川藏铁路深埋隧道围岩灾变分析与思考（特约稿）

国家新时期世纪工程川藏铁路面临全球最为复杂的工程地质条件。受深部环境和工程扰动影响,沿线深埋隧道围岩失稳灾变问题凸显;符合深部特征的围岩灾变分析研究,既是川藏铁路深埋长隧安全建设的重大现实需求,也是提升我国特殊地质条件下深部工程开发能力的关键。为此,以“深部围岩灾变分析”为核心,从深部围岩孕灾的原位地质环境与工程扰动效应入手,重点开展了深部围岩质量分级、大变形判识和岩爆孕灾等方面的理论方法研究与思考。首先,概述了川藏铁路深部围岩孕灾的原位地质环境特征,并从试验模拟和理论分析两个层次揭示了深部围岩孕灾的工程扰动效应;进一步,以修正的BQ法为基础,发展了可综合反映地应力、地温和地下水影响的围岩质量分级方法,初步应用于川藏铁路深部多场耦合环境下的隧道围岩分级修正研究;最后,针对川藏铁路深埋隧道围岩灾变的两种典型显现形式(大变形与岩爆),提出了隧道围岩大变形分级多因素分步评估方法,以及深部围岩岩爆综合预测研究思路和预测模型与方法。相关研究成果和学术思想可为川藏铁路沿线深埋隧道围岩灾变分析与稳定性研究提供借鉴与参考。     

省道S233线焦作方庄段危岩体特征、成因及其治理

通过调查研究省道S233线焦作方庄段内地质环境条件和所发育危岩体特征,共发现危岩体37处.根据危岩体形成的主控因素,研究区危岩体划分为3段:第一段主控因素为断层;第二段为重力卸荷和人类活动;第三段为两组节理的风化和人类活动.在此基础上,运用模糊综合判定的方法对研究区危岩进行了稳定性和危险性评价,并根据3段内危岩体各自的特征提出了相应的治理方案.     

川藏铁路雅安至林芝段工程地质环境及主要工程地质问题（特约稿）

为全面掌握川藏铁路雅安至林芝段沿线区域工程地质环境,查清主要工程地质问题,为建设施工和通车运营提供科学依据,通过归纳总结各阶段勘察设计、科研专题研究成果,详细阐述了川藏铁路雅安至林芝段工程地质环境,系统分析了主要工程地质问题,提出铁路减灾选线原则,主要工程地质问题的工程对策建议,施工和运营阶段需要重点关注的重大工程地质问题及研究重点。研究结论表明：1）川藏铁路雅安至林芝段具有显著的地形高差、强烈的板块活动、频发的山地灾害、敏感的生态环境、恶劣的气侯条件、薄弱的基础设施等六大工程环境特征,也是面临的六大挑战。具有工程建设环境极其恶劣、铁路长大坡度前所未有、超长深埋隧道最为集中、山地灾害防范任务艰巨、生态环境保护责任重大五大工程建设难题。具有高原高山峡谷区地理数据快速准确获取难、地质灾害早期识别评估难、超级工程与物流保障难、生态环境风险大、重大工程建设及防控风险大等“三难两大”风险。2）研究区域属大型滑坡、冰川泥石流、冰湖溃决等山地灾害的集中区和易发区,并且各类灾害在复杂的环境条件下易形成链生性灾害;研究区域内的活动断裂与高烈度地震、高地应力、高地温、高压涌突水等多场耦合下的深埋隧道重大不良地质发育,影响和制约铁路工程选线及工程建设;3）采用“空天地”综合勘察手段,查明研究区的主要工程地质问题,通过采用隧道穿越方式绕避大型复杂的浅表地质灾害、采用减少埋深、缩短长度、傍山靠河、走行于相对低温廊道、避开长大水平径流区等针对性工程措施,可有效应对浅表层及隧道不良地质问题。4）本研究成果可指导川藏铁路建设施工运营,也可为滇藏、中尼等铁路的勘察设计及建设施工提供参考。     

