岩溶隧道突水突泥致灾构造评判方法研究

针对岩溶地区隧道工程建设广泛面临的突水、突泥灾害风险,提出一种集成地质识别、物探解 译和钻探揭露的突水、突泥致灾构造评判方法。结合岩溶发育及其工程地质特征,提出突水、突泥构造 在地质识别、地质雷达法等勘探手段中的典型判据。以重庆石柱至黔江高速公路七曜山隧道为案例,阐 述该评判方法的实施流程及原则。结果表明:岩层倾角及其组合方式、地质构造、地表形态等地质因素 显著影响突水、突泥的发育及发生过程,且上述因素在地质雷达探测及钻探揭露过程中存在明显征兆及 典型判据;岩溶隧道突水、突泥致灾构造评判方法以“地质先行,物钻协作,贯穿全程,动态反馈”为实施 原则,能够有效提高致灾构造的识别准确度。     

基于变质量突水模型的隧道开挖安全厚度研究

突水突泥是隧道穿越岩溶、风化花岗岩等软弱地层常面临的地质灾害之一。在隧道开挖过程 中，预留必要的安全厚度是保障岩土体不被高水压击穿，遏制突水突泥灾害的重要措施。为了确定合适 的安全厚度，首先基于溶质运移和多孔介质渗流理论，导出可以考虑软弱地层颗粒物迁移的多场耦合突 水突泥理论模型；其次依托实际隧道工程，采用 Ｃｏｍｓｏｌ多场耦合系统开展不同安全厚度下的隧道渗流 侵蚀特性数值研究。通过分析地层孔隙率、渗透率、涌水及涌泥量发展规律，评定发生潜在突水突泥灾 害风险，进而确定合理的安全厚度。结果表明:防突厚度小于 4ｍ时，短时间内掌子面前方颗粒即发生 显著流失，极易形成突水通道，涌水涌泥量大大超过开挖设计的标准。当防突厚度大于 5ｍ，地层围岩 孔隙率、渗流通道得到有效遏制，掌子面的涌水涌泥均得到有效控制。从安全、经济、技术角度分析，防 突厚度建议取 4ｍ～5ｍ。     

岩溶隧道涌水突泥过程演化研究

综合考虑地质构造、水文特征、施工建设等因素影响,将岩溶隧道涌水突泥过程演化抽象概化为4个阶段:①岩溶地质环境形成阶段为致灾构造的发育演化提供地质条件;②岩溶水系通道扩展阶段为涌水突泥体的储存和流动提供空间;③岩溶涌水突泥临界状态形成阶段主要受致灾泥水体和人为隧道开挖影响;④岩溶涌水突泥释能降压阶段是整个过程的结束,表明灾害已经发生。基于案例统计分析将岩溶隧道涌水突泥依据不同要素划分为3大类11种型:地质构造类(断层型、向斜型、背斜型、岩性分界面型),涌水通道类(裂隙型、管道型、溶洞型、暗河型),涌水突泥类(涌水型、突泥型、突水突泥型)。研究成果对隧道涌水突泥灾害控制的研究和隧道安全施工有一定的借鉴意义。     

引汉济渭工程深长隧洞突水综合预报与治理

山岭隧洞在穿越大埋深围岩段落时常遇到复杂突水涌泥灾害。赋存于围岩中的基岩裂隙水具有埋藏、分布不均及赋存和运动规律复杂的特点,加之受含水灾害体埋深大、围岩介质不均匀以及洞内观测条件复杂恶劣等因素的制约,在深长隧洞中开展突水涌泥灾害的预报工作是业内广泛关注的工程技术难题。为探明引汉济渭工程秦岭隧洞掌子面前方基岩裂隙水的埋藏位置、分布范围以及赋存形式,采用由三维地震法、瞬变电磁法以及激发极化法所构成的综合预报方法探明了掌子面前方的突涌水致灾构造,采用全断面超前帷幕注浆对探明的灾害区域进行治理,并结合7号洞主洞上游突涌水的超前地质预报、模型试验分析及超前帷幕注浆处理措施等,总结了一套在特殊地质条件下对不良地质体进行精确预报及综合治理的施工方法,为钻爆法施工隧洞中突水灾后治理以及超前帷幕注浆工作提供有益指导。     

双液注浆技术在狮子山隧洞突水突泥处理中的应用研究

滇中引水工程狮子山隧洞3号支洞主洞控制段上游侧多次发生突水突泥事件,其两次突水突泥的总量合计8200m3.为保证安全、平稳地通过突涌段落,现场采用超前预灌浆双液注浆施工技术,在增大经济和社会效益的同时满足了突涌段安全开挖支护的施工要求.文章研究结果可为类似工程的突水突泥控制技术提供借鉴参考.     

