管道型突涌水主要发生在岩溶地区。岩溶地区隧洞施工过程中，常常揭露岩溶管道、地下暗河或溶洞溶腔，有时甚至揭露成片分布的岩溶管道网络，导致地下水涌入隧洞。故岩溶管道突涌水是我国岩溶地区隧洞施工建设中面临的主要水害类型，由它带来的一系列地质工程问题对隧洞具有极强的控制性和危害性。在岩溶地区修建水电站、隧洞、跨流域调水以及深部矿井等隧洞中所遇到的大型地质灾害中，除围岩稳定问题外，以岩溶管道涌水水害最为严重（图1.3.1-1）。

图1.3.1-1　管道型突涌水现场

岩溶管道及暗河水量丰富，在补给来源广泛、充足情况下，常造成较大规模的突涌水事故，如天生桥二级水电站Ⅱ号引水隧洞2+800、3+060桩号段岩溶涌水、锦屏二级水电站辅助洞及引水隧洞岩溶涌水等。公路工程中，重庆明月山隧道、广渝线华蓥山隧洞穿越碳酸盐岩底层的岩溶管道，局部被施工揭露后，大量岩溶管道水涌入隧洞；渝怀线武隆隧洞在施工中揭穿了3条特大暗河，导致特大涌水灾害事故。

隐伏的溶洞或溶腔内常储蓄大量静态水，若孤立存在，揭露时造成的涌水具有初时猛烈、衰减较迅速的特点。若与附近地表水或暗河等水力连通，则形成较庞大的、稳定的水力补给来源，揭露时发生严重且持续的突水事故。如宜万铁路马鹿箐隧洞平导施工上覆溶腔水体压裂拱部围岩，发生特大涌水，由于与溶腔连通的暗河流域广、汇水面积大，先后发生了5次较大的突水突泥地质灾害。

1.3.1.1　地质条件对管道型涌水的影响

管道型突涌水受控于区域地形地貌、地层岩性、地质构造和岩溶水动力分带等水文地质条件。

（1）地形地貌。工程区的地形地貌与突水密切相关，地表岩溶洼地、槽谷为汇集降水提供了场所，而岩溶洼地、槽谷中的落水洞或漏斗使降雨转入地下。以隧洞为例，在横断面上，地形地貌可分为平坦型、凸型、山谷正下方平行型、山谷侧下平行型和单斜面型；在纵断面上，地形地貌可分为平坦型、凸型、横贯河流型、盆地型和平凸型。在横断面地形类别中，山谷正下方平行型和侧下平行型隧洞的比突水量（单位长度突水量）最大，凸型隧洞的涌水量最小。从纵剖面来看，横贯河流型、盆地型和平凸型隧洞的比突水量最大，平坦型和凸型隧洞的涌水量则相对要小很多。

（2）地层岩性。岩溶管道涌水多发生在灰岩、白云岩等可溶岩地层中，地层岩性越纯、单层厚度越大岩溶越发育，越容易形成大型岩溶管道。在碳酸盐岩中，除化学沉积外，还有碎屑沉积，为发育大型含水岩溶管道创造了条件。同时，岩层中的易溶特殊矿物成分在很大程度上可加速岩溶的发育。此外，可溶岩—非可溶岩界面上容易发育大量溶孔、小型溶洞，为岩溶的进一步发育提供了良好的物质基础。

（3）地质构造。岩层结构和褶皱形态对岩溶发育影响很大，大量野外地质调查发现在构造强烈地区，薄层灰岩与厚层灰岩交界处往往容易发育溶洞，由于构造强烈岩层层面张开程度远大于节理裂隙面，为地下水渗流形成了良好的通道，比较容易形成大型含水构造及岩溶管道。褶皱不同部位变形机理不同，岩体破裂程度不同，直接影响到岩溶的发育和富水条件，在同一地层中，褶皱构造的核部岩溶发育程度强于翼部，背斜倾伏端或向斜翘起端及各类褶皱构造的转折部分，岩层走向和倾向均发生改变。同时由于岩层弯曲产生的二次构造应力场导致岩体越发破碎，更有利于岩溶的发育。从大型突水灾害事故揭露地质情况来看，较为发育的破碎带居多，如断层破碎带和节理密集带、岩性接触带、可溶岩与非可溶岩接触带、岩浆岩接触挤压带以及变质岩接触带等，其中大断裂带和区域性断层（尤其是张性断层）附近发生的突水灾害尤其严重。