适应复杂多变地质隧道双结构TBM研制与应用

川藏铁路隧道建设面临着高原高寒、地形高差大、地质条件复杂等方面严峻挑战，应用全断面隧道掘进机（Tunnel Boring Machine）是高效建成川藏铁路隧道的有效途径之一，但常规TBM已无法满足复杂地质多变隧道施工要求。为保障TBM安全、高效施工，提出了一种适应极端复杂地质环境的新型双结构TBM，首先，探讨了不良地质下传统TBM的适应性，分析了敞开式TBM在极端复杂地质环境下隧道变形机理；进一步地，针对不良地质下敞开式TBM施工痛点，基于常规敞开式TBM结构，开展了预留超前地质预报接口、主机结构增强、强化支护能力和清渣能力、释放地应力、安全防护措施等一系列创新性设计，并建立了常规地质“网-喷-锚”敞开支护和不良地质“钢管片-辅推”封闭支护的双结构支护体系；最后，依托于色季拉山项目，评价了双结构TBM在不良地质条件下的适应性，现场整体掘进率表明，应用效果良好。对于解决TBM复杂地质条件下施工有一定的借鉴意义。     

基于多判据的“三高”地区公路边坡稳定性的综合评价

高寒、高海拔、高地震烈度地区的边坡稳定性比一般地区更为复杂,评价时须考虑冻融、风化、地震等影响因素。选取模糊综合评价法、极限平衡法、数值计算法、可靠度分析法计算结果作为基础指标,采用改进的层次分析法确定指标权重,根据模糊数学理论计算指标隶属度,构建多判据下"三高"地区公路边坡稳定性综合评价模型。基于该模型对乌尉高速公路K53~K78区段岩质边坡的稳定性进行分析,结果与TFBQ体系评价结论吻合,验证了该模型的正确性及合理性。     

超深定向钻探技术在川藏铁路隧道勘察中的应用

针对川藏铁路沿线地形高差大,隧道工程顶部地形陡峻,隧道长、埋深大,交通条件极差,竖向深孔勘探无法实施等难题,以及现有定向勘探钻机在高山峡谷地区铁路勘察适应性差和定向勘探技术不能满足铁路隧道勘察对全孔地质岩芯取心的技术要求等方面存在的不足,提出开展超长绳索取心定向钻探器具与装备研发、钻进技术与工艺研发、勘探模式研究以及铁路超长定向勘探应用与示范工程。通过阐述超深定向钻探技术在川藏铁路隧道工程勘察中的应用现状,提出其发展建议。结论表明：1）通过超长水平定向勘探技术与装备研发,解决了川藏铁路水平深孔钻探装备难题,创新形成一套水平绳索定向钻进器具与工艺,实现国内零突破,形成一套超长绳索取心定向勘探工法。2）通过自主研发的GXD-5S千米级全液压动力头定向钻机和超长绳索取心定向钻进技术成功应用于川藏铁路卡子拉山一号隧道,并作为示范工程创造了国内水平绳索钻杆PQ（直径122mm）深度588m和HQ（直径96mm）974m两项最新记录。3）基于水平钻探、斜向钻探和仰斜定向钻探三种勘察模式,构建了高山峡谷地区隧道勘查设计特殊地质因子获取地质新模型。4）川藏铁路雅安至昌都段共完成超深绳索取心定向勘探钻探27孔,其中最深水平定向钻孔深度达1616.8m,是国内采用NQ系列水平绳索取心最深钻孔,为超深定向钻探技术更好的服务铁路勘察设计和推广应用提供支撑。     

石质山区崩塌灾害形成机制——以四面山国家级风景名胜区红岩山为例

崩塌是石质山区主要的地质灾害,崩塌源通常存在稳定性较低的大量危岩体,其形成机制是防治崩塌灾害的关键环节.现场调查发现,四面山国家级风景名胜区红岩山崩塌源的危岩可分为坠落式危岩、倾倒式危岩、座滑式危岩和扶壁式危岩4类,所占比例分别为70%、15%、8%和7%;具有4级陡崖的地形特征、硬质砂岩和软质泥岩交互沉积、近于正交的3组岩体结构面是红岩山崩塌灾害孕发的主要环境地质条件;根据现场观测,岩腔后侧壁泥岩压裂风化速度5.2 cm/a左右,是斜坡表面裸露泥岩气候风化速度的3～6倍,岩腔的形成过程是崩塌灾害演绎的起搏器;运用地貌学方法揭示了红岩山崩塌灾害链式演化规律,当岩腔深度超过3 m后,岩腔顶部的危岩块易于发生崩塌.     

