当隧洞穿越无充填或胶结程度较差、岩溶发育的断层破碎带围岩时，由于断层破碎带导水极强，极易发生突涌水灾害，严重影响隧洞施工安全，尤其是当沿断层破碎带或影响带岩溶发育时，此类涌水将更为突出。断层突涌水灾害是隧洞建设与运营过程中最常见的水害类型之一，也是影响隧洞正常、安全开挖的主要因素之一。断层含水、导水性是影响隧洞突涌水规模及强度的重要因素。原始应力状态下，断层含水、导水性主要受制于断层力学性质和两盘地层岩性影响。此外，沿断层带及其影响带岩溶发育程度、断层面所受应力状态、断层活动次数和序次、断层破碎带胶结物性质与程度等因素亦有较大影响。断层破碎带突涌水如图1.3.2-1所示。

图1.3.2-1　断层破碎带突涌水

张性断层破碎带及影响带内多为棱角状、松散程度高、空隙多而大的角砾岩，胶结差或未胶结，断层两侧岩盘内伴生裂隙发育，形成一定宽度的破碎带。当存在可溶岩地层时，破碎带内岩溶发育，多形成岩溶管道、溶缝、溶隙等通道，是地下水储存和运移的良好空间。此外，大型逆断层下盘及断层面由于挤压胶结性较好，形成相对隔水带，而上盘破碎带发育，岩溶构造发育（岩溶地区），利于地下水渗入，地下水十分丰富，形成良好的富水破碎带。

山岭隧洞区，断层可延伸至地表，断层角砾岩及张性裂隙易受到风化剥蚀作用和地表水的侵蚀作用而形成沟谷或低地，形成补给和储存地下水的有利条件，成为地表水及围岩地下水汇集和运移通道，多形成富水区带。在具有一定沉积厚度的冲积地层区，断层基本只在基岩内发育，往往切穿了不同层位、互层发育的含水层及隔水层，成为了各个含水层间地下水运移通道，沟通了地下水的联系。充填介质胶结类型及胶结程度对断层破碎带导水性及富水性有重要影响。若胶结程度差，则在地下水水力劈裂作用或水蚀作用下充填介质完整性破坏，结构溃散，形成劈裂通道，断层破碎带透水性增强；若胶结程度较强，则需在开挖及地下水联合作用下产生导水通道使其产生较两盘岩层良好的透水性。断层破碎带良好的透水性及与富水层的沟通保证了断层破碎带的富水性，使其成为隧洞施工过程中的重大隐患，当其与可岩溶地层组合时，形成的突涌水问题将更为严重。

断层破碎带突涌水特征受充填介质结构性及渗透性影响较大，通常情况下，断层突涌水具有两种典型型式，即揭露型突涌水和滞后型突涌水。若断层充填物胶结程度差，原始应力状态下因发生水力劈裂或溶蚀影响，形成了导水通道，隧洞揭露后即发生突涌水。充填介质的存在及具有一定结构稳定性和抗渗性导致了突涌水具有一定的滞后性，而开挖扰动造成的应力重分布是诱发充填介质结构破坏和渗透突变的主要诱因；因此，滞后型突涌水过程是其内部充填物的结构失稳及渗流灾变演化的过程，而含导水通道的产生主要包括充填体结构滑脱和充填介质渗透失稳两种型式。

断层破碎带岩溶涌水在空间上可进行预测，但在时间上具有较大的不可预测性，对隧洞具有较大威胁。断层破碎带岩溶涌水不仅与岩体发生物理、化学作用，形成较通畅的岩溶渗流通道，同时由于断层带水压变化引起岩体应力分布改变，造成了岩体孔隙变化与地下水流量水压的相互影响，常形成高压、大水量涌水水害，并常伴随涌沙、坍塌等现象。

1.3.2.1　断层破碎带涌水地质条件分析

断层破碎带发育在可溶岩地层区，或可溶岩与相对隔水层互层的地层中时，构造将含水层切割，成为各含水层间地下水运动的通道，使各含水层间、含水层与地表水体间发生水力联系。断层破碎带宽度不等，岩溶发育程度不均一，具有内部结构完整性差、透水性大于两盘岩层、含水层及地表水汇集通道及补给水源充足的水文地质特点。如发育在碳酸盐岩层中的断层、含煤地层内部切割多层含水层断层以及山岭地区延展至地表被剥蚀为沟谷形态的断层，在承压含水层或地表水补给作用下，成为富水性好的断层带。

