复杂岩溶地区隧道涌水预测方法研究

 岩溶地区隧道地下水涌水预测方法和理论是长期以来难以突破的水文地质难题。基于我国岩溶地区隧道突(涌)水实例分析,从岩溶蓄水模式角度揭示岩溶区易发生涌水的构造机制,指出当前地质超前预报手段在涌水预报方面存在的问题。就岩溶地区隧道涌水量的预测理论研究现状,系统分析各预测方法的优缺点和适用条件。对不同含水地质构造的岩溶区进行划分,提出相应较合理的隧道涌水量预测方法,并结合工程实例验证其可行性。所得结论可为岩溶隧道涌水的预测研究提供借鉴。     

基于岩溶突涌水风险评价的隧道施工许可机制及其应用研究

 突水涌泥是岩溶隧道施工中的主要地质灾害之一,建立基于勘察、设计和施工3个阶段突水风险评价的隧道施工许可机制是减少损失和控制风险的有效途径。通过对我国近50 a岩溶隧道(洞)突涌水工程实例资料的系统收集与归类整理,分析隧道突涌水的孕险环境和致险因子,遴选出突涌水的典型影响因素作为模糊层次评估方法的影响因子,统计分析出各影响因素与突涌水发生概率和发生次数之间的隶属函数或表征关系,采用综合赋权法确定评价指标的权重,建立岩溶隧道突涌水风险模糊层次评价模型,进行隧道施工前勘察和设计2个阶段的突涌水风险预评价和施工中的动态评价。首先,据勘察资料对隧道突涌水的孕险环境进行初步评价,以确定隧道不同区段降低致险因子影响度的施工对策;然后,为检验其有效性,在设计阶段综合考虑孕险环境和致险因子进行突涌水风险的预评价;最后,在施工过程中,基于突涌水风险预评价结果的区段特征,全程动态追踪隧道揭露围岩的水文地质、力场和地球物理场等反馈信息,辨识隧道即将揭露区段突涌水风险的孕险环境和致险因子,进行突涌水风险等级的动态修正,并通过对不同风险等级区段的风险接受准则和风险控制对策的界定,实现隧道施工期突涌水风险的实时、准确和有效的风险管理,从而建立完善的基于隧道施工许可机制的施工安全风险控制体系。经三峡翻坝高速公路3条高风险岩溶隧道试运行证明,基于突涌水风险评价的施工许可机制在岩溶隧道突水预测与灾害控制方面具有明显作用,其分析结果相对准确可靠,具有广泛的应用前景。     

大广高速紫荆山隧道岩溶水系勘测及涌水量预测

以大广高速紫荆山隧道为例,综合采用钻探、遥感、大地音频电磁和浅层地震折射物探等技术勘测隧道基岩及其风化情况、断层破碎带的位置、隐伏岩溶及洞穴的空间分布和充填情况,分析隧址区岩溶发育特征及可能突涌水位置。在此基础上,采用多模型方法预测隧道正常与最大涌水量,并与现场实测值进行了对比,最大涌水量预测误差为19.4%,表明所采用的勘测手段及涌水量预测方法的有效性,可为类似岩溶隧道工程的突涌水灾害预防提供参考和指导。     

西南某岩溶隧道涌水量预测的应用研究

岩溶地区隧道地下水涌水预测方法和理论是长期以来难以突破的水文地质难题。基于我国西南地区岩溶发育特点,从陆地水文学入手,结合工程实例,提出利用流域水文模型法与回归分析法预测岩溶隧道突(涌)水问题,并利用分析结果提出隧道施工进出洞水文地质预警条件,对岩溶隧道施工过程中涌水量的预测具有一定的指导意义。     

三峡库区典型岩溶隧道突涌水灾害防治与应用

三峡翻坝高速公路沿线水文地质条件极其复杂,岩溶不良地质十分发育,隧道施工突涌水风险极高。为控制突涌水风险,经过大量工程实践,依托三峡翻坝高速公路,提出一套高风险岩溶隧道突涌水防治体系。首先,通过岩溶水文地质调查方法,分析地层岩性、地形、地貌等信息,揭示区域岩溶发育特征和补排通道,并对降雨量、水流流量等数据进行长期观测,确定区域岩溶水的补径排特点;然后,通过分析突水风险孕险环境与致险因子,结合施工工程动态信息,对隧道突水进行动态风险评估,提出并成功实施一种基于隧道施工风险评估的超前地质预报体系;最后,根据综合超前地质预报结果,对突水治理方案进行动态优化设计,确定治理区段与治理方案,并在施工过程中进行开挖、支护和注浆的质量控制。经三峡翻坝高速典型岩溶隧道鸡公岭隧道的应用证明,该体系可有效规避大型突涌水等地质灾害,可为三峡库区和清江流域内其他工程所借鉴,具有广泛的应用前景和工程实用价值。     

