高风险岩溶隧道突水预警防灾体系研究

结合我国预警体系实际和岩溶隧道突水特点,从预警机制(预警组织体系、预警运作机制、预警保障)、应急救援预案和应急救援演练等方面分析了预警防灾体系,提出了高风险岩溶隧道突水四色预警机制、完善了岩溶隧道突水应急救援预案和演练机制,并在沪蓉西高速公路乌池坝和齐岳山隧道得到了应用,为高风险岩溶隧道突水灾害防治提供借鉴.     

隧道信息化施工地质灾害预警预报技术研究

在岩溶强发育地区隧道信息化施工过程中,存在涌水涌泥、塌方等地质灾害的高风险,给施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失.本文在高风险岩溶隧道地质灾害综合预警预报方法研究的基础上,结合隧道超前地质预报“三结合”原则,利用综合超前地质预报技术对隧道开挖前的地质灾害进行综合预报,利用监控量测技术对隧道开挖后的围岩因大变形而导致的地质灾害事故进行预警,以高风险特长岩溶隧道为例,将超前预报和监控量测相结合对高风险岩溶隧道地质灾害,如大型塌方、涌水涌泥等地质灾害进行了成功的预报预警,避免了人员伤亡和重大经济损失.所采用的灾害预报技术手段和所提出的预警机制及方法及对类似工程具有一定的借鉴与指导意义.     

隧道信息化施工地质灾害预警预报技术研究

在岩溶强发育地区隧道信息化施工过程中,存在涌水涌泥、塌方等地质灾害的高风险,给施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失．本文在高风险岩溶隧道地质灾害综合预警预报方法研究的基础上,结合隧道超前地质预报“三结合”原则,利用综合超前地质预报技术对隧道开挖前的地质灾害进行综合预报,利用监控量测技术对隧道开挖后的围岩因大变形而导致的地质灾害事故进行预警,以高风险特长岩溶隧道为例,将超前预报和监控量测相结合对高风险岩溶隧道地质灾害,如大型塌方、涌水涌泥等地质灾害进行了成功的预报预警,避免了人员伤亡和重大经济损失．所采用的灾害预报技术手段和所提出的预警机制及方法及对类似工程具有一定的借鉴与指导意义．     

某隧道岩溶发育特征与涌水量初步预计

岩溶可能会导致突水、突泥,对山区长隧道工程的建设具有极大影响。以广西某隧道为工程背景,采用现场调查与理论分析相结合的方法,调查隧址区岩溶发育分布规律,岩溶水系统特征;并分析各地下岩溶水系统对隧道涌突水的贡献,初步预算隧道涌水量,对隧道的设计和施工具有重要的指导作用。     

岩溶隧道施工风险评价与突水灾害防治技术研究

基于我国西南山区修建隧道工程中常会遇到岩溶和不良地质条件,施工中经常出现无法预料的地质灾害,如突水、突泥、坍塌等,造成极大的安全隐患等问题.以湖北沪蓉西高速公路乌池坝隧道为工程背景,通过系统的补充地质调查和地质分析,探讨了隧道的岩溶发育规律,综合考虑岩组岩性、地质构造、地下水位和预计涌水量等因素,对隧道岩溶突水突泥的风险进行了分段评价,初步提出了岩溶隧道四级风险评价体系,在风险分级的基础上,对不同风险段超前地质预报方案进行了设计,并根据预报情况制定灾害防治措施,该研究对于高风险岩溶隧道的灾害防治具有一定的意义.     

岩溶隧道工程修建对地下水环境的影响

岩溶地区隧道施工期涌突水危害巨大,而大量输排地下水又会引发一系列的地质灾害。对中梁山隧道水文地质进行分析,采用遗传算法优化BP神经网络并对渗透参数进行反演,研究了隧道工程不同埋深、排水量对地下水环境的影响规律,并探究了隧道施工期和运行期地下水环境随时间的演变规律。结果表明：富水岩溶地区隧道具有从隔水层到含水层界面处涌突水风险最大的特点;开挖隧道时隧道高程越低、排水量越大,地下水环境变化越大;隧址区降落漏斗呈现出南侧小于北侧、东侧小于西侧的特征。现有施工期排水条件下施工地下水位下降很快且不能恢复到原水位,建议该地区在隧道施工期控制排水量,并在施工期及运营期采取保护地下水环境的措施。     

宜万铁路复杂岩溶隧道施工地质工作方法

通过研究岩溶隧道施工地质工作方法,给出了岩溶隧道施工地质工作的程序和内容：根据各隧道的工程地质和水文地质条件、地质因素对隧道施工影响程度及诱发环境问题的程度等,将岩溶隧道复杂程度分为A级、B级、C级进行管理;针对不同复杂程度的分级、不同类型的地质问题,将超前预报工作分为A级、B级、C级3个等级,并选择不同的预报方法和手段进行预报;最后根据预报结果,进行灾害评估,提出灾害预警和工程措施的建议意见,供岩溶隧道优化设计和施工参考.该方法体系在宜万铁路得到了成功应用.     

