在漫长的地质历史时期经历多期次、多种地质构造作用以及风化作用、开挖扰动作用，隧洞岩体显著特征是在原生结构面（成岩裂隙、层理面、不整合面）的基础上，广泛发育构造裂隙、风化裂隙及扰动裂隙。各类型结构面的存在降低了岩体强度和完整性，若其沟通围岩中含水层或含水体等补给水源，则将产生突涌水灾害。

构造裂隙发育程度受控于构造应力环境及岩层性质，并伴生于大型断裂构造和褶皱。如断层两侧岩盘内常发育与断层面近平行的节理裂隙，向背斜核部是张性裂隙密集发育区，特别是轴部发育有含水层，如可溶岩地层，下部由相对隔水岩层所封闭时，向斜核部是富水性强的储水构造部位，且封闭的地下水具有较大的承压性，即使隧洞不直接揭露含水层，密集发育的构造裂隙也能将上部承压水导入隧洞中，易发生突涌水灾害。

隧洞及矿山等地下工程中，在开挖（或开采）扰动及承压含水层高水压联合作用下，易诱发隔水层产生裂隙带，与其他含导水构造或含水层沟通后发生突涌水；隧洞开挖过程中，阻水岩柱因开挖变薄，在地下水压力和扰动应力共同作用下发生水力劈裂作用而使阻水岩柱破坏，发生突涌水事故。如锦屏水电站辅助洞A洞东端AK14+328掌子面左侧突水以及B洞西端BK2+635靠右侧突水都属于此类。锦屏水电站辅助洞西端BK5+070桩号节理裂隙型突涌水如图1.3.3-1所示。

图1.3.3-1　锦屏水电站辅助洞西端BK5+070桩号节理裂隙型突涌水

此外，可溶岩与非可溶岩接触带是岩溶发育活跃的场所，接触带常发育溶穴、溶隙、岩溶泉等岩溶构造现象，并平行于接触面成组发育延伸性好、透水性强的裂隙组，成为岩溶水地下径流的主要通道之一。如天生桥二级水电站8+100桩号洞段可溶岩与南相区隔水层接触带，溶缝、溶隙及竖管状小溶洞发育，地下水活跃。济南张马屯铁矿矿体外围岩层为大理岩及闪长岩，大理岩与磁铁矿及闪长岩接触带中常常发育水力连通性较好的溶蚀裂隙，并伴有严重的涌水现象，涌水水压高，水量大，对井巷工程施工和矿石开采造成了极大困难。

1.3.3.1　裂隙型涌水地质特征

隧洞围岩中可揭露各种众多裂隙，根据其应力环境，可划分为成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙及扰动损伤裂隙。

（1）成岩裂隙。成岩裂隙是岩石在成岩过程中受内部应力作用而产生的原生裂隙。沉积岩固结脱水、岩浆岩冷凝收缩等均可产生成岩裂隙。

沉积岩及深成岩浆岩的成岩裂隙通常多是闭合的，透水性非常微弱。岩浆岩中以地表喷溢的玄武岩成岩裂隙最为发育，岩浆冷凝收缩时，由于内部张力作用产生垂直于冷凝面的六方柱状节理及层面节理。此类成岩裂隙大多张开且密集均匀，连通良好，常构成贮水丰富、导水性好的层状裂隙含水系统。此外，岩脉及侵入岩接触带，在冷凝收缩的热应力作用下，张开裂隙发育，常形成与侵入带平行的带状裂隙含水系统，尤其是侵入岩与可溶岩接触带，地下水在裂隙带内循环深度及强度比可溶岩内部大得多，因此在接触裂隙带内岩溶构造进一步发育，可形成强岩溶化带，是地下水重要的汇水和富水区。