（4）岩溶水动力分带。岩溶水动力分带与突水有着密切的关系，尤其是垂向分带。岩溶水动力垂向分带分为表层岩溶带、包气带、季节交替带、浅饱水带、压力饱水带和深部缓流带（图1.3.1-2）。

1）表层岩溶带。表层岩溶带水是岩溶山区储存于可溶岩地表强岩溶化岩体中的溶隙及溶孔中的岩溶水，其下界面是溶蚀相对微弱的完整可溶岩面，一般厚度为5～30m。

表层岩溶带水可形成表层岩溶泉，一般流量较小，但分布广泛，出露高程随地形而变。在森林植被好的地区，表层岩溶泉流量稳定。表层岩溶泉与饱水带之间没有直接水力联系，但与包气带有一定关系。

图1.3.1-2　分水岭（河间地块）岩溶地下水动力分带与隧洞涌水

1—表层岩溶带；2—包气带；3—季节交替带；4—浅饱水带；5—压力饱水带；6—深部缓流带；7—季节性下渗管流水；8—季节性有压管流涌水；9—有压管流通水；10—有压裂隙水；11—隧洞；12—地下河

2）包气带。即垂直下渗带，位于表层岩溶带以下、丰水期区域地下水位以上的地带。本带通过溶隙、溶蚀管道、竖井与地表的洼地、漏斗、槽谷相通，可以将大气降水及地表水导入地下。在暴雨期间，大量洪水携带泥沙通过包气带进入地下。与碎屑岩区不同，岩溶区的包气带可以很厚，从十余米到几百米，此带水流在时空方面是不连续的，一般不具静水压力，但在管道中短时间的灌入压力有时很大。本带中多有垂直状态的溶隙及溶洞，但也存在一些水平干溶洞，有时被黏土、碎石充填。当隧洞通过此带时，由于受到季节性地表水灌入的威胁，洞穴充填物塌陷经常构成危害。

3）季节交替带。又称过渡带，由于季节变化而引起的地下水位升降波动的地带，位于包气带与饱水带之间。当雨季潜水面升高时，构成饱水带的一部分；旱季潜水面下降，则成为包气带的一部分。岩溶山区，季节变化带的厚度可达几十米。在此带雨季时节隧洞将可能产生自下而上的有压涌水、突泥。如贵昆铁路岩脚隧洞的出口段平行导坑遇到溶洞，平时无水，施工时用渣填埋，一场暴雨后，溶洞冒大水，将石渣、机具冲溃。以后每场大雨后均发生溶洞冒水，雨后逐渐减少。贵昆铁路梅花山隧洞平导遇地下暗河，枯水期河水面低于隧洞，但洪水期水位上涨淹没隧洞。

4）浅饱水带。又称水平管道循环带，指枯水期地下水位以下，地下河排水口影响带以上的饱水含水带。本带处于岩溶含水层的上部，岩溶强烈发育，一些水平的洞穴，地下暗河主通道常发育在此带。此外一些大的充水溶洞、宽大的溶缝、深潭、地下湖均发育在此带，对隧洞涌水的威胁很大，一般为有压突水、突泥。此带厚度各地不同，取决于补给区至排泄区的相对高差、水力坡降及构造条件，其厚度可达500m以上。如野三关隧洞区的高丝洞——白岩洞地下河，在补给区水位标高1125m，在排泄区出口标高480m，高差达600余米，隧洞在暗河补给区处于地下水位以下50～60m，处于浅部岩溶发育带。这里存在一个认识上的错觉，认为隧洞处于地下河口以上，就是处于包气带或季节变化带，不会产生大的涌水。事实上，补给区地下水位往往比排泄区高很多，特别是在西南岩溶山体的向斜汇水区，这种情况更为多见。