毛坝1号隧道涌水成因机制分析

公路深埋隧道在施工过程中经常碰到涌突水灾害,它对工程施工及区域环境都有很重要的影响,本文针对毛坝1号隧道出口端发生长大涌突水等问题,通过水文地质综合调查方法,分别从地形地貌、地层岩性、地质构造和隧址区水文地质特征等多角度,论述该隧道在施工过程中发生涌水的成因机制,为今后在类似地质条件下深埋隧道的勘察设计提供借鉴和帮助。     

综合超前地质预报技术在贵南铁路岩溶隧道中的应用

在岩溶隧道施工过程中,突水突泥灾害时有发生,给隧道施工安全带来不同程度的影响.为了确保岩溶隧道施工安全,须采用地质调查法、地震波反射法、地质雷达法、瞬变电磁法、超前地质钻孔及加深炮孔相结合的综合超前地质预报技术,用以探测岩溶隧道的工程地质与水文地质条件.将该综合探测技术在贵南铁路九万大山一号隧道工程进行了实际应用,通过...     

基于TSP系统及多场耦合岩溶隧道涌水数值分析

TSP系统作为一项比较成熟的超前地质预报技术,已被广泛应用在隧道施工过程中.首先介绍了TSP系统工作原理和测区的工程概况,并使用该系统对某隧道岩溶段的涌突水做了一次预报.针对此次岩溶突水过程,分析了其突水产生的机制,是在突水点上方存在地下水富集区.隧道开挖揭露了岩溶裂隙管道,从而造成地下水沿着管道涌入隧道,证明了分析的正确性.由于地下水富集区可以采用Darcy流表达,而管道流符合Brinkman流,突水阶段则符合Navier-Stokes流,因此,在多场耦合分析方法的基础上,采用多场耦合分析工具对本次突水过程实现了全过程数值分析,得到了突水点的地下水速度和压力,印证了此次突水的形成机制,该方法同样适用于其他类似工况.     

高风险岩溶隧道突水突泥灾害前兆规律与应用研究

隧道突水突泥会对工程建设带来巨大的安全隐患和经济损失,逐渐成为高风险岩溶隧道施工急需解决的关键科学技术难题。在系统收集整理大量岩溶隧道突水突泥实例的基础上,总结出包括地下水、岩组、地质结构面、岩层产状、沉积期古剥蚀面、地形地貌和降雨等7大主要地质影响因素,研究了岩溶水体和不良地质体在地球物理场上表现出的响应特征,即在地震波、电磁场的传播过程中,遇到该类介质时某种特殊的前兆信号信息,解译岩溶水体和不良地质体在地球物信息场上的响应特征,辨识导致灾变的前兆信息,并在实际隧道工程施工中得到了成功的应用,对建立突水突泥预测预报方法具有非常重要的理论价值和工程指导意义。     

基于断层影响因子与断层分维特征的断层突水危险性定量化分析

断层是诱发矿井突水事故的重要影响因素,新汶煤田受奥灰岩溶突水威胁严重,针对断层诱发突水问题,在系统总结新汶煤田矿井断层构造分布特征基础上,建立了断层对奥灰岩溶突水影响定量化分析体系。引入断层影响因子概念,对底板突水危险性进行了定量分析;采用非线性理论对煤矿地质构造发育特征进行定量化研究,揭示了矿井断层分维特征,提出了断层分维特征及其对突水影响危险性分区的原则及方法。采用断层影响因子等值线和断层分维等值线相互融合技术,得到新汶煤田协庄煤矿奥灰岩溶裂隙分布规律。根据不同单元岩溶的富水性,圈定出煤层突水危险区,对煤炭开采防治突水灾害具有指导意义。     

岩溶隧道综合超前地质预报方法与工程应用

基于岩溶隧道施工中易发生突水、突泥(涌砂)和塌方等安全事故,造成人员伤亡、经济损失和隧址区水文地质环境破坏等情况,依据不同超前地质预报方法优缺点和适用范围,提出了针对突水、突泥、断层破碎带、岩溶、围岩类别及稳定性的综合超前地质预报方法,建立了宏观超前地质预报、长期超前地质预报、短期超前地质预报、地质灾害临近预报的多步预警预报体系,预报体系在沪蓉西高速齐岳山隧道等工程中得到了成功应用.     