（1）断层破碎带富水性力学成因分析。断层依照力学性质可主要分为张（扭）性断层及压（扭）性断层两类。断层的力学性质不同，对断层破碎带富水性影响亦不同。

1）张（扭）性断层。此类断层是受拉伸应力作用产生的，多为正断层。断面张裂程度大，破碎带内多为棱角状的角砾岩，角砾大小不一，胶结差或未胶结，孔隙多而大，断层两侧常伴生有次一级的裂隙，为岩溶发育及地下水的运移、赋存创造了良好的条件。可溶岩及胶结不好的角砾岩和张裂隙比较容易受到风化剥蚀和地表水的侵蚀，而形成沟谷或低地，是补给和贮存地下水及岩溶发育的有利条件。加之断层带导水，沟通地下水的联系，因此，只要有一处补给条件较好时，在断层带的各个部位和两侧张裂隙发育影响带内均能见到地下水。此类断层断裂影响带范围较小，其富水带主要在构造岩带。

2）压（扭）性断层。此类断层是岩层遭受强烈的水平挤压力，岩层破裂形成的，多为逆断层。其构造破碎带充填物多为压片岩、糜棱岩或断层泥，胶结好，断层面本身比较紧密，裂隙率较低、透水性较差，往往起隔水作用。但一些规模较大的压性断层两盘为脆性或可溶性岩层时，其上盘影响带裂隙发育，也常常具备充水条件。且在泥岩与石灰岩接触的压性断裂带内的角砾岩，岩溶多沿断层呈带状发育，往往是构成岩溶发育带及富水带。

因此，张（扭）性断层破碎带及一定规模的压（扭）断层上盘影响带内裂隙发育，岩体结构松散，胶结程度较差，导水性及储水性好，是地下水运移、储存的良好的空间和重要的富水带。

（2）断层破碎带富水性区段性分析。断层富水性具有明显的区段特征，断层各部位受构造应力强度差别导致裂隙发育程度各向异性，表现为断层富水性的分段特征，其中断层面转弯处、主干断层与分支断层交汇处等处富水性较其他地段好。

根据充填介质结构和类型的差异，断层在横向上及垂向上具有明显的分带性。垂直断层走向的横向方向上，断层带可以划分为影响带—破碎带—影响带的格局，各带宽度随断层性质、断层周围岩体的性质和规模的不同而变化（表1.3.2-1）。这种岩体结构和岩石类型的分带性决定了地下水在断层带内与之相应的分布上的分带性。由表1.3.2-1可知，断层破碎带—断层影响带中间带富水性好。

表1.3.2-1　断层结构水平分带表

垂向上，断层带因充填介质结构及类型差异而具有分带特点，各带深度和厚度随不同构造、气候、岩性等因素差别而变化，导致地下水在各带的富水性具有较大的差异性。由表1.3.2-2可知，断层破碎带上带及中带富水性好。

表1.3.2-2　断层破碎带结构垂向分带表

（3）断层破碎带富水性结构性分析。断层两盘岩石的岩性对断层的富水性影响较大，当断层两盘均为坚硬岩体时，导水性较强。当断层一盘为坚硬岩体，另一盘为软弱岩体时，则断层导水性弱。当断层两盘均为软弱岩体时，断层带的充填情况较好，其导水性弱，甚至不导水。(www.daowen.com)

当断层由可溶岩地区通过时，在其破碎带（张性断层）或影响带（压扭断层）内，岩体破碎，导水性好，有利于岩溶的发育，多形成强岩溶富水带。

1）破碎带结构、性质。典型的断层破碎带一般可以分为性质不同的两个带：内带——构造岩带，外带——断层影响带。①构造岩带：这个带通常由断层泥、糜棱岩、断层角砾岩及压片岩等各种构造岩组成。构造岩的导水性取决于构造岩的种类及其孔隙性质。这些性质通常又与断层的力学性质有关，压性、张性及扭性断层的构造岩有很大差别。压性断层的构造岩一般为糜棱岩、压片岩等，因细粒物质较多，孔隙较小，孔隙率也低，导水性差。张性断层的构造岩以断层角砾岩等大碎块物质为主，碾磨的细粒物质较少，结构比较疏松，孔隙和孔隙率大，导水性好。扭性断层的构造岩性质介于压性和张性断层之间。一般情况下，若断层角砾岩带富水性强，常导致恶性突涌水灾害。②断层影响带：此带是受断层影响而形成的两盘岩石的裂隙发育带，通常分布在构造岩带的两侧，靠近构造岩带的岩石受断层影响最大，裂隙最发育。断层影响带的宽度取决于断层的规模和两盘岩石的力学性质等因素，也与断层的力学性质有关，一般数米至数十米不等，而且沿着断层走向和倾向宽度变化很大，压性断层影响带的宽度常比张性断层影响带大。断层影响带岩石裂隙发育，导水性较强，所以常常成为断层的富水带。

2）断层带强度。断层破碎带内充填以断层角砾岩、断层泥等物质，因此具有一定的强度。虽然断层突水大都发生在断层破碎带或断层附近裂隙带（影响带）上，但一般是在含水层静水压力水头高出断层破碎带揭露处数十米至数百米才发生突涌水；水压较小时，发生突水的概率较小，甚至在断层揭露一段时间后发生滞后突水。这些现象都说明断层面或断层带仍有一定的隔水性能和一定的力学强度，具备有一定的抵抗水压的能力。