花岗岩蚀变带隧道涌水量预测研究

红豆山隧道主要穿越云母花岗岩、变质花岗糜棱岩等非可溶岩地层,施工期间其2号斜井平导发生了大规模突涌水。为合理预测隧道涌水量,对红豆山隧道穿越花岗岩蚀变带地区的工程特点及涌水的成因机理进行了分析,并建立了相关的涌水评价等级层次结构模型。结合研究区水文地质条件及现场监测情况,对红豆山隧道涌水量危险性进行了等级划分,利用模糊数学预测了红豆山隧道2号斜井的涌水量。结果表明:(1)影响红豆山隧道涌水的相关因素主要分为工程地质、水文地质及隧道工况3个方面,共9个因素;(2)提出的模糊数学模型预测的平均涌水量与实际工程涌水量的误差为2.61%,满足工程实际施工的准确性精度,能够为类似工程的涌水量预测提供参考。     

龙潭隧道F2断层处涌水突泥机理及治理研究

在岩溶地区深埋长大隧道的施工过程中,当隧道穿越断层、岩溶发育地段和富含水区域时,容易发生涌水、突泥等事故,给施工安全带来极大威胁。龙潭隧道属于深埋特长岩溶隧道,施工期ZK72+205~ZK71+940段断层溶蚀带发生了四次涌水突泥事故,针对这四次事故,基于该段地层的岩溶发育规律,从地质学角度系统地分析了涌水突泥机理。分析得到:具有丰富补给来源的地下水、松散的岩溶洞穴堆积物给涌水突泥创造了必要条件,一经开挖扰动,事故一触即发。基于涌水突泥机理的分析结果,合理选择了超前小导管挤压劈裂注浆、负压排水、长管棚注浆、前进式分段高压注浆等治理措施,成功穿越了该段,完成了贯通,所得结论对类似工程具有一定的借鉴意义。     

高家坪隧道地下水系统识别及涌水量预测

以宜保高速高家坪隧道为研究对象,重点剖析高家坪隧道工程区的地质条件,在此基础上,综合采用地下水示踪试验、地下水化学组分测试、降雨量与地下水动态长期观测等多种技术手段对高家坪隧道区域岩溶发育特征、岩溶隧道突涌水条件进行了分析和探索,查明了各岩溶水系统的边界及之间的水力联系,分析了岩溶系统与隧道的空间关系及其对隧道安全的影响,揭示了岩溶系统的水文响应特征,并采用分布式TOPMODEL流域水文模型模拟流域的流量过程,预测了隧道的正常和最大涌水量。结果表明:隧道ZK45+500~ZK46+900段涌水最大峰值流量可达3.56 m³/s,滞后降雨3 h,最大涌水量47 984.7 m³/d,与实测值吻合较好。本文工作可为我国岩溶地区类似隧道工程的突涌水灾害预防提供参考和指导。     

基于破碎带涌水预测的山岭隧道施工许可机制研究

 突涌水事故是山岭隧道穿越各种破碎带时遭遇的主要地质灾害,建立隧道施工许可机制是减少损失和控制风险的有效途径。隧道施工许可机制是一个基于涌水量预测、地质预报、封堵加固措施、开挖方法、施工组织管理和综合评价的风险控制机制,是一个动态调控机制,只有当许可评价的风险在可接受的范畴内才可以施工,否则应调整施工措施,避免灾害的发生。首先,基于经典地下水理论建立涌水量计算模型,实现对隧道穿越破碎带可能涌水量的超前预测;针对待开挖的隧道,基于综合超前地质预报技术体系,实现对掌子面前方待开挖破碎带的规模、空间展布和岩体特征的精确预报;然后,将地质预报和涌水量预测结果同拟采用的封堵加固措施、开挖方法、施工组织管理等因素共同构成施工许可的评价指标,通过综合评价方法判定施工的风险,确定施工的安全性;最后,将此方法应用于泰宁隧道穿越F2破碎带的施工中,根据评价结果,确保隧道安全通过此破碎带。基于破碎带涌水预测的施工许可机制在隧道突水预测与灾害控制方面具有明显作用,其分析结果相对准确可靠,具有广泛的应用前景。     

基于BP神经网络法的某公路隧道涌水量研究

隧道突涌水会使隧道施工安全性和施工顺利程度受到干扰,并且会影响到隧道建成运营质量,准确的预测隧道涌水量可以起到指导施工,保证工程质量的作用。以江西某公路为研究对象,选取地质构造、渗透率、降水量和水头高度作为评价因子,基于BP神经网络建立了公路隧道涌水量预测模型,成功的对公路隧道涌水量进行了预测,取得了良好的效果。     

裂隙岩体深埋长隧洞断裂控水模型及突、涌水量多因素综合预测

 由于深埋长隧洞围岩的力学、水力学特性明显区别于浅埋隧洞,且深部岩体不易勘探,因此深埋隧洞突、涌水量预测难度较大。针对高地应力、高水力梯度和高地温等复杂的深部地质环境,结合南水北调西线工程,提出了以断裂控水模型为基础的多因素综合评判方法。该方法是以大型断裂带为主要地下水通道的宏观地质模型作为基础;再分别研究对突涌水有影响的各种深部地质环境因素的影响规律;最后对宏观模型估算的突、涌水量进行综合修正。该方法为评价深埋长隧洞突涌水和隧洞施工与防护提供一种新的思路。     

