期时，人的心室颤动电流约为数百ｍＡ，当通过人 像，报警触发录像，动态感知录像；回放模式：多路回放（通过本地的监视器 体的电流大于１０ｍＡ时，根据人的生理特征会自动摆脱带电体，而本脉冲 或ＶＧＡ接口盟示设备），支持时间定位回放，有快放、慢放、倒放、暂停、单 发生器的输出电流是占空比为１／１０的６０ｍＡ脉冲电流，电流持续时间为 帧等回放模式：回放和预览可以同时进行。 １００ｍｓ，可见遭电击后电流持续时间不可能超过人体脉动周期，因此不会造 ４、视频输出方式：监视器及ＶＧＡ接口的显示设备，显示模式有１路／４ 成生命伤害。 路／９路／１６路等；使用遥控器和控制面板，可实现多画面任意分割显示或 （５）设置灵活。重点部位可以设摄像机监控，其它部位仅设报警，如果过 轮流切换显示、单画面手动或自动切换显示、重点画面固定显示、动态感知 去安装了监控系统，可以有效的加以利用，经过局部调整将原监控系统和 和报警画面自动切换显示，数字矩阵功能大大节省投资造价。 电子围栏系统有机的实现联动，能节约大量资金。一 ５、多工处理：可同时进行监控、录像、回放、备份、远程同步监控、远程 作者简介：尹继业（１９８０一），男，江西吉安人，江西科技学院，本科，研究 回放、远程下载，多任务并发处理。 方向：电子技术。 ｆ１】谢杰．隧道地质超前预报专家系统开发【Ｄ］．广西大学，２０１２． 【４］龚成明，孟庆余，李五红．隧道穿越断层破碎带的安全施工技术卟铁 【２］周军伟 白云隧道突水、突泥段施工技术卟隧道建设，２０１１，３１（４）： 道工程学报，２０１２，（５）：４５—４８． ５０５－５０９． 【５】蒋建平，高广运，李晓昭等．隧道工程突水机制及对策 中国铁道科 【３］张民庆，殷怀连．宣万铁路别岩槽隧道Ｆ３断层突发性涌水治理【刀．铁 学，２００６，２７（５）：７６—８２． 道工程学报，２００６，（１）：６７—７０． ２４