藏东川西交通廊道波密至林芝段重大工程 水文地质条件及问题研究

为研究藏东川西波密至林芝段重大工程的水文地质条件和存在的主要工程水文地质问题,在参考前人研究成果基础上,通过开展关键钻孔岩心地质编录和野外水文地质调查等研究工作,得出了相关研究结果。结果表明:沿线具有高寒、高陡、高地震烈度、高地应力、高地温、高水压等复杂的地质环境特征,主要存在深埋长大隧道高水压涌突水、断裂带基岩裂隙高压突水、高温热水热害、隧道排水对生态环境影响等四类水文地质问题。易贡隧道外水压力预测值在0.80~3.47 MPa之间,易贡隧道和色季拉山隧道预测涌水量最大值接近或超过10×10⁴m³/d,拉月隧道附近沿线25个钻孔实测孔底温度在12.5 ℃~93.5 ℃。     

港口湾水库灌区干渠1#隧洞工程地质条件及评价

介绍了根据港口湾水库灌区干渠1~#隧洞场区的工程地质条件,从断层、裂隙、岩体风化特征及渗透性等方面论述了隧道进出口边坡及围岩的稳定性,为隧洞的设计、施工可能出现的问题提供地质依据。     

地质分析法在隧道岩溶探测中的应用

在碳酸盐岩地区隧道施工过程中,岩溶地质灾害是常见的地质灾害,往往造成重大经济损失及人员伤亡．地质分析法是隧道施工地质预报的1种基本方法,也是所有采用地球物理探测方法进行隧道施工地质预报的基础．结合具体工程实践,在对碳酸盐岩发育地区岩溶发育条件及发育规律总结归纳的基础上,采用地质分析法,通过对杭瑞高速公路毕都段街上隧道所揭露的岩性、构造、地形及附加岩溶发育情况等进行调查与分析,得出岩溶发育的重点区域,并在实际开挖当中得以验证．     

隧道围岩分级判别的未确知均值聚类模型

基于未确知测度理论,建立隧道围岩分级的未确知均值聚类分析模型。针对隧道围岩分级判别中等级评价中许多不确定性影响因素,选用岩石等级、风化程度、岩体弹性纵波波速、岩体结构、地质构造影响程度、节理裂隙发育程度和地下水情况等7个指标作为隧道围岩分级的判别因子;以20组隧道围岩实测数据作为训练样本,建立各评价因子的未确知测度函数,用各分类样本平均值表示其分类中心;根据信息熵理论计算各评价因子的权重,依照置信度识别准则进行等级判定;用建立的模型对20组实测数据逐一进行回检,正确率为100％。将建立的模型对待分类的10个样本进行测试,并与实际结果进行比较。研究结果表明：该模型判别预测结果与实际结果吻合,比较客观地反映了隧道围岩分级的复杂状况;且方法科学合理,意义明确,为隧道围岩分级判别提供了一种新思路。     

山区隧道垭口段围岩稳定性研究

山区高速公路长大隧道往往要穿越多个垭口。垭口地区隧道常常埋深较浅,地质条件复杂,地下水发育,因此隧道施工中容易发生塌方事故。建设中的十漫高速公路,地处两郧断裂带穿越地区。本文结合其最长的隧道———二道垭隧道施工中的塌方事故,分析了垭口不良地质条件对隧道围岩稳定性的影响,介绍了治理垭口地段隧道塌方的具体措施,提出了做好地质超前预报、防止垭口地段隧道塌方的建议。本文工作不仅对该隧道其他垭口处的施工有指导意义,同时也可为其他山区长大隧道的建设提供参考。     

