当隧道穿越山岭地区时,受复杂地质条件等因素影响,往往会遭遇突水、突泥等大型地质灾害。隧道突水以其高发率、突发性、危害大等特点,严重制约着岩溶区地下工程建设的发展:突水灾害常伴随着不可估量的损失,坑道被淹、机制设备损毁、施工被迫中断,或引起水土流失、水资源平衡破坏等不可逆后果,甚至危及生命安全。随着生态保护法制的健全和完善、生态治理责任的落实、生态破坏惩处力度的加大和公众参与生态保护机制的建立,对隧道施工地质灾害(尤其是山岭隧道)的工程处理得到进一步重视和加强。本文以国内多条隧道施工突水、突泥灾害的工程实例为研究对象,通过工程实例调查、数值模拟、理论分析等手段,分析了山岭隧道施工突水(泥)灾害的构造类型、灾变模式及其灾变机理;然后通过力学推导、数值模拟对比研究得出隔水、隔泥岩(土)盘最小安全厚度的预测方法;结合实例中突水灾害的治理手段研究隧道突水(泥)灾害的综合超前预报方法和典型致灾构造导致的隧道突水、突泥灾害针对性的防控措施。主要研究成果有以下几点:(1)对不同地区、不同线路的多条长大隧道所发生的的突水(泥)灾害进行统计分析,得到了不同突水突泥灾害的致灾构造类型,即未胶结富水压性断层强烈破碎带、未胶结富水张性断层、含水层及地下向斜储水构造和充水岩溶等突水致灾构造,以及地下泥水混合充填岩溶底部黏土、与地表相通的黏土充填岩溶、黏土充填深大岩溶槽沟和底部黏土夹破碎岩块充填岩溶等突泥致灾构造,分析各类致灾构造的形成条件以及突水机理。(2)选取多起具代表性的岩溶隧道重大突水事件,详细调研其致灾过程、致灾机理,在此基础上概化出各事件的突水模型;对比分析各突水模型,划分分别基于致灾构造与隧道的空间位置关系和基于突水、突泥灾害发生时间两大类突水(泥)灾害的致灾模式。而其中基于致灾构造与隧道的空间位置关系的致灾模式又可以划分为相交式与分离式,顶伏式、侧伏式、底伏式与贯通式;基于突水、突泥灾害发生时间的致灾模式又可以划分为即时突水突泥、滞后突水突泥以及间歇(阵发)突水突泥。(3)首先基于强度理论,将致灾构造位于隧道顶部、侧部、底部工况下的隔水、隔泥岩(土)盘简化为两端固支梁模型,将致灾构造发育于掌子面正前方工况下的隔水、隔泥岩(土)盘简化为四周固支圆板模型,利用弹性理论,基于梁板抗弯、抗剪、或抗拉强度准则建立隔水、隔泥岩(土)盘最小安全厚度预测方法;将顶部、底部防突层简化为两端固支梁模型,将掌子面前方、侧部防突层简化为四周固支板模型,基于尖点突变模型,建立防突层安全厚度计算公式。(4)交叉组合工程实际中常见级别围岩及溶腔水压,形成不同计算工况,据此建立突水隐患隧道的数值模型试验,考虑流固耦合作用,研究分步开挖及分步支护条件下隧道施工力学响应;提出并分析了隧道开挖过程中、不同围岩级别及岩溶水压条件下模型及岩(土)盘位移场演化规律,并据此提出不同围岩级别与溶腔水压组合工况下岩(土)盘的最小安全厚度值,通过对结果进行回归拟合分析,建立突水隧道在不同围岩条件下的岩(土)盘最小安全厚度计算公式。(5)结合前文研究的致灾构造类型、灾变模式和对隔水、隔泥岩(土)盘最小安全厚度预测,提出对典型致灾构造条件下的突水(泥)灾害的针对性防治手段。本文的主要创新点是:(1)将隧道施工典型突水(泥)致灾构造的致灾特点与常用灾害治理措施相结合,提出了典型致灾构造条件下的突水、突泥灾害的针对性工程处理措施;(2)基于强度理论,推导了隔水、隔泥岩(土)盘最小安全厚度计算公式,通过数值模拟试验获得了隔水、隔泥岩(土)盘最小安全厚度的预测公式,并通过实际工程中发生的突水灾害对理论推导和数值模拟得到的预测公式进行了验证,证明了预测结果的合理性,并且该结果应用于突水(泥)灾害防治措施中,如高压富水充填岩溶处治措施的释能降压法中。