（2）构造裂隙。构造裂隙是在地壳构造运动过程中岩石在构造应力作用下产生的，是最常见、分布范围最广、与隧洞关系最为密切的裂隙类型。

构造裂隙开度、延伸长度、密度以及透水性等在很大程度上受岩层性质（如岩层岩性、厚度及岩层组合）的影响。在塑性岩石如页岩、泥岩、凝灰岩、千枚岩等之中常形成闭合乃至隐蔽的裂隙；构造裂隙密度较大，但张开性差，延伸不远，多构成相对隔水层。脆性岩石如致密石灰岩、岩浆岩、砂岩等，其构造裂隙一般比较稀疏，但张开性好、延伸远，具有较好的透水性。此外，沉积岩的裂隙发育情况与其胶结物成分及颗粒的粒度有一定的关系：钙质胶结者显示脆性岩石特性，泥质及硅质胶结的与塑性岩石相近；粗颗粒的砂砾岩裂隙张开性优于细粒的粉砂岩。

岩层组合是影响构造裂隙发育强度及分布的重要因素，尤其是在褶皱构造中表现得更加明显。如夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层，地层受到挤压构造应力时发生褶皱，塑性岩层沿层面方向流展，对脆性岩层施加分布均匀的顺层应力，从而在脆性岩层中形成密集均匀张裂隙；脆性岩层夹层越薄，张开裂隙就越密集；因此，脆性硬岩夹层往往形成互层状地层中的含水透水地层。

不同规模、不同方向的裂隙通道相互连通为导水裂隙网络形成裂隙含导水系统。由于岩性变化和构造应力分布不均匀，岩层中一般不会形成分布均匀、相互连通的张开裂隙网络，构成若干带状或脉状裂隙含导水系统。裂隙含水导水系统内部具有统一的水力联系，水位受该系统最低出露点控制；各系统间没有或仅有微弱的水力联系，并有自属的补径排水力特征。

（3）风化裂隙。暴露于地表的岩石，在温差、水、空气、生物等风化应力作用下形成风化裂隙。风化裂隙常在成岩裂隙与构造裂隙的基础上进一步发育，形成密集均匀、无明显方向性、连通良好的裂隙网络。

风化裂隙的发育受岩性、气候及地形等三方面的控制：

1）单一稳定矿物组成岩层风化裂隙发育困难，多种矿物组成岩层风化裂隙发育。如粗粒结晶岩花岗岩、片麻岩等，不同矿物热胀冷缩不一而有利于形成裂隙，是风化裂隙水主要汇集场所。泥质岩石虽易风化，但裂隙易被土状风化物充填而不导水。

2）气候干燥而温差大的地区，岩石热胀冷缩及水的冻胀等物理风化作用强烈，有利于形成导水的风化裂隙。

3）地形比较平缓，剥蚀及堆积作用微弱的地区，有利于风化壳的发育与保存；如果地形条件也利于汇集降水，则可能形成规模稍大，常年能提供一定水量的风化裂隙含水层。(www.daowen.com)

山岭隧洞建设区域，风化裂隙层呈壳状覆盖于基岩之上，一般厚度数米至数十米。风化裂隙自身储水一般为潜水，接收大气降水补给，具明显季节性特征，含水量有限；若与地表水体沟通，则补给量丰富，揭露后可形成较大的涌水。

（4）扰动损伤裂隙。隧洞建设过程中，开挖面附近岩体中由于开挖爆破和应力释放等卸荷条件下形成由多组裂隙组成的扰动损伤区域，称为开挖扰动损伤区，这些裂隙称为扰动损伤裂隙。这种裂隙是由于内部应变能的突然释放引起，外部表现为沿开挖卸荷方向的强烈扩容，主要由张性裂隙或张剪性裂隙组成，裂隙面的发育大致平行与开挖临空面。如作为缓慢卸荷岩体破裂证据，在自然界强烈剥蚀地区的河谷斜坡岩体中，往往在河谷斜坡岩体中普遍发育有与河谷地貌相适应的、具张性或张剪性的顺坡向断裂。此外，扰动损伤裂隙受岩体先成结构面控制，损伤裂隙往往追踪与开挖临空面近平行的节理裂隙。

在不考虑外力干扰影响，岩体内断续裂隙可在高水压作用下发生扩展、贯通，演化为含导水通道，可能成为突涌水灾害的发生途径。因开挖扰动引起的应力重分布与高水压联合作用进一步加剧了岩体裂隙的扩展及贯通程度，并进而强化岩体的导水性。

