基于变质量突水模型的隧道开挖安全厚度研究

突水突泥是隧道穿越岩溶、风化花岗岩等软弱地层常面临的地质灾害之一。在隧道开挖过程 中，预留必要的安全厚度是保障岩土体不被高水压击穿，遏制突水突泥灾害的重要措施。为了确定合适 的安全厚度，首先基于溶质运移和多孔介质渗流理论，导出可以考虑软弱地层颗粒物迁移的多场耦合突 水突泥理论模型；其次依托实际隧道工程，采用 Ｃｏｍｓｏｌ多场耦合系统开展不同安全厚度下的隧道渗流 侵蚀特性数值研究。通过分析地层孔隙率、渗透率、涌水及涌泥量发展规律，评定发生潜在突水突泥灾 害风险，进而确定合理的安全厚度。结果表明:防突厚度小于 4ｍ时，短时间内掌子面前方颗粒即发生 显著流失，极易形成突水通道，涌水涌泥量大大超过开挖设计的标准。当防突厚度大于 5ｍ，地层围岩 孔隙率、渗流通道得到有效遏制，掌子面的涌水涌泥均得到有效控制。从安全、经济、技术角度分析，防 突厚度建议取 4ｍ～5ｍ。