滇中引水工程香炉山隧洞勘察关键技术

滇中引水工程地质构造背景与地震地质条件极为复杂。香炉山隧洞全长62.60 km,最大埋深1 450 m,穿越滇西北横断山脉及金沙江与澜沧江两大流域分水岭,跨越多条区域性深大断裂,是滇中引水工程中单洞最长、埋深最大隧洞,也是目前国内在建水利工程中施工难度最大、地质条件最为复杂的大深埋超长隧洞。结合香炉山隧洞复杂地质条件、存在的主要工程地质问题,以及可能产生的地下水环境影响风险,系统地总结了香炉山隧洞勘察研究过程中采用的基于3S技术的地质遥感解译、大地电磁测深、千米级深孔勘探测试、复杂岩溶区大埋深超长隧洞选线、地下水三维渗流场数值模拟等勘察关键技术和研究方法,创新性地研发了千米级深孔地应力测试技术、深部岩体水文地质参数测试技术以及适用于复杂地质条件下大埋深隧洞的超前地质预报关键技术;形成了一套较为系统、全面的大埋深超长隧洞勘察关键技术研究方法,为类似工程勘察研究工作提供了重要参考及借鉴。     

滇中引水工程香炉山深埋长隧洞主要工程地质问题

香炉山深埋长隧洞是滇中引水工程总工期控制性工程,隧洞总长62.596 km,最大埋深1 450 m,具有线路长、埋深大、勘察研究范围广、地质构造背景与岩溶水文地质条件复杂、地下水环境影响敏感等工程特点。勘察期通过大范围线路比选和综合勘察测试研究,逐步选定了隧洞线路并基本查明其工程地质与水文地质条件,对隧洞高地震烈度区抗震与穿越活动性断裂抗断问题、涌突水(泥)与地下水环境影响问题、高地应力与硬岩岩爆及软岩大变形问题、高外水压力问题及穿越煤层、膨胀土特殊岩土工程地质问题等进行了深入分析,为隧洞工程设计、施工提供了可靠的技术支撑,为类似深埋长隧洞的相关研究提供参考。     

引汉济渭工程黄三隧洞地下水渗流同位素综合示踪探测分析研究

引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞岩性复杂多变,水文地质条件极其复杂。为深入分析黄三段水文地质条件,采用地下水同位素综合示踪探测手段,对黄三隧洞沿线钻孔、大坪隧道、良心河、沙坪河等区域进行现场测试及取样室内分析。通过对温度、电导、水化学及环境同位素、地下水流速等方面的综合分析,结合水文地质测绘、试验等基础性工作,对地下水补给、径流、排泄条件,水力联系及连通性等方面进行了评价。研究结果表明:黄三隧洞南部和中部存在富水带,地下水主要受大气降水补给;围岩可划分为中等富水区、弱富水区、贫水区,分别占隧洞全长的7.9%、15.4%、76.7%;实际揭露涌水量与原设计预测情况一致,验证了同位素综合示踪探测方法的有效性。研究成果对同类工程具有一定的工程实际应用参考价值。     

滇中引水工程香炉山深埋长隧洞高地应力与硬岩岩爆分析研究

滇中引水工程香炉山隧洞属典型深埋长隧洞。通过钻孔地应力测试和三维应力场分析,隧洞区存在高地应力条件,采用岩石强度应力比法,以工程地质剖面图为基础,结合大地电磁测深EH4探测成果,综合考虑围岩岩性、地下水条件等,对可能产生岩爆洞段和岩爆等级进行分析预测。结果表明,香炉山隧洞岩爆问题总体不突出,产生岩爆可能性较大的洞段共有6段。研究成果为隧洞设计和施工提供了地质依据,并可为类似工程提供借鉴。     

水利水电工程深埋长隧洞勘察技术方法

分析了深埋长隧洞可能存在的主要工程地质问题和勘察难点,提出了勘察思路和原则,建议以遥感、地面调查、深钻孔与孔内测试、长探洞、大地电磁测深等为深埋长隧洞的主要勘察方法,并对不同方法的应用条件进行了探讨。     

