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。     

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。     

岩溶隧道突水风险评价理论与方法及工程应用

 考虑地下工程地质条件的复杂性和风险本身的不确定性,以属性数学理论为基础,提出一种可实现定量评价的属性区间评价理论与方法,其核心在于风险指标的取值是一个区间,并提出适用于该理论的综合属性测度分析和属性识别分析方法,结合工程实例给出属性识别分析方法的采用原则。选取岩溶突涌水灾害的7个主要影响因素,构成突水风险评价的指标体系,建立相应的风险评价模型,并采用综合赋权法进行突水风险指标的权重分析。针对某一隧道段落的突涌水风险,采用建立的评价模型进行计算分析,并与现场情况和属性数学模型的评估结果作对比,验证该理论与方法的合理性及可行性,为地下工程灾害风险定量评价提供一种有效的方法和途径。     

宜万铁路马鹿箐隧道岩溶灾害的工程处治技术

岩溶灾害严重危及隧道施工的安全,影响施工的进度,是目前国内外隧道建设面临的重点和难点问题。首先对马鹿箐隧道历次涌突水特征进行了分析,分别介绍了超前地质预报技术、水文观测、反坡追排水清淤技术和泄水释能工法等技术在+978溶腔的岩溶水处治中的应用,针对+978溶腔的揭示过程及揭示后溶腔内的状况进行了详细描述,最后对溶腔揭示后采用的帷幕注浆加固地层及全断面管棚技术及桩基承台跨越溶腔等工程处治措施进行了详细介绍。马鹿箐岩溶隧道成功的施工处治经验,为今后类似隧道工程中大体量高压富水隐伏岩溶问题的处理提供参考和借鉴。     

白涛隧道施工风险评价与突水灾害防治技术研究

在我国西南山区,修建隧道工程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。以重庆市白涛隧道为工程背景,通过系统地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。     

浅谈隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治

针对隧道施工过程中,衬砌混凝土普遍存在裂缝的现象,结合工程实践和经验,分析了隧道衬砌混凝土施工中裂缝产生的原因,并对裂缝的预防及治理提出一些实用的方法,指出只要充分考虑各种因素的影响,完全可以避免混凝土裂缝的产生.     

上韶隧道岩溶水发育特征及其对工程的影响与处理对策

贵南铁路上韶隧道地处岩溶强烈发育的峰丛洼地地貌区,简述隧区基本的工程地质条件,并对隧区岩溶及岩溶水发育特征做了重点介绍,评价岩溶与隧道的相互影响。施工期间,在隧道穿过可溶岩段揭示3处岩溶水集中出水点,且出现隧道排水能力不足的可能。为保证隧道运营安全,根据隧区岩溶及岩溶水发育特征,在隧道内采取了增设集水廊道、泄水洞等排水措施加强排水,既减轻隧道衬砌承受水压的风险,又消除了中心沟排水能力不足的隐患。总结在建岩溶隧道建设经验,对其他复杂岩溶隧道勘察设计及施工有指导意义。     

喀斯特岩体结构损伤的CT识别及地面塌陷与隧道突水诊断预报预警——以京珠粤北高速公路洋碰隧道为例

 以京珠粤北高速公路洋碰隧道为例,利用孔间电磁波透视及Color-CT层析成像技术,通过物理、数学、岩体非线性、计算机数据处理、岩溶地质学方法,针对隐伏碳酸盐岩岩体结构损伤(缺陷)特征、规模、具体位置的原位探测识别试验。结果表明,孔间电磁波透视及Color-CT层析成像技术和方法揭示了碳酸盐岩由岩体细微结构损伤的裂隙为最小识别单元,由最小单元发展成为岩溶通道从深部向岩面贯通,从而导致地面塌陷、隧道岩溶突水、涌泥的地质灾害。     

四川广(安)-渝(重庆)高速公路华蓥山隧道岩溶突水的研究与整治

比较系统地介绍了华蓥山特长双线公路隧道岩溶突水的地质背景，岩溶分布规律，岩溶水的渗流场以及岩溶突水的补给源，为水害的整治提供了依据。     

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。     

海底隧道复合衬砌水压力分布规律及合理注浆加固圈参数研究

 与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用“堵水限排”的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小的排放量明显折减甚至消除作用在支护结构上的外水压力,使海底隧道衬砌结构设计更经济。基于地下水水力学理论,推导海底隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力的计算方法,并结合厦门海底隧道工程实践,采用理论分析和数值模拟方法揭示初期支护、二次衬砌以及注浆加固圈等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力的影响规律。在此基础上,提出海底隧道复合衬砌合理注浆加固圈参数的确定方法,并在厦门翔安海底隧道穿越F4风化深槽的合理注浆加固圈参数设计中取得成功应用。研究结果可为海底隧道或富水区高水头山岭隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。     