1.3.3.2　裂隙型突涌水规律

（1）定向等距分布。受生成应力场控制，节理裂隙发育具有明显而稳定的方向性，尤其是区域性的主要张性控水裂隙，具有垂直最小主应力方向、等距分布的特征。隧洞在此类裂隙岩体开挖过程中，揭露的涌水常表现为数个股状集中或线状涌水，各涌水点连线为主要控水构造的走向；多条突涌水裂隙间距大致相同，表现为显著的等距特征。

（2）非均匀性。裂隙含导水系统通常具有树状或脉状结构，一些主控导水通道作用突出，使裂隙含导水表现出明显的非均匀性，有时表现出突变性。若揭露主控含导水裂隙，则涌水量大，若揭露次一级的裂隙系统，由于集水及导水能力有限，则涌水量较少甚至基本无水，表现为极大的非均匀性。

（3）涌水量非线性变化。隧洞揭露裂隙后，其涌水量变化具有显著的非线性特征，且呈现不同的模式，隧洞节理裂隙型突涌水水压、水量及涌水持续情况受水文地质环境影响显著。

若揭露孤立裂隙含导水系统，系统内地下水主要为静储量，则涌水量总体表现为衰减特征，直至枯竭；若揭露次级裂隙含导水系统，因其补给能力有限，裂隙系统动储量小，隧洞涌水量表现为总体较少，且长期稳定的特征；若揭露主控含导水裂隙或主干裂隙系统，常沟通含水层（体），隧洞涌水量表现为水量大且逐渐衰减至稳定的特征，涌水量大小与沟通含水层富水性有一定正相关性。同时，若揭露裂隙有胶结差的充填物，则随着充填物随涌水携带出，裂隙涌水量呈现初期较小，后逐渐增大至稳定量的特征。

1.3.3.3　典型工程案例分析

（1）锦屏二级水电站隧洞结构面岩溶涌水。锦屏二级水电站利用雅砻江150km长的大河弯，截弯取直，开挖隧洞集中水头引水发电。引水隧洞由4条长约16.67km、直径10.8～11.8m的平行引水隧洞组成，隧洞沿线覆岩体一般埋深1500～2000m，平均埋深约1610m，最大埋深约为2525m，其中埋深大于1500m的洞段长度为12540～12729m，占全洞长度的75.2%～76.4%。引水隧洞具有埋深大、洞线长、洞径大的特点，为世界上规模最大的水工隧洞洞室群工程。电站地处深山峡谷地区，工程规模巨大，地质条件复杂，技术难度高，尤其是4条长约17km、最大深埋2525m、开挖直径12.4～14.3m的引水隧洞，其技术水准处于世界前列，其中岩爆、突涌水等复杂工程地质和水文地质条件是主要工程地质技术问题。

工程区内出露的地层为前泥盆系—侏罗系的一套浅海—滨海相、海陆交替相地层。区内三叠系广布，分布面积约占90%以上，其中碳酸盐岩出露面积占70%～80%。引水系统从东到西分别穿越盐塘组大理岩（T2y）、白山组大理岩（T2b）、三叠系上统砂板岩（T3）、杂谷脑组大理岩（T2z）、三叠系下统绿泥石片岩和变质中细砂岩（T1）等地层。岩层陡倾，其走向与主构造线方向一致。

工程区处于近东西向（NWW—SEE）应力场控制之下，形成一系列近南北向展布的紧密复式褶皱和高倾角的压性或压扭性走向断裂，并伴有NWW向张性或张扭性断层。且东部地区断裂较西部地区发育，北部地区较南部地区发育，规模较大；东部的褶皱大多向西倾倒；而西部地区扭曲、揉皱现象表现得比较明显。工程区内结构面主要表现为顺层挤压和北北东向的逆冲断层性质。逆冲断层规模大，层间错动频率较高，其次为近东西向的横切断层，多表现为逆平移或正平移性质，此类断层中，多见方解石脉、细晶岩脉及石英岩脉充填。按不同构造形迹和展布方位大体可归纳分为：NNE向、NNW向、NE—NEE向、NW—NWW向四个构造组（均以陡倾角为主）。