1.3.2.2　断层破碎带岩溶涌水规律

（1）时效性。断层破碎带岩溶涌水具有两种典型型式：揭露型涌水和滞后型涌水。揭露型涌水是指在原始应力状态下，充填介质结构松散、胶结差且空隙率大，岩溶发育，充填介质内部发育导水通道，一旦被揭露即发生突涌水；根据涌水特征，揭露型涌水可划分为突发型、跳跃型及缓冲型等3个亚型（表1.3.2-3）。滞后型涌水是指隧洞穿过或靠近断层破碎带时，不会立即发生突涌水，而是在揭露一段时间后才发生突涌水，滞后型涌水与断层破碎带击穿或掌子面裂隙水力扩展有关。

（2）涌水量非线性变化。断层破碎带岩溶涌水过程中，涌水量一般遵循“递增—峰值—衰减—稳定”的单峰规律，而断层破碎带岩溶发育程度及水文地质条件差别使涌水水压、涌水量及涌水持续时间具有不同的变化特征。

分析表1.3.2-3可知，断层破碎带岩溶涌水治理过程中，需充分认识其涌水特征，选择合理治理时机及时封堵。

表1.3.2-3　断层破碎带涌水类型及涌水特征表

（3）流态突变。无论何种类型的断层破碎带岩溶涌水类型，地下水涌出多携带出大量物质，使充填物结构发生改变，导致充填介质的透水性和地下水流态发生深刻改变。涌水初期，地下水渗流状态可表现为孔隙流，流速及流量小，涌出物以黏土质为主的特征；伴随涌出量突然增大，涌出物变为以砂质为主，充填介质内空隙转化为以裂隙为主，地下水渗流状态为裂隙流；充填物涌出量达到最大值时，涌出物主要表现为碎石，甚至巨大孤石，此时涌水量达到最大值，形成数条导水管道，地下水流态表现为管道流。此后，断层突涌水量随着水源补给不足逐渐减少，并趋于稳定状态。

1.3.2.3　断层破碎带涌水典型工程案例

（1）中梁山公路隧洞断层涌水。重庆市中梁山隧洞为单洞双线轻轨专用隧洞，隧洞基本为单面坡，观音峡背斜是线路穿越的主要构造，隧洞出口端掘进至K27+227～+248里程时揭露富水角砾岩破碎带引发涌水，涌水类型为隧洞拱顶股状涌水、散淋水，隧洞底板的区域涌水，灰岩段内岩溶裂隙分散涌水点。主要集中为三个出水点，出水量约84m3/h，水压达到1MPa左右（图1.3.2-2）。经分析认为，涌水水源主要由两部分组成：角砾岩破碎带沟通地表水系，并经由隧洞排泄；灰岩岩溶裂隙（管道）连通地下含水层补给至该段。

图1.3.2-2　中梁山隧洞涌水概况

涌水特征分析如下：

1）隧洞涌水主要来源为大气降水、地表径流和地表汇水，通过膏溶角砾岩破碎带汇集，运移至隧洞排泄点。上述水源具有明显的季节性，对隧洞补给量远大于枯水期，致使隧洞涌水区段涌水量呈现明显的季节变化特征。

2）层带自身由灰岩在岩溶作用下崩解形成的角砾和松散泥质充填体组成。因泥质含量较高导致断层带自身导水性较差。由于施工过程中的开挖扰动使得灰岩夹砾岩断层带密实度降低，可能为地下水导通形成通道。

3）在桩号K26+770和K26+830附近，灰岩角砾岩带与完整灰岩存在明显的交界带，为岩溶发育和地下水下渗补给提供了有利的通道，实际工程中也发现交界带附近涌水量较大。

4）隧洞施工中，为了施工安全在没有对涌水系统治理的情况下进行了初次衬砌的施工。因围岩破碎长期涌水导致衬砌与壁后围岩难以有效结合，在衬砌与围岩之间形成导水通道。地下水通过衬砌施工缝与上下台阶结合缝排泄至隧洞。

（2）洛古水电站引水隧洞断层涌水。四川西溪河洛古水电站是一座以发电为主的引水式电站，引水系统位于西溪河右岸，由进水口、引水隧洞、调压井和高压管道组成，引水隧洞长约15.925km，主要穿越的地层有二叠系峨眉山玄武岩、三叠系须家河组砂泥岩、灰岩，隧洞一般埋深200～400m，最大埋深610m，最小埋深120m。引水隧洞以Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类围岩为主，其中Ⅱ类占全段总长34.5%，Ⅲ类占全段总长29.9%，Ⅳ类占全段总长26.0%，Ⅴ类占全段总长9.6%。引水隧洞（引）14+385～+423段于须家河组地层中发育F19断层带，断层带主要由角砾岩及构造碎裂岩体组成，导水性较好，透水率大，存在股、线性涌水问题，涌水量小但较稳定。