充填型溶腔的超前地质预报与地质灾害防治

岩溶隧道施工过程中,常揭露充填型溶腔,造成突水、突泥等地质灾害,开展溶腔超前地质预报与灾害防治工作可有效避免灾害发生.采用超前钻探和隧道地震波法(tunnel seismic prediction, TSP),综合超前地质预报方法对某隧道岩溶发育地区进行充填型岩溶预报,根据预报结论,及时调整和优化了原设计支护方案,采取超前帷幕注浆、超前小导管注浆和超前管棚注浆等超前支护措施加固危险段,制定桩基承担式桥跨方案处理隧道下方充填型溶腔,防止地质灾害发生,减少工程损失,保证隧道施工安全.     

地下工程突水机理及其研究最新进展

随着地下工程建设的大、长、深发展趋势,大型突水地质灾害逐渐成为制约地下空间建设发展的瓶颈问题,是岩石力学与工程研究领域急需解决的关键科学技术难题。在系统收集整理国内外相关资料的基础上,从突水的灾变条件与演化特征、突水通道的形成机制、渗流灾变规律与突变机理以及突水预测与监测理论等方面系统总结了当前突水机理的研究方法及其存在的问题,提出了“施工人为扰动和岩溶水及水压力扰动诱发破裂是相对完整岩体破断突水的本质所在,地质缺陷体本身渗流力学的多元动态信息则是地质缺陷式突水灾变演化过程描述的关键所在”这一学术思路。通过现场突水实例分析与数值模拟结果,认为突水机理的研究需从两方面着手,即突水通道形成的微观作用机制与含导水构造系统失稳突水的宏观力学判据,考虑地质因素和工程因素的双重影响,并结合突水前兆多元信息实时在线采集与分析的监测方法,对有效探测含导水构造的物探方法进行补充,为突水预报预测奠定理论基础。     

Construction of multi-factor identification model for real-time monitoring and early warning of mine water inrush

As a new technical means that can detect abnormal signs of water inrush in advance and give an early warning, the automatic monitoring and early warning of water inrush in mines has been widely valued in recent years. Due to the many factors affecting water inrush and the complicated water inrush mechanism, many factors close to water inrush may have precursory abnormal changes. At present, the existing monitoring and early warning system mainly uses a few monitoring indicators such as groundwater level, water influx, and temperature, and performs water inrush early warning through the abnormal change of a single factor. However, there are relatively few multi-factor comprehensive early warning identification models. Based on the analysis of the abnormal changes of precursor factors in multiple water inrush cases, 11 measurable and effective indicators including groundwater flow field, hydrochemical field and temperature field are proposed. Finally, taking Hengyuan coal mine as an example, 6 indicators with long-term monitoring data sequences were selected to establish a single-index hierarchical early-warning recognition model, a multi-factor linear recognition model, and a comprehensive intelligent early-warning recognition model. The results show that the correct rate of early warning can reach 95.2%.     

Fluid–solid coupling analysis of rock pillar stability for concealed karst cave ahead of a roadway based on catastrophic theory

In order to study the mechanism of water inrush from a concealed, confined karst cave, we established a fluid–solid coupling model of water inrush from a concealed karst cave ahead of a roadway and a strength reduction method in a rock pillar for preventing water inrush based on catastrophic theory. Fluid–solid coupling effects and safety margins in a rock pillar were studied. Analysis shows that rock pillar instability, exerted by disturbance stress and seepage stress, is the process of rock pillar catastrophic destabilization induced by nonlinear extension of plastic zones in the rock pillar. Seepage flow emerges in the rock pillar for preventing water inrush, accompanied by mechanical instability of the rock pillar. Taking the accident of a confined karst cave water-inrush of Qiyi Mine as an example, by studying the safety factor of the rock pillar and the relationship between karst cave water pressure and thickness of the rock pillar, it is proposed that rock pillar thickness with a safety factor equal to 1.5 is regarded as the calculated safety thickness of the rock pillar, which should be equal to the sum of the blasthole depth, blasting disturbance depth and the calculated safety thickness of the rock pillar. The cause of the karst water inrush at Qiyi Mine is that the rock pillar was so small that it did not possess a safety margin. Combining fluid–solid coupling theory, catastrophic theory and strength reduction method to study the nonlinear mechanical response of complicated rock engineering, new avenues for quantitative analysis of rock engineering stability evaluation should be forthcoming.