谈岩溶隧道突水与防治

简要概括了岩溶的定义,从地质、气象、施工三方面,分析了影响岩溶隧道突水的主要因素,论述了岩溶隧道突水造成的危害,提出了岩溶隧道突水的预防与治理措施,为岩溶隧道突水防治提供理论依据。     

岩溶区大断面隧道突泥突水的防治技术

以实际工程为例,对岩溶区大断面速调管突泥突水情况出现的原因进行了分析,对岩溶区大断面隧道突泥突水的预测进行了阐述,最后对岩溶区大断面隧道突泥突水的防治技术进行了探讨。     

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...     

煤矿区突(涌)水系统分析模拟及应用

按照系统论、控制论、信息论的思想方法，将开滦范各庄煤矿防治水实践活动所获得的各种信息，采用多源信息采集及关联信息提取处理的二次开发技术，总结出突水系统原岩应力、应变特征及含水介质富水性规律；在此基础上，一方面，围绕揭示突水系统自组织演化过程规律，运用力学分析和数值模拟方法，提取、突出和升华揭示突水机理、概化突水模式的有用信息，提出了柱式通道剪、拉、压复合以剪为主的岩层破坏力学机制，并建立了厚壁简模型及突水理论判据，可以有效预测突水部位及突水与否，指导防治工作；另一方面，为难确模拟预测矿井涌水量，采用广义三重介质渗流模型对范各庄矿井地下水系统进行了模拟预测。总体实现了岩体结构、地下水、地下工程在突(涌)水系统中的交叉和统一。采动影响下巷道及采面的FLAC^3D数值模拟显示，柱式构造的存在使底板的应力、应变分布极不均匀，在采空区煤壁边缘线内外，底板岩层受升、降错动产生的剪应力、上凸弯曲产生的拉应力和压应力的三重作用，当三重复合力学作用超过岩体强度极限时岩体失稳破坏。通过北方煤矿区岩溶陷落柱这种特殊构造形式的深入研究，认为适当的岩溶及地质构造是岩溶陷落柱形成的基本要素。按岩体结构控制论的观点，将煤矿突水划分为陷落柱、断层(或破碎带)、完整结构岩体三种突水模式。突(涌)水条件分析表明，不论岩体结构如何，采动矿压和构造(如陷落柱)存在降低了岩体强度，当承压水压力大于关键层的最小主应力时，承压水的渗水软化和压裂扩容作用，导致地下水突破其中的关键部位(层)，而形成突水。范各庄2171综采工作面特大突水模型的建立及突水判别的实际计算表明，‘柱体通道’突水模式概化准确，‘厚壁简’力学模型切实可行，突水判据正确，且切合实际。多源信息处理同时阐明，原岩应力应变控制了介质的富水性规律，陷落柱、褶皱轴部裂隙带和断裂构造是范各庄矿井地下水系统补、径、排的主要控制因素，是系统的主干裂隙介质，而陷落柱作为含水介质的主干裂隙，其水文地质特征、渗流量计算等均不同于断裂裂隙或褶皱轴部裂隙，概化为另一类主干裂隙介质。范各庄矿井地下水系统以煤层底板砂岩介质为主要目标含水层，F0断层及其伴生构造、井口向斜轴部、塔蛇向斜轴部、13号陷落拄为主干裂隙，其间为等效裂隙岩块，主干裂隙控水且主干裂隙水流服从水流三次方定律，陷落柱等同水流管道，裂隙岩块等效多孔渗流介质，用水量交换耦合组成广义三重介质渗流模型，该模型充分体现了煤系裂隙含水系统流场的空间特征，特别是强径流带和局部非连续渗流特征。流场和模型识别显示，范各庄矿井底板砂岩含水层正常裂隙岩块的渗透性及储水性较差，矿井水主要来源于构造导通的下部灰岩含水层；以不同矿井(突)涌水量为输入，运行系统模型，所得的流场形态分析认为，三水平12～14煤含水层的正常涌水量以10m^3／min较为适当，最大涌水量不超过15m^3／min，矿井正常总涌水量20～25m^3／min，矿井最大总涌水量30m^3／min。此外，应用突变理论研究了突水的充分必要条件、突变特征和底板稳定性影响因素。     

深埋长大公路隧道高地应力岩爆和岩溶涌突水问题及对策

对二郎山和华蓥山隧道在建设过程中的高地应力岩爆与岩溶涌突水问题进行了研究，概述了二郎山隧道地应力场，岩爆及围岩变形的监测预报，并对华蓥山隧道岩溶涌突水的特征，原因及对隧道的影响进行了研究：提出了岩爆和涌突水的防治措施，并予以实施。     