5）压力饱水带。在浅饱水带之下，即暗河口排水面以下，当地主要河流排水基准面影响带以上的含水层。在我国南方岩溶区，当地的岩溶地下水多以泉水或暗河在当地的槽谷、坡立谷或河谷陡壁上排泄，高出附近主要河流的河水面几十米或几百米。人们往往误认为在暗河口以下的含水层岩溶发育微弱，属于“深部缓流带”，不会产生严重的溶洞涌水。事实上，这部分含水层不属于“深部缓流带”，而是受当地主要河流排水基准控制的岩溶水循环带。尽管本带岩溶洞穴化强度不如浅饱水带，但沿着断裂带和各种结构面，岩溶可以发育很强，也可以发育很深。并且由于水头高，压力大，隧洞涌水威胁很大，很多特大型突水、突泥都出现于此带。如京广线大瑶山隧洞DK1994+213竖井突水点在当地岩溶泉口以下170m的断裂带，涌水量达8200m3/d，并产生突泥，隧洞高于当地主要河流水面80m，勘测阶段有人曾认为暗河口是当地岩溶水排水基准面，暗河口以下岩溶不会发育。

6）深部缓流带。指饱水带之下，受当地排水基准面影响比较弱的含水带。一般情况下岩溶发育较弱，但在大的构造断裂带处亦可形成溶洞或溶蚀断裂带；有时膏溶作用、混合溶蚀作用、古岩溶都能在深部形成溶洞，这种情况对水电工程很重要。

上述各分带中，表层岩溶带和包气带发生涌水的概率最小，且多为季节性短时涌水，容易发生岩溶洞穴充填物塌陷；季节变化带又称过渡带，在雨季期间可能产生自上而下的有压突水、涌泥灾害，如贵昆铁路梅花山隧洞平导遇地下河，枯水期河水面低于隧洞，但洪水期水位上涨淹没隧洞；浅饱水带处于岩溶含水层上部，岩溶发育强烈。饱水带岩溶涌水量大且稳定。

另外，岩溶水系统的水动力水平分带对隧洞涌水也有重要影响。从河间地块的分水岭至河谷可以分为补给区、补给径流区及径流区、排泄区（图1.3.1-3）。

补给区：地下水位高，季节变化带厚度大，但饱水带岩溶发育相对弱，发育深度也较浅，主要以竖直状岩缝、溶洞等为主。地下水活跃程度主要受地表来水及集水条件影响，隧洞施工主要在汛期发生短暂的涌水，短时水量大及水压高，但持续时间一般不长。

补给径流区及径流区：地下水埋深增大，地下水位变动带岩溶发育，地下水活跃，其上以垂直入渗管道为主，汛期地下水集中补给，枯季则较干涸；其下地下水丰富、活跃。

排泄区：包气带厚度大，饱水带水平管道发育。地下水位以上岩溶现象主要为垂直补给及随河流下切发育的多期出口溶洞。岩溶发育深度加大，可以在暗河口以下或河水面以下形成倒虹吸循环带。在暗河口或河床岸边，随钻孔深度加深，钻孔水头不断升高，说明地下水有向上运动的趋势。此带岩溶发育深度可达暗河口以下100m至数百米。隧洞在暗河排泄区下面通过，往往会遇到岩溶涌水。如天生桥二级各主要岩溶管道或暗河的排泄区等。大巴山隧洞、华蓥山隧洞都是在暗河排泄区下面遇到特大涌水，并导致暗河口干涸。而地下水位线以上，由于补给范围有限，且地表排水条件较好，除汛期外，地下水反而相对不活跃。

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图1.3.1-3　岩溶水动力水平分带

1.3.1.2　岩溶管道型涌水规律

（1）突发性。岩溶涌水具有瞬时爆发的特征，往往伴随着巨大能量的释放；若为充填型岩溶管道，则前期携带大量泥沙物质涌出。岩溶隧洞或其他隧洞施工揭穿岩溶管道时，大量岩溶水将突然涌出，常常酿成重大伤害事故。