基于影响因素的隧道洞口岩质斜坡稳定性评价——以成兰铁路某隧道出口斜坡为例

以成兰铁路某隧道出口斜坡为例,将地层岩性、岩体结构与地质构造、工程开挖、震动作用和地貌条件确定为影响稳定性的主要因素;运用巴顿模型,获得主要结构面等效抗剪强度参数并应用于赤平投影分析;分别采用有限元和离散元软件对斜坡洞口开挖及地震作用下的稳定性进行数值模拟分析;综合多种方法的分析结果作出稳定性评价。最后给出了基于影响因素的隧道洞口岩质斜坡稳定性评价的几点认识。       

石佳矿山高边坡崩塌特征与失稳模式分析

高位崩塌灾害是矿山典型且频发的地质灾害,常常导致巨大的经济损失甚至人员伤亡。本文以河津市石佳矿山为研究对象,基于已有地质资料和现场调查情况,分析崩塌发育特征以及失稳模式类型,并通过Rocfall模拟危岩体失稳过程。研究结果表明:研究区受采矿扰动形成高陡裸露岩质边坡,陡倾裂隙发育,在差异风化作用下危岩体将达到极限状态,最终导致崩塌灾害;坡体中上部仍发育大量危岩体,风化程度不一,可在不确定时间内失稳崩塌。区内崩塌成因均为卸荷?拉裂型,根据危岩体特征具体分为滑移式、倾倒式、鼓胀式、坠落式。文章通过数值模拟获取了危岩失稳运动的理论路径图、弹跳高度、总动能、平移速度及停积位置分布特征等,发现危岩落石对坡脚公路、平台、厂房均有影响。河津市内分布有大量灰岩石矿,长期无序开采已对区内地质环境造成严重破坏。石佳矿山规模大,破坏严重,具有一定代表性,通过研究石佳矿山边坡崩塌失稳特征、影响因素以及运动学特征,可对河津市矿山地质灾害识别以及治理提供一定理论依据,具有现实意义。     

综合地质预报技术在归屯隧道特殊地段的应用

在归屯隧道穿越地表则里村部位的工程地质条件分析基础上,即本段主要存在一断层、部分地段埋深不大且岩体风化深度较大、线路左线经过村庄内一古建筑、地下水的影响等工程地质问题,选择"以地质法为基础、洞内以HSP与TSP-200进行掌子面探测,地表采用地质雷达探测对隧道此段进行综合超前预报"。实践证明,采用该综合预报方法满足了施工要求,达到了快速、安全通过隧道特殊段的目的。     

泸定地震诱发灾害特征分析

2022年9月5日，四川省泸定县海螺沟景区发生6.8级地震，震中烈度Ⅸ度。相较于2008年汶川8级地震和2013年芦山7级地震，此次地震震级要小，但是地震区为山区，地质灾害发育，造成交通中断、118人死亡或失踪。为探究泸定地震损失情况，作者对泸定县和石棉县的主要地震影响区进行了为期5 d的考察。基于考察成果和区域地质资料，对地质灾害孕育、建筑结构震损和人员伤亡情况进行了分析，以期为灾后重建提供参考。主要结论如下：1）地质灾害的上盘效应不突出，灾害主要分布于烈度Ⅶ度及其以上地区，规模小，以崩塌或落石和浅层滑坡为主，偶见基岩平面滑动和土体圆弧形滑动。2）地质灾害形式受地质条件控制。泸定县得妥镇以上为干热河谷，山坡卸荷较强，风化程度低，主要灾害形式为落石；得妥镇以下降雨量相对较大，山坡卸荷、风化严重，主要灾害形式为浅层滑坡。3）地质灾害主要出现在山脊、陡缓坡交接部位、侵蚀沟槽两壁，以及公路沿线。工程扰动是地质灾害密集分布和人员伤亡的促发因素。4）建筑结构震损主要出现在Ⅸ度烈度区，以磨西镇的震损最为严重。农村自建房屋和老旧建筑施工质量是影响结构抗震能力的主要问题，灾后重建房屋选址需要考虑场地效应影响。5）在高山峡谷地区，公路边坡加固和建筑结构避开落石影响区是降低地震伤亡率的有效措施。     

