本文以充填溶洞为主要研究对象,通过理论分析、模型试验、数值模拟和现场试验相结合的手段,探讨了深长隧道溶洞突涌水机理与实时监测方法。对实际工程中突水案例进行突水模式分析和实时监测,验证了本文理论体系的实用性,取得了一些有益的结论。(1)结合国内外充填型溶洞突水突泥相关研究资料,总结了充填型溶洞赋存规律。依据致灾条件的不同,提出了揭露即时型、强充填滞后型和弱充填间歇型三种孕灾模式。从地质、地球物理场、实时监测三方面的分析充填型溶洞的孕灾前兆信息,遴选了易于获取和分析的9项孕灾性识别指标,从调查、预报和监测等多种手段对充填型溶洞孕灾性进行分级,提出了相应的分级标准。按隔水阻泥结构类型划分了隔水岩体结构破坏突水、充填型结构渗透失稳突水和复合式三种突水类型。(2)研制了主补给通道识别与定位三维试验平台,研发了地表径流水源模拟系统和补给管道预埋方法,实现了多种形态、不同水压、水流量下补给通道的模拟,为主补给通道识别与定位研究提供了技术支撑。通过对监测结果的分析,验证了突水灾害补给源补给通道识别与定位的可行性。(3)依托湖北省保宜高速公路尚家湾隧道突涌水案例,建立揭露溶洞的计算模型,溶洞简化为球体,模型导入FLAC3D进行模拟开挖和平衡求解。全面分析了溶洞突水前隧道及溶洞周边围岩的位移场、应力场、渗流场的演化规律,并且通过数据的归一化处理,对多元信息进行灾变分析,提出了隔水岩体破裂突水前兆信息的匹配模式。(4)将微震监测引入到隧道突水监测中,并将微震监测作为隧道突水实时监测的主要手段。研发了一套隔水岩体破裂突水专用微震监测设备,提出了一种隔水岩体结构破坏突水实时监测方案,即以全局微震监测为主,融合深孔位移、渗流信息和体外常规信息监测的综合监测方案,可以实现突水通道定位、突水时间预警、破坏能级预测等三大功能。