（2）大流量和高水压力。隧洞岩溶涌水往往伴随着大流量和高水压力，岩溶管道所在区域往往存在有富水、厚层可溶岩。该类含水层不仅有丰富的静储量，也往往具有较好的补给来源，其涌水水量往往较大。同时岩溶管道所在含水层往往在平面上延展的范围较大，其主要在地势较高处的裸露区接受大气降水或地表水补给，含水层赋存于地下一定深度，往往处于高承压状态，一旦涌水，往往呈现出高水压及高流速的突水特点。

（3）涌水量变化过程。岩溶管道涌水量由动储量和静储量共同决定，当岩溶含水层以静储量为主时，初期涌水量很大，随着时间的推移，涌水量不断衰减，最后仅为滴水或渗水；突水衰减快，对隧洞施工影响很大，对运营影响相对较小，孤立溶洞中的围岩涌水多属此类。以动储量为主的含水围岩，发生隧洞突水时，突涌水量往往呈现由初始值递增，经历峰值后衰减至地下水补给量。因此，岩溶管道揭露的突涌水水量变化规律可划分为衰减型及单峰型。但当岩溶管道与地表水体具较好的连通性，此时岩溶管道的涌水量动态特征与地表水体基本一致，随之变化而变化。

1.3.1.3　岩溶管道型涌水典型工程示例

（1）天生桥二级水电站引水隧洞岩溶涌水。天生桥二级水电站引水发电隧洞布置在从坝索坝址至厂房河段长约14.5km的河段向北凸出的大河湾地带，引水隧洞平均长度9.8km，洞线穿越强岩溶地区，开挖洞径9.7～12.1m，是当时国内洞长、直径最大以及洞数最多的大型引水发电工程。

隧洞区所处的河湾地带为一个半封闭的岩溶水文地质单元，汇水面积约30km2；此岩溶水文地质地块以南分布有穹隆状安然背斜岩溶水文地质含水体，其岩溶水均以暗河水形式流出。

隧洞区岩溶水文地质条件复杂，主要体现在以下几个方面：

1）隧洞区地下暗河系统有岩宜暗河区、纳贡暗河系统、川眼树暗河系统、朱家洞暗河系统、桠杈暗河系统等5个，这些暗河都与地表洼地、落水洞相通，地下水位随降雨变化明显，地下水活动强烈，隧洞遭遇各种规模的溶洞、断层破碎带、溶蚀夹泥裂隙带，雨季有大量地下水涌入隧洞，最大涌水量达14m3/s。

2）隧洞85%的洞段为灰岩及白云岩，岩溶发育程度、规模和特点受岩性、构造、地下水动力条件等控制。引水隧洞遇到多个溶洞，一般跨越洞线的长度达50～110m，溶洞最大深度93m，大型溶洞群跨越洞线的最大长度达180m。此外，尚有部分隐伏溶洞。岩溶水文地质条件非常复杂。

3）工程区岩溶洞穴平面分布以管道形态为主，横剖面分布以峡谷形态为主，多呈狭缝状。多数洞穴为填充、半填充型溶洞，溶洞内不同程度充填黏土、碎石和块石。沿断层带多发育暗河、溶洞群和大溶洞。隧洞穿越多个暗河系统和众多的大型溶洞以及溶洞群，岩溶涌水及围岩稳定问题突出，施工难度大，是制约该工程建设的关键问题。

根据隧洞区岩溶发育特征及隧洞内各涌水点的分布及其涌水动态特征，并结合钻孔水位，绘制成Ⅱ号引水隧洞沿线地下水位线，如图1.2.3-4所示。

隧洞沿线地下水位线的特点是：凸峰和凹槽相间出现，凹槽为暗河所在位置，沿部分岩溶管道涌水较大；凸峰洞段为各暗河间横向分水岭地段，隧洞内干燥。枯水期地下水位线以主要岩溶管道为中心形成一个个相间分布的凹槽带，其中2+040大溶洞段及8+200桠杈沟溶洞群洞段地下水位低于隧洞底板，其余洞段地下水位均高于隧洞。雨季临时地下水位较光滑，仅在排泄条件较好的岩溶主管道附近洞段出现微弱的凹谷，有时两个相对独立的暗河系统间在一定高程可能并不存在地下分水岭；枯、雨季隧洞沿线地下水位在低槽带变幅可达几十米甚至几百米。