豫西花岗岩地区深层地下水勘查方法探讨

为解决豫西花岗岩大面积出露区的地下水勘查难题,以合峪岩体出露区为研究对象,建立并明确花岗岩地区深层地下水勘查路线。以水文地质条件为基础,以蓄水构造理论为指导,以深层构造裂隙水为目标,采用瞬变电磁、激电测深等综合地球物理方法开展地下水富水性评价。通过瞬变电磁快速查明深部断裂发育状况,通过激电测深视电阻率、视极化率、半衰时、衰减度等多参数评价断裂富水性特征,指导井位布置工作。总结的花岗岩地区深层地下水勘查路线,对类似侵入岩出露区地下水勘查工作具有指导意义。     

超前地质预报在夹岩水利枢纽工程长石板隧洞开挖中的应用

夹岩水利枢纽工程深埋长隧洞穿越强岩溶地层,地下岩溶管道、暗河发育,水文地质条件复杂,施工安全隐患较大。该工程长石板隧洞果木洼地浅埋段地下水丰富,在施工过程中选择了TSP203地震反射波+加深炮孔法进行超前地质预报。介绍该方法在输水隧洞浅埋段的使用情况及取得的效果。结果表明:采用上述超前地质预报方法,安全完成了该段的开挖工作,实际开挖的地质条件与超前地质预报结果相吻合。该方法耗时短、费用低,适合在围岩地质条件差、地下水丰富地区的隧洞开挖中使用。     

EH-4电磁测深法在某流域工程勘察中的应用分析

近年来国家对于水利工程的投入逐渐加大,越来越多的大型水利工程开始建设,尤其是大型深埋输水隧道,为保证施工安全,在工程勘察中查明地下隐伏构造、地下水分布特征等具有重要意义。结合EH-4电磁测深法在某流域勘测工程中的应用实例,对EH-4电磁测深法在水利工程勘察中的应用效果进行分析。结果表明,EH-4电磁测深法在深埋隧道工程地质勘察中具有良好的效果,且在复杂地形条件下,数据采集不受地形影响,与常规大地电磁测深法相比具有数据采集速度快,工作效率高的特点,可以被广泛应用。     

宁夏某工程7#隧洞Ⅳ类围岩衬砌结构分析

宁夏某工程输水线路全长75.29 km,7~#隧洞长10 593 m,为本工程单洞最长、埋深最大、地质条件相对复杂的洞段。围岩岩性主要为泥岩,岩体较为破碎,主要以Ⅳ、Ⅴ类围岩为主,其中Ⅳ类围岩所占比例为86.21%。隧洞区地下水类型主要为孔隙潜水和基岩裂隙水隧洞,外水水头130～240 m,存在高外水问题。隧洞断面较小,二次衬砌采用外标准马蹄形、内平底马蹄形的复合断面形式。综合考虑结构受力、排水措施的影响,对断面进行了合理简化,高外水折减系数进行适当调整,并采用理正岩土隧洞衬砌计算软件程序进行结构分析,提出Ⅳ类围岩最终的建议配筋结果,取得了较为理想的效果。     

基于音频大地电磁测深法数据的不良地质体探测研究——以西藏某水利工程为例

作为一种经济、高效的地球物理方法,音频大地电磁测深法被广泛地应用于水利工程勘察中,但在青藏高原高海拔地区实施并不容易。以西藏地区某水利工程为研究对象,基于音频大地电磁测深数据,采用视电阻率拟断面图、一维和二维反演成像、正演模型验证等技术手段,结合区内其他地质和地球物理资料进行综合地质解释,分析了研究区下方1 km以浅的沉积层、岩石基底和含水断裂带等主要构造。结果表明:音频大地电磁测深法在西藏水利工程勘察中具有较强的适用性及可靠性;对探测隐伏断层、富水区等不良地质体有很好的应用效果;该方法约束出的地下电性结构异常具有较强的地质意义,可以用来指导水利工程的选址及施工。     