引水系统工程区高程1800～2000m以上岩溶发育相对较强，高程1800～2000m以下，岩溶发育总体微弱，并以垂直系统为主，深部岩溶以NEE、NWW向的构造节理及其交汇带被溶蚀扩大了的溶蚀裂隙为主。根据前期成果和辅助洞、引水系统洞室开挖揭露的地质资料分析，东部盐塘组地层岩溶形态为溶隙型，岩溶发育深度已到了雅砻江高程，近岸坡段岩溶相对较发育；西段杂谷脑组大理岩岩溶发育程度与盐塘组相似，近岸坡段局部岩溶相对较发育。中部白山组大理岩岩溶发育受两大泉地下水循环深度的控制，在高程1730～1870m以下岩溶发育微弱，为中、小型的溶蚀裂隙介质。因此，引水系统高程（1600m）附近的岩溶形态以溶蚀裂隙和岩溶管道为主，且溶蚀构造主要沿着NEE—NWW向张性陡倾角裂隙组发育，同时也是锦屏主要的导水构造。引水系统地下水主要表现为裂隙性岩体中的渗滴水、线状流水，透水性断层带或溶蚀裂隙中的集中涌水、喷水，4条引水隧洞共揭露流量大于50L/s涌水点42个，其中流量大于1m3/s的涌水点达7个。相邻的辅助洞开挖揭露大于1m3/s的涌水点达5个，最大单点涌水量达7.3m3/s。主要涌、渗水通道以溶隙—裂隙型为主，少量为管道—裂隙型（图1.3.3-2）。经统计分析，引水隧洞已开挖洞段总出水构造条数为1172条，其中出水量不小于0.5L/s的主要结构面共有295条，占总出水构造的25.2%，出水量不小于1L/s的主要结构面共有233条，占总出水构造的19.9%，出水量不小于10L/s共78条，占总出水点构造的6.7%；出水量不小于10L/s出水构造中以NEE—NWW向出水构造为主，共62条，占不小于10L/s出水构造的79.5%。

图1.3.3-2　锦屏二级水电站引水隧洞开挖后沿裂隙面及层面涌水

（2）张马屯铁矿矿井裂隙带岩溶涌水。张马屯铁矿地下开采工程是我国著名的北方复杂岩溶型大水矿区，属燕山期接触交代型磁铁矿床，产出于闪长岩与奥陶系碳酸盐岩接触带内。受鲁西环状—放射状构造系统影响，区域内发育近NS向的F1、F2及F3断层，断层破碎带内被方解石胶结而使断层整体隔水。碳酸盐岩内部岩溶构造发育，且以岩溶裂隙为主，局部见蜂窝状溶孔及小型溶洞发育，岩溶含水层富水性强，导水性好，呈现极不均一性特征。此外，闪长岩侵入过程中，受到热胀冷缩应力作用下，在铁矿体及闪长岩与碳酸盐间蚀变带内发育与接触面近平行的裂隙带，靠近接触带一侧碳酸盐岩层内岩溶发育强烈，发育众多溶蚀裂隙或溶缝，使接触带成为重要的岩溶水汇集、运移的重要空间。当岩体内构造裂隙在接触带交叉部位与岩溶地下水沟通，形成统一的地下水流场。在矿井建设和生产过程中，巷道或矿房揭露导水裂隙后，常引发突涌水事故（图1.3.3-3）。

图1.3.3-3　构造裂隙涌水

根据现场涌水情况，矿体及围岩中发育走向75°～90°（Ⅰ组）及45°～50°（Ⅱ组）两组张性裂隙，其中Ⅰ组裂隙为主要含导水裂隙，多次发生巷道揭露涌水，涌水量一般小于10m3/h。侵入岩及矿体与碳酸盐岩接触带内发育张裂隙，特别是距接触面0～10m范围内的碳酸盐岩体内裂隙最为密集，是矿区地下水汇集及运动主要空间。如该矿4109矿房在巷道及矿房开挖过程中均未出现大量涌水，而当中、深孔施工至矿体与大理岩接触带时，将约4500m3/d的岩溶水引入矿房，致使矿产资源无法回采。