基于地震探测的围岩分类及其应用

大瑞铁路高黎贡山隧道工程地质条件复杂,施工过程中掘进面大量涌水。为有效预防突水事故等突发性地质灾害的发生,基于TSP地震探测系统对掘进面前方围岩富水段和节理裂隙发育段等地质异常段进行探测。通过信息提取,研究地震信息与围岩稳定性的响应关系,建立地质异常评价指标体系,采用聚类分析法研究地震波空间分布特征、围岩物理力学参数、富水区与节理裂隙等地质异常体之间的相关性,将研究区围岩进行富水性和稳定性分级,并应用于PDZK225+999掘进面前方120 m范围内地质异常体预测。结果显示:掘进面前方50 m内围岩富水性较强,围岩类别为W2和S3,掘进面前方50～90 m内围岩节理裂隙异常发育但富水性不强,围岩类别为W3和S3,W4和S2,W4和S4。经超前水平钻探和实际隧道施工揭露验证,基于地震探测的围岩分级方法可行,分类结果与实际高度吻合,预测预报结果准确、可靠,有效提高了地震探测成果的可靠性。     

基于压力 - 状态 - 响应模型的引江济淮工程安徽段沿线区域生态安全评价

生态安全评价是评估生态环境是否健康安全的一种研究方法。以引江济淮工程安徽段沿线区域为例,基于压力 - 状态 - 响应模型构建生态安全评价指标体系,运用层次分析法和熵权法分别对选取的 20 个评价指标因子赋权得到权重值,进行权重值的组合,然后计算生态安全等级,进而评价引江济淮工程安徽段沿线区域的生态安全。结果表明：①引江济淮工程安徽段沿线部分地区仍处于不安全 - 较不安全等级,生态安全指数的分布存在一定空间差异,人类活动是研究区部分地区生态压力指数偏高的主要影响因素。② PM2.5 年排放总量、土地胁迫指数、生境质量指数、水网密度指数、植被覆盖度、年总降雨量、地形坡度、造林面积是影响引江济淮工程安徽段沿线区域生态安全的主要因素。③人口密度大、发展速度快的城市生态安全指数较高,而发展缓慢的城市生态安全指数反而较低,这与城市推行生态保护政策的力度有很大的关联性。     

综合法超前地质预报在特长隧道中的应用

我国是一个多山的国家,山区的铁路建设需要修建大量隧道,并向深埋、长大方向发展.随之而来的地质问题也会更为复杂化,超前地质预报在隧道施工中变得尤为重要.本文则提出以地质调查法为基础,以地震波法做长距离预报,局部异常段采用水平声波反射法(HSP)进行中长距离复核探测,以地质雷达法和红外探水法进行短距离精确预报的综合预报方法...     

微动技术在大连地铁岩溶勘察中的应用

大连地铁5号线沿线区域岩溶发育,前期勘察阶段受勘察手段和钻孔间距限制,存在较多岩溶勘察空白区域,给地铁盾构施工带来极大的地质隐患和技术风险。因此采用微动新技术,查明复杂城市环境条件下地铁沿线隧道洞身影响范围内岩溶的分布及发育情况。在微动解译的岩溶异常靶区布置钻孔验证,同时采用高精度跨孔地震CT对岩溶规模进行扫描。对比分析表明,微动二维视S波速度剖面能够直观、准确地显示地下地质体高低速地球物理性质,对低速岩溶地质体的规模、形态刻画精度与钻探揭露、地震CT探测精度基本一致。由此可见,微动是一种抗干扰能力强、场地适用性广、成果解释可靠的新方法,尤其适用于复杂城市环境下地质勘察工作,具有经济、高效、无损、快速的特点,建议在城市轨道交通不良地质体勘察工程项目中推广应用。