长大深埋水工隧洞设计关键技术研究与实践

在分析我国长大深埋隧洞发展历程及研究现状的基础上,阐述了长大深埋隧洞工程遇到的主要工程地质问题,并结合多年积累的调水工程设计、施工、管理等经验,总结已完工及在建的高埋深长隧洞遇到的实际情况,针对突涌水、突泥和涌砂、岩爆、围岩大变形、高地温、高地应力、高外水等多种极为复杂的工程地质问题进行了分析和探讨。结果表明:在长大深埋隧洞设计前期,结合工程主要地质问题进行TBM设备选型至关重要;设计及施工过程中采用数值模拟、试验研究、超前地质预报、现场监测等手段,对高外水、软岩大变形、岩爆、高地温等不良地质洞段进行分析研究并动态调整设计;不良地质条件掘进易采用三低(低推力、低转速、低贯入度)、一快(快速掘进)、一连续(掘进)、宁慢勿停的掘进原则,可以避免国内外类似工程灾难性的后果发生。     

高外水压力下深埋隧洞衬砌与围岩联合承载设计研究

在深埋隧洞的设计中,高外水压力常常成为制约隧洞结构设计的关键因素。本文结合新疆某深埋隧洞工程,秉承衬砌与围岩联合承载的设计理念,考虑固结灌浆对围岩的加固及堵水作用,对比分析了灌浆圈厚度、渗透系数及排水孔深度和布置对外水压力的影响。同时,通过有限元方法模拟固结灌浆圈与衬砌间的接触粘结作用关系,从接触粘结强度的影响机制出发,分析了高外水条件下隧洞衬砌、固结灌浆圈、原状围岩之间的传力性能,得到了不同粘结强度下隧洞支护结构的承载状态,并据此实现了对隧洞衬砌—围岩系统联合承载能力的评价,从而完善和优化了支护设计。     

某引水隧洞深埋软岩洞段围岩变形量敏感性分析

通过深入分析西南某深埋长引水隧洞软岩洞段地应力钻孔实测资料,得到了水平构造应力侧压系数随隧洞埋深的变化规律。在此基础上,采用快速应力边界法开展数值计算,探讨洞型、围岩类别、埋深等因素对该段围岩变形量的影响及其变化规律,开展了围岩变形量敏感性分析。结果表明,该洞段围岩变形量随围岩类别降低而增大,随埋深增加而增大。研究成果可为该类隧洞深埋软岩洞段开挖支护设计提供借鉴。     

引汉济渭工程黄三段输水隧洞围岩变形与压力分析

以分析深埋长隧洞围岩应力和应变为目标,考虑隧洞施工方式,围岩支护形式等因素,通过数值计算,动态模拟隧洞施工过程,获取了黄三段输水隧洞初期支护后的围岩变形情况以及围岩与衬砌相互作用关系。计算结果显示:采用设计的初期支护形式,可有效控制不良洞段的围岩变形,Ⅳ、Ⅴ类围岩最大收敛变形满足规范设计要求。Ⅳ、Ⅴ类围岩与衬砌间的相互作用力随衬砌浇筑时距掌子面距离的增加而降低,但在距掌子面约4倍洞径后降幅微小。通过对比分析经验方法与数值方法所确定围岩压力成果,确定了衬砌结构设计所需的围岩压力指标,为黄三段输水隧洞设计提供了依据,分析方法可为相似工程提供参考。     

基于监测的深埋引水隧道原始水头分析

针对"荷载—结构物"模型,基于现场实测数据资料,在深埋隧道围岩轴对称假定前提下,基于渗流理论推导出施工期隧道开挖后围岩内水压力分布的解析解,研究远场稳定水头与远场稳定水头半径的相互关系,提出通过现场围岩地下水水压监测数据反推远场稳定水头和远场稳定水头半径的思路和方法。以引汉济渭工程越岭段隧道为例,根据施工期地下水的水压监测资料,分析了部分洞段隧道部位的初始水压力及隧道开挖后形成的稳定远场水头半径,得到衬砌结构外水荷载。结果表明:在隧道内只要测到某一围岩深度的水头值,就可以确定远场稳定水头与影响半径;洞段K77+993断面围岩深度14 m处压力水头为10.50 m,则远场稳定水头为39.65 m,影响半径43.65 m。研究成果能够为注浆和排水设计提供借鉴和参考。     