深埋隧洞突水、突泥机理研究

突水、突泥是隧洞施工过程中的重要工程灾害,对隧洞突涌水机理的研究有助于预报突水灾害和减少隧洞突、涌水事故的发生。本文利用离散元法在模拟动态问题及破碎物质方面的优势,采用颗粒流PFC3D软件,结合流体动力学数值模拟的有限体积法,建立了由裂隙岩体及断层组成的围岩隧洞突、涌水三维数值模型,模拟隧洞突水、突泥的全过程;探讨了集中水源（断层）水压力、岩体裂隙性状等对隧洞突水突泥的影响。据此提出了工程突水、突泥预防中两个重要的概念：突水临界水压力和前方临界突水距离。并提出了隧洞突水、突泥的发生机理,认为突水发生的前提是存在集中的高压水源。水源压力的大小、开挖面至集中水源的距离、岩体强度、岩体裂隙性状是影响突水的主要因素。     

滇中引水工程昆呈隧洞岩溶水文地质问题研究

通过对昆呈隧洞工程区岩溶发育规律,地下水系统的补给、径流、排泄及岩溶管道系统发育下限研究,昆呈隧洞处于各岩溶水系统强径流区水平径流带中,溶蚀强烈,多为水平岩溶形态,隧洞穿越可溶岩地层所引起的涌水、突水和突泥问题较为突出。针对不同的岩溶灾害类型,结合超前地质预报对隧道涌突水进行注浆堵水加固,满足隧道的安全开挖施工要求。     

中部引黄工程双护盾TBM掘进隧洞堵水施工实践

双护盾TBM掘进隧洞发生涌(突)水后,封堵涌(突)水相当困难,主要原因是涌(突)水点位于预制混凝土管片后面,无法针对涌(突)水点进行封堵,同时管片与岩壁间空腔虽然被豆砾石、水泥浆回填,但回填灌浆密实度很难达到堵水要求,导致涌水沿空腔流动,难以将涌水全部封堵。通过TBM掘进隧洞涌水部位、涌水量大小、涌水压力等不同情况下的堵水施工,介绍了双护盾TBM掘进隧洞涌(突)水施工所用材料、工具及具体施工方法,为其他相似类型隧洞涌(突)水堵水施工提供借鉴。     

岩溶地质隧洞突水突泥产生机理及防治技术研究

岩溶地质是隧洞施工中经常遭遇的不良地质,很可能引发突水、突泥、坍塌等事件,存在极大的安全隐患。探讨隧洞突水突泥产生的原因,分别采用弹性梁模型和弹性薄板模型(基于摩尔-库伦准则)对岩盘最小厚度进行推导,并在鄂北工程宝林隧洞工程中进行应用。通过对隧洞突水突泥防治技术的研究,提出在不良地质段施工应采取短进尺、强支护、弱爆破、分台阶开挖的方式,当渗水清澈时应加强抽排,当渗出物含有大量泥沙时应及时封堵。     

可溶岩区隧洞岩溶涌突水防治对策研究

隧洞涌突水是隧洞施工过程中的一个重要岩溶水文地质问题,特别是隧洞在可溶岩径流区附近穿越时,其涌突水问题可能将是制约性工程问题。隧洞遭遇严重涌突水,直接影响工程施工,对工程本身形成一定程度制约因素,此类问题影响工期、造价等,严重时影响工程的成立与否。通过研究适宜的防治对策,对隧洞施工过程中涌突水灾害,坚持"预防为主,防治结合"、"有疑必探,先探后掘"的方针,采取"探、放、堵、截、排"综合措施。立足于采取主动措施,防范于未然,同时提前拟定处理预案,以应不时之需。     

调水工程富水破碎洞段综合超前地质预报技术

为避免或减小隧洞穿越富水破碎岩体发生突涌水、塌方等造成的危害,提出了基于地质分析、隧道地震预报(TSP)法与超前钻探结合的综合超前预报体系。首先通过地质分析对不良地质进行评估,之后利用TSP法对前方不良地质体进行定位,确认有不良地质构造存在,最后利用超前钻探进行预报。滇中引水工程富水破碎洞段的两个工程实例表明,此预报技术可准确地预测不良地质段以及涌水段位置和规模大小,可帮助工程技术人员及时地制定相对应的预警措施和处理对策,从而减少施工过程中突泥、涌水、塌方等地质灾害出现的概率,保证隧洞安全施工。     

基于组合赋权法-TOPSIS法的北天山隧道突水风险评价研究

在岩溶地区修建地下工程,特别是隧道工程,由于受地下岩溶水的影响,施工中常常会发生突发性的突水突泥地质灾害。为此,基于新疆北天山隧道突水灾害发生的影响因素,建立以地层岩性、地形地貌、地下水位、不良地质构造、气候降水等影响因素为主的指标评价体系。同时采用主观赋权法层次分析法计算主观权重,采用客观赋权法熵权法计算客观权重,将两者结合起来形成主客观组合赋权法用来计算综合权重。然后结合组合赋权法-TOPSIS法构建一种新的隧道突水风险评价系统,对新疆北天山隧道进行突水风险评价,评价结果在实际开挖中得到了较好的检验,体现出了准确性,说明该法对于隧道突水风险评价具有可行性。     