根据引水隧洞前期地质资料，以及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号隧洞及排水洞开挖揭露情况，隧洞区主要发育有岩宜、龙须、下坝、打劫洞、朱家洞、大庆湾、桠杈等7条暗河，7条暗河分属岩宜、纳贡、朱家洞、桠杈4条暗河系统。

隧洞开挖后，各暗河多在隧洞区见有涌水点出露，涌水类型主要有4类：①大流量、高压力型；②高压力、中等涌水量型；③高压力、小涌水量型；④低压力、大涌水量型。造成此众多涌水类型的原因与岩溶管道的排泄条件、地下水补给来源及岩溶管道与隧洞的相对位置等有关。

涌水特征主要表现为：

1）涌水量的季节性变化。隧洞中大部分涌水点涌水量的大小具明显的季节性，多数涌水点在枯雨季流量较小，相对稳定，而在雨季，涌水量明显增大几倍甚至几十倍，局部洞段在雨季甚至由底板新增涌水口。

2）涌水量与降雨的关系。根据隧洞沿线岩溶发育情况及各出水点涌水量的季节变化性及随降雨的变化情况，涌水量与降水的关系可分为几种情况：①涌水滞后时间及达到高峰的时间较短，且降雨停止后涌水量又在较短时间内恢复到原来的水量大小或干枯；此类岩溶管道较通畅，地下水径流条件较好，且与地表联系程度较好，降雨随岩溶管道很快排走。②雨季涌水量稍大于枯水季涌水量，但雨后水量增幅不大，说明地下水循环途径长。③出水点涌水量不随降雨与否而变化，此类地下水通道多较细、长，不甚通畅，地下水补给来源虽小但较稳定，对降雨的灵敏度差。④在降雨时未见明显的地下水活动，仅在暴雨时偶见有水涌出。

（2）齐岳山公路隧洞岩溶管道涌水。沪蓉西高速公路齐岳山隧洞全长4080m，为分离式双向四车道特长公路隧洞，地面高程1386～1750m，隧洞最大埋深约354m。隧洞穿越齐岳山背斜及大型断层两条，灰岩区岩溶十分发育，进出口隧洞处于石灰岩地层中，开挖揭露了多个岩溶管道、溶洞及地下暗河，存在严重的岩溶突涌水问题。隧洞出口右洞YK329+270段处于嘉陵江组二段灰岩中，岩溶构造主要以岩溶管道及岩溶裂隙为主，管道揭露后发生涌水，初始涌水量为500m3/h，后期稳定水量为300m3/h，严重影响了隧洞施工安全。齐岳山隧洞涌水点简图如图1.3.1-4所示。

图1.3.1-4　齐岳山隧洞涌水点简图

突涌水特征为：

1）齐岳山隧洞顶板上方不存在较大的暗河系统，基本不存在大规模的突水、突泥威胁，但是需要严加防范充水溶洞等形式存在具备一定静储量的水体，可能会由于突然揭露造成突水突泥。

2）齐岳山隧洞位于季节交替带中，并且由于溶洞、岩溶管道、裂隙极其发育，在季节交替带基本贯穿溶管和裂隙涌水的现象，在顺坡施工的情况下不会造成较大水害威胁；反坡施工要保证充足的排水能力，否则极易发生隧洞淹没，造成工程灾害。

3）已经揭露的马槽洞暗河主河道，距离隧洞底板仅有8m，在丰水季节，水位上涨会造成隧洞的倒灌和淹没。

4）根据隧洞已揭露水害情况，管道型涌水和裂隙型涌水占主要部分，峰值涌水量高达1000m3/h，这也成为隧道施工主要的困难。