偏桥水电站引水隧洞衬砌结构设计与优化

偏桥水电站是一座长引水式（引水隧洞长7.432 km、压力钢管长530 m）中高水头（额定水头198 m）电站。隧洞沿线山高坡陡埋深大、工程地质条件较复杂。在引水隧洞施工开挖过程中,根据实际揭示的地层岩性、围岩风化程度、岩爆程度、地下水发育等情况,在充分利用洞室围岩的自稳、承载、抗渗能力的基础上,对洞室横断面衬砌结构形式进行实时调整优化,达到简化施工程序、缩短工期、节约投资的目的,顺利通过了水电站初期引水发电的考验。     

小湾水电站枢纽区工程地质条件

小湾工程枢纽区地震地质条件复杂，地震基本烈度为Ⅷ度。坝址区地层呈单斜构造。横河展布。陡倾上游，岩性主要为黑云花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩。两岸山体雄厚，地下水丰富，埋藏较浅；崩塌作用普遍；卸荷作用强烈，边坡稳定条件较差。岩体中高岭土化蚀变现象较普遍，陡倾角破裂结构面发育，且分布有顺坡中缓倾角节理，存在坝基(肩)抗滑和变形稳定问题。工程区属中高地应力区，地下洞室埋藏深度大，围岩以微风化一新鲜岩体为主，总体稳定条件较好。     

黄河冰凌地电测试曲线小波分析及预警技术

采用地电测试技术对黄河冰水两相流进行视电阻率测试,绘制了电测深曲线。曲线经小波分解后,2个水平分解的曲线类型差异都十分显著,且平稳流凌时曲线无明显阈值,端点(河床淤泥)视电阻率值为15.52Ω.m,而局部冰塞时曲线经过2个水平分解后的阈值为6.68Ω.m。现场测试及小波分析表明:黄河封河期间平稳流凌与出现冰塞时的电测深曲线有明显差异,可以通过曲线特征和总体阈值进行判别。     

三门核电循环水泵房超深基坑支护设计实例

三门核电循环水泵房基坑为超深基坑（最深处为32．3m）,处于基岩面埋藏较浅且上部覆盖较厚淤泥层和回填石层的特殊区域。本工程依据地层条件,将基坑边坡划分为完全基岩边坡、基岩埋深浅且无淤泥地层的边坡、基岩埋深较大且有较厚淤泥层的边坡3种类型。分别采用3种支护型式：放坡、排桩＋岩锚、排桩＋深搅重力墙＋岩锚,有效解决了滨海软土区的地下水位高,淤泥质软土黏聚力及内摩擦角小,基坑侧壁受水平荷载大、易失稳等难题。典型断面计算结果表明,锚拉力最大为361．84kN;基坑侧壁最大水平位移为19．26mm,支护桩最大正负弯矩值为711．36kN·m和-787．52kN·m,基坑顶部最大沉降量为50mm,均满足设计与规范要求。     

基于PSO-SVM算法的高放废物处置北山预选区岩爆预测

为安全处置高放废物,我国拟在花岗岩体中建造埋深500 m左右的地下实验室,用以开展处置前期的相关研究。而岩爆作为深部岩石工程中一种常见的动力破坏现象,多造成严重后果。为指导地下实验室场址的筛选以及工程的安全设计施工,基于粒子群优化的支持向量机(PSO-SVM)和100组岩爆实测数据,结合北山预选区旧井、芨芨槽、新场3个候选场址的地应力值和岩体力学参数,以洞壁围岩最大切向应力σ_θ、岩石单轴抗压强度σ_c、岩石单轴抗拉强度σ_t、应力指数T_s、脆性指数B作为评判参数,对不同场址处竖井和隧道开挖的岩爆风险进行预测分析。结果表明:PSO-SVM算法用于岩爆预测是可行的;在埋深300~600 m范围内新场场址处工程开挖岩爆风险最低,以新场作为我国高放废物地下实验室的建设场址是最安全的。