超前半闭合双导洞台阶法在富水大断面隧道中的应用

为解决用传统工法在富水大断面隧道不良地质段施工时出现的涌水、塌方等灾害,以云南省光山1号隧道为工程背景,通过工程地质调查和涌水、塌方机制分析,提出“超前半闭合双导洞台阶法”(简称“ASDP台阶法”)。用有限差分软件FLAC^3D对新工法的施工过程进行数值模拟。结合现场监测数据,发现右、左导洞开挖对拱顶、拱底竖向变形的“贡献”甚微,即使该工法提前开挖了导洞仰拱,但通过迅速施作工字钢形成半闭合结构,能够很好地控制土体卸荷带来的拱底隆起和隧道整体变形。采用ASDP台阶法后,光山1号隧道不良地质段最终得以顺利完成。ASDP台阶法工序衔接合理,进尺效率高,排水效果良好,造价低,可作为不良地质下富水大断面隧道施工的首选工法。     

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。     

复杂岩溶区深埋长隧洞线路比选优化实践

复杂岩溶区的深埋长隧洞在施工过程中不仅易发生涌水、突水、突泥等地质灾害,同时也可能引发一系列地下水环境问题。因此,隧洞应尽可能在非(或弱)岩溶化地层中穿越,以便最大限度地减少对地下水的疏干影响。选取滇中引水工程复杂岩溶区某一深埋长隧洞为研究对象,以水文工程地质调查及测绘为基础,充分借助钻探、地下水示踪试验及大地电磁测深等技术手段,宏观上对研究区深部岩溶的发育程度进行判断,并对研究区地下分水岭部位进行了较准确的界定,为隧洞线路最优化选择提供了合理、准确、可行的依据。经综合分析,确定比选线路2为最终优化线路。     

隧道岩溶段涌水突泥风险评价体系初探

研究隧道施工过程中岩溶段发生涌水突泥地质灾害的风险评价体系,为预防和治理灾害提供依据,尽可能降低施工过程中灾害带来的损失。首先,根据风险控制目标和形成条件划分风险影响因素,基于风险评价理论建立岩溶隧道涌水突泥地质灾害发生的风险综合评价模型。其次,通过资料收集、地质调查、洞内观察、仪器探测等方法获得评价要素的基本特征资料,明确风险指标要素的分级标准。最后,通过工程案例分析,按三阶段控制目标进行综合评价与验证。结果表明:考虑影响因素的动态属性,对涌水突泥地质灾害进行分阶段风险评价更符合工程实际情况;暴雨和岩壁厚度对风险发生概率影响较大,应着重控制;有针对性的治理措施可明显降低风险。研究成果可以广泛应用于水利、交通、矿山等项目的工程施工管理,为编制施工方案和实施灾害防治措施提供依据。     

水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类研究

隧洞掘进机TBM已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法,而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳定性和支护措施为判别因素,仅适用于钻爆法隧洞。为此,梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和TBM施工特点,在隧洞围岩基本分类的基础上,重点分析了TBM掘进效率和不良地质条件,构建了TBM施工适宜性围岩分类方法。总结大量工程案例,综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水(涌泥)和高外水压力六个关键因素对TBM施工的定量影响,提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明,TBM施工适宜性围岩分类方法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类,能有效指导TBM隧洞施工,且具有较好的通用性和易用性。     

复杂岩溶区深埋长隧洞涌水量预测分析

涌突水是深埋长隧洞施工中最为突出的地质灾害之一,尤其是在岩溶发育地区,做好涌水量预测分析是保证施工安全的前提。以滇中引水工程某深埋长隧洞为例,基于地下水模型系统软件GMS,并结合隧洞穿越段地下水含水介质特性、岩体水文地质结构、地下水流动系统特征、地下水化学及其环境特点,建立了三维渗流场数值模型,经与传统经验公式相比较,对计算结果的差异性进行了分析,验证了数值计算方法的可行性。最后利用该模型对隧洞施工期不同工况下的涌水量进行了预测分析,并对周边地下水的影响进行论证,为工程设计和施工提供了科学的参考依据和技术支撑。     

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。     

高密度电法在清平水库引水隧洞塌方中的探测

介绍了清平水库补水工程引水隧洞的工程地质情况及隧洞开挖过程中出现的塌方和突泥涌水情况。论述了应用高密度电法对隧洞塌方段(花岗岩地区)进行探测的方法和成果,基本查明了产生塌方的构造风化带的规模和空间展布,为塌方处理提供地质资料。