岩溶隧道突水防治对策研究

在隧道工程中,经常性遇到岩溶地质等不良地质,在施工时极易出现突水、突泥及坍塌等现象,具有较大的潜在隐患。基于此,首先分析了隧道突水的类型,并在此基础上分析了岩溶隧道突水灾害发生的影响因素,并详细分析了防治技术,以期能为其他岩溶隧道工程突水防治提供参考借鉴。     

岩溶隧道突水灾害防治研究及优化分析

马口排隧道岩溶不良地质十分发育、复杂多变,并穿过破碎带或断裂构造破碎带,隧道施工开挖极易产生大规模坍塌,突水可能性较大。为控制突水风险,依托龙怀高速公路马口排岩溶隧道为工程背景,通过系统的实际现场地质勘察和理论分析,针对马口排岩溶隧道的岩溶发育规律进行探讨,充分考虑地层岩性、地下水位、预测突水量和人为因素等的影响,对马口排隧道岩溶段施工过程中的发生突水灾害的风险进行了分段评价。在此基础上,对不同突水风险段制订最佳超前地质预报方案,并根据预报情况优化突水灾害防治措施。经龙怀高速公路马口排岩溶隧道的应用证明,该研究可有效降低突水灾害现象发生所带来的损失,对于其他类似岩溶隧道的突水灾害防治具有一定借鉴意义。     

承压水岩溶隧道突水机理细观模拟研究

基于隧道突水的地质模式和流固耦合理论,通过颗粒流数值仿真对突水通道的形成过程、岩溶突水的影响因素进行分析。结果表明,对于不同的地质模式,关键突水通道的位置可能不同,但其形成机制都是在隧道开挖卸载和岩溶水压驱动下,岩层裂纹萌生、扩展、水压跟踪传递,从隔水层变成导水层的演化过程。隧道近距穿越岩溶结构时,保证隔水岩柱的完整性和稳定性是防止承压水溶洞突水和减小灾害损失的关键。结合工程实例分析,验证了颗粒流模拟岩溶突水过程的可行性,研究成果对从微观领域研究隧道突水理论奠定了基础。     

深埋隧道岩溶突水安全风险评价模型研究

基于诱发深部岩溶隧道突水灾害风险因子群的识别,得到了岩溶突水的安全性参评指标并构建出评价指标体系;基于层次分析法,通过专家调查建立了参评因子的判断矩阵及各级权重比较矩阵,并计算得到了各因子的权重值。在此基础上,基于模糊数学理论,建立了隧道岩溶突水安全性评价模型及评判标准。最后结合马鹿箐隧道工程实例,对深部岩溶隧道突水安全风险进行了综合评判,结果与马鹿箐隧道突水实际情况一致,证明了评价模型的正确性与合理性。研究结论可为今后类似隧道工程岩溶突涌水灾害的安全评价提供借鉴与参考。     

穿越强岩溶地质条件的隧道安全施工初探——以宜(昌)万(州)铁路岩溶一级风险隧道为例

宜万铁路是我国铁路网"八纵八横"主骨架之一,铁路地处云贵高原区与长江中下游平原区的结合部,线路沿线地形复杂,其正线桥隧占线路总长的74%,其中70%的隧道穿越炭酸盐岩岩溶地层,隧道穿越岩溶区施工中存在隧道塌方、突泥、突水等高风险,是典型岩溶隧道灾害区.在宜万线岩溶隧道建设中,针对当前岩溶区隧道施工依然按一般隧道施工步序进行施工,对岩溶隧道灾害了解不深,考虑不全面,施工处于盲目、被动的状态的现状,在对已有岩溶隧道施工调查基础上,结合宜万线26座岩溶风险隧道的施工实践,以施工时间过程(施工前、施工中、施工时和施工后)为主线,提出了岩溶隧道施工的四阶段工作法,论述了不同阶段的工作内容和任务,完善和规范了岩溶区隧道的施工管理.宜万线岩溶隧道施工实践证明了四阶段工作法的有效性和可行性,该方法对经济合理、安全可靠地进行岩溶区隧道的施工具有积极的指导意义.     