Set pair analysis for risk assessment of water inrush in karst tunnels

Considering the uncertain characteristics of water inrush in karst tunnels, the set pair analysis (SPA) method was newly applied in this study for risk assessment of water inrush. First, karst hydrology and engineering geological conditions were considered, and several main influencing factors were selected as evaluation indices, such as formation lithology, unfavorable geology, groundwater level and contact zone of dissolvable as well as other factors. Second, a set pair was established with the combination of the evaluation indices and the standards of risk grade. Then, the evaluation indices of water inrush were divided into two main types: economic and cost indices. Based on set pair analysis (SPA), the graded connection degrees of evaluation indices were calculated. Finally, the established risk evaluation model of water inrush with set pair analysis was applied to the Jigongling tunnel on the line of the Fanba expressway in China. The results not only are consistent with the results of the attribute mathematical theory, but also agree well with practical situations. In addition, the method of set pair analysis used in this study could provide relatively high accuracy when applied to risk assessment of water inrush in karst tunnels. Meanwhile, SPA is simple, feasible and easy to implement. The presented method has been validated as an effective method of risk assessment for water inrush, which also has good prospects for further engineering applications.

     

基于风险动态评估与控制的岩溶隧道施工许可机制

翻坝高速鸡公岭隧道穿过 寒武系石龙洞组 强岩溶含水层,地下水位高于 隧道底板 约 150~200 m ,施工中 极易发生 大型 突水突泥灾害。为控制施工风险, 研究了隧址区岩溶发育特征,突水突泥风险孕险环境、致险因子、动态管理与控制方法, 建立 了基于综合赋权专家评分法的初步评估、二次评估与动态评估模型, 首次提出并成功实施了一种基于隧道施工风险动态评估的风险控制新机制：施工许可机制。 该机制不仅可在岩溶隧道施工风险控制过程中应用,对于其他类型隧道与工程施工风险控制亦有借鉴意义, 已成功应用于翻坝高速鸡公岭隧道突水突泥施工风险控制,并开始应用于宜巴高速隧道施工中,岩溶、软岩大变形、塌方等灾害风险控制。     

深埋岩溶富水地层铁路隧道泄水洞设计

深埋岩溶富水地层的隧道设计和施工一直是隧道界的难题,岩溶区隧道不仅在施工存在发生突水、突泥的施工安全风险,运营阶段还可能会产生高水压衬砌开裂、渗水及水沟排水能力不足等长期病害,严重影响铁路隧道运营安全。基于改建铁路阳安线增建第二线田坝村隧道岩溶裂隙水泄水洞工程实例,结合现场揭示地下水的来源及涌水特点和涌水量,对泄水洞平纵位置设置方式进行了方案比选,详细分析了高位泄水洞和低位泄水洞的优缺点,同时对平行泄水洞及横洞段与正洞的位置关系及各部位结构设计进行了优化设计,解决了隧道施工及运营期岩溶水害难题,可为今后同类工程设计提供参考。     

基于DBL理论的隧道排水管岩溶水结晶规律研究

针对岩溶区隧道排水管结晶堵塞问题,在DBL理论的基础上结合水动力学,分别讨论了层流、紊流两种流态下的流速分布并推导出结晶沉淀速率函数表达式;采用模型试验的方法对岩溶水结晶规律进行探讨,以管道铺设坡度和液面高度为变量,将结晶厚度增长速率作为结晶沉淀速率分析指标,结果显示:随着管道铺设坡度的增大,结晶厚度增长速率逐渐减小,随着管道液面高度的增大,结晶厚度增长速率逐渐减小。此外,对比理论与试验的结果发现管道铺设坡度为3%、4%、5%时,相对误差分别为11.54%、10.14%、11.29%;管道液面高度为7.2 mm、10.2 mm、13.3 mm时,相对误差分别为11.29%、15.87%、15.09%,因此在误差允许的范围内,可认为结晶沉淀速率函数预测模型得到了有效的验证。     

圆梁山隧道岩溶突水特征分析

通过统计分析圆梁山隧道5 个深埋充填型溶洞的突水情况、涌出物介质,并结合溶洞涌水量和地表降雨量的关系对比,以及连通性试验和水质分析,总结归纳了圆梁山隧道岩溶的突水特征、岩溶类型和岩溶水动态特征。     

深部岩溶隧道溃水灾害特征分析及形成机理研究

宜万铁路马鹿箐隧道2006年1月21日发生了中国铁路建设史上最大规模的的超级突(涌)水,突水瞬间流量超过200 m3/s,涌水总量大于100万m3,其后又多次突水.在总结马鹿箐隧道多次超大规模岩溶突水的基础上,分析岩溶超级突水的基本特征,并将这种超级突(涌)水定义为"岩溶溃水";通过研究诱发溃水的岩溶地质规律,提出深部...