探测岩溶隧道突水突泥塌方体规模的综合方法

提出了一种岩溶隧道突水突泥塌方体规模的综合探测方法,即运用地质分析法,与地质雷达、地质钻探相结合的综合探测方法。通过实际工程运用,取得了较好的效果。     

统一强度理论下掌子面防突安全厚度理论研究

为防止溶腔岩溶水压裂掌子面临空断面而造成隧道突水突泥,在掌子面临空断面前方预留一定厚度围岩是处理高压溶腔的常见技术手段,而防突安全厚度则成为释能降压法等处治技术中的重要技术参数。本文基于统一强度理论结合弹性薄板弯曲推导出防突岩盘在简支和固支条件下的安全厚度解析解,并推导了防突岩盘在厚度一定时作用于防突岩盘后的溶腔压力。依托海口南渡江引水隧道进行工程应用,公式及计算结果表明,掌子面防突安全厚度与溶腔压力、岩体泊松比、掌子面半径、粘聚力有关。此成果为规避富水隧道高压溶腔突水突泥水害发生及富水隧道高压溶腔防突安全厚度设计、施工方面提供理论依据,避免突水突泥带来重大经济损失。     

隧道及地下工程岩溶危害预报的专家系统

在碳酸盐岩类地区修建铁路或公路隧道以及其它各种类型的地下工程时,可能遇到岩溶水突入、涌沙以及洞室坍塌等岩溶地质现象造成的危害。本文根据国内岩溶专家的经验制成专家系统,以便根据具体的水文地质和工程地质勘测资料,对工程所选定的位置和通过的地区的岩溶现象可能对工程发生的危害做出分级预报。本系统可在工程选址、设计以及施工过程中作为一个辅助决策系统为决策者提供信息,以减少工程失误,降低工程造价,保证工期。本系统业经有关专家初步验证,此外,本系统亦可供在水工隧道、地下厂房和矿山坑道的岩溶灾害预报工作中使用。     

基于有效应力概念的矿井临界突水系数修正及应用

 矿井底板突水和水压致裂具有同源的力学机制,都是确定岩石(体)破坏的临界水压(突水系数为单位厚度的临界水压)。从水压致裂理论分析得出,有效应力系数对其作用显著。针对矿井底板破坏突水问题,通过对突水实例模拟分析,从稳态和瞬态两方面深入探讨有效应力系数变化对煤矿底板破断突水过程的影响。基于有效应力概念,推导煤层底板在不同渗透状态下临界突水系数的公式。最后,根据矿井底板不同的渗透特性,提出修正突水系数的计算方法和现场测试使用方法,对深刻理解岩体破坏突水的渗流力学本质、突水系数的内涵、指导底板注浆防渗设计,具有重要的理论和实用价值。     

煤与瓦斯突出模拟试验研究

 以自行研制开发的大型煤与瓦斯突出模拟试验系统为手段,对其可靠性进行试验验证,并对不同含水率煤体发生煤与瓦斯突出时突出强度变化规律进行模拟试验研究。结果表明：研制开发的大型煤与瓦斯突出模拟试验系统的模拟试验结果与煤与瓦斯突出事故实际较吻合,且系统可靠性较好;随着含水率的升高,煤体发生煤与瓦斯突出的可能性减小,煤与瓦斯突出强度也呈减小趋势;在试验煤体含水率情况下,含水率与煤与瓦斯突出强度呈二次曲线关系。     

汉中天坑群小南海岩溶水水化学特征及其指示意义

以小南海岩溶水为研究对象,通过分析水化学和氢氧同位素数据,确定岩溶水中主要物质组分来源及补给径流特征,对岩溶水的合理开发利用及生态环境保护具有重要意义.结果 显示:所有水样均为弱碱性、低矿化度水,水化学类型以HCO3-Ca型为主;岩溶水溶质组分受控于岩石风化作用,主要来源于碳酸盐岩类和部分硫酸盐岩类矿物溶解,此外还受人...     

山西平陆县东部铝土矿床水文地质条件

平陆县东部铝土矿床地下水类型分为:松散岩类孔隙水,碎屑岩类裂隙、孔隙水,碳酸盐岩裂隙岩溶水,变质岩和岩浆岩裂隙水等4种。其中碳酸盐岩裂隙岩溶水水量最为丰富,属于单斜顺置型岩溶水系统。由于地下岩溶水的补给量明显大于排泄量,故推测黄河水下具有尚未发现的岩溶泉存在,并为今后进一步对该区岩溶水的研究提供一定的帮助。     

岩溶隧道涌突水原因分析及治理技术探讨

本文对岩溶隧道涌突水的类型、原因等方面进行了分析,并研究了其治理措施,旨在减少因岩溶涌突水现象而对工程施工所造成的影响。