高水压富水区隧道限排衬砌注浆圈合理参数研究

海底隧道深埋于海水以下,处于高水压富水区,隧道结构设计时需要考虑外水压力,如果采用"堵水限排"的防排水设计原则,能够以较小的排水量显著降低作用在衬砌上的外水压力,从而使隧道结构设计更加经济。注浆圈合理参数的确定是"堵水限排"的核心问题。基于穿越高水压富水岩溶区的圆梁山隧道工程,通过理论计算和分析,得到了注浆圈参数变化对隧道涌水量和衬砌外水压力的影响规律;提出了隧道排水率的概念,分析了隧道排水率与衬砌外水压力之间的关系。在此基础上提出了确定注浆圈合理参数的方法和程序,给出了圆梁山隧道注浆圈的合理参数值,并在现场得以应用,取得了理想的效果,注浆后实测隧道涌水量与理论计算值基本一致。研究结果表明:衬砌外水压力折减系数取决于隧道排水率,只有当隧道排水系统能够将渗透到衬砌背后的地下水全部排出时,衬砌外水压力才能完全消除;注浆圈的作用不是分担衬砌外水压力,而是通过封堵地下水降低隧道涌水量,从而以较小的排水量可显著降低甚至消除衬砌的外水压力。研究成果对类似高水压富水区以及海底隧道防排水设计具有一定的参考价值和借鉴作用。     

双连拱公路隧道裂缝成因及防治措施

双连拱公路隧道施工工序复杂,会导致隧道围岩遭受多次扰动,不良地质条件以及不合理的施工工序都会导致衬砌裂缝的出现,裂缝的出现对隧道结构的整体受力以及隧道防水等都十分不利。以云南元磨高速公路三公箐隧道为背景,结合隧道的裂缝监测工作,指出混凝土温度、不均匀沉降、偏压荷载、不合理的施工工序均是双连拱隧道裂缝的主要成因。对隧道结构影响较大的是不均匀沉降、偏压荷载和不合理施工工序诱发的裂缝。针对双连拱隧道施工中出现的裂缝,根据其不同成因,可分别采用严格混凝土配合比、加强振捣和养护、设置变形缝地基补强、加强中隔墙中导洞的侧壁支撑、加固变形边坡、消除偏压、洞内注浆加固以及地表注浆加固等方法进行处理。     

高频振捣对混凝土抗冻性的影响机理及在寒区隧道施工中的应用

为探讨寒区隧道二衬施工新工艺新方法,以兰新铁路二线甘青段LXS-8标铁路隧道为工程依托,针对高频振捣系统在隧道二衬施工中结构可靠性和性能稳定性开展试验研究。在系统分析高频振捣对混凝土抗冻性影响机理的基础上,从设备选型、安装调试、振捣时间控制以及混凝土抗冻性能试验等方面入手,制定高频振捣施工工艺,总结施工注意事项和寒区隧道二衬施工的保温措施。试验对坍落度为16.8 cm,水胶比为0.37的C35混凝土进行多次振捣试振,最终确定持续振动为25~40 s的情况下,可以取得理想的表观质量和混凝土强度;同时抗冻性试验表明,冻融循环300次后,混凝土质量损失率均保持在3%以下,相对动弹性模量在80%~90%,达到F300抗冻等级。试振试验和检测结果表明,高频振捣技术可以推广应用于寒区冻土隧道的二衬施工。     

开滦范各庄井田突水特征及煤层底板 突水地质条件分析

 煤层顶底板突水危险性预测与评价是煤矿突水灾害防治的基础和依据,以开滦范各庄井田为依托,从促发与阻抗突水2方面系统分析矿井突水特征和12～14煤层间砂岩裂隙含水层厚度及其特征、突水介质条件(岩性、层间距)和突水构造条件,建立煤层底板突水与地质条件之间的相关关系和模型,并探讨控制机制。研究结果表明,本区发生突水的水源以12～14煤层间砂岩裂隙承压含水层为主,其砂岩裂隙含水层的厚度由井田的浅部向深部增厚;含水层水压随其埋藏深度的增加而增高,呈线性相关关系,且富水性增强。煤层底板隔水性能取决于隔水层厚度及其泥岩百分比含量,底板泥岩极限厚度与水压之间呈正相关关系,随着底板泥岩厚度的增加,泥岩层抵抗水压的能力增强,隔水性能变好,且完整底板泥岩层的抗水能力明显大于含裂隙的底板泥岩层。突水与构造密切相关,突水点最大涌水量与断层密度呈正相关关系。断层突水是由于断层对煤岩层的破坏作用导致在断层附近煤岩层裂隙和孔隙增加,力学强度大幅度降低的结果,且受控于区域构造和现代构造应力环境。这些成果为井田12煤层底板突水危险性评价与预测和井下突水防治提供理论依据。     

煤层底板突水水量预测及注浆改造技术

 以基岩裂隙水运移的基本理论Chezy定律为基础,建立承压水正常涌水量的数学模型,提出利用Lagrangian法计算涌水量,应用Bernoulli能量方程计算矿井突水量的公式。计算结果表明,计算突水量与实际突水量的相对误差仅1.04%。针对焦作矿区大部分矿井煤层底板发生突水的实际情况,提出采用底板含水层注浆改造,防止底板突水事故。注浆孔位置主要决定于裂隙的发育程度、裂隙的走向,而注浆孔间距取决于浆液的扩散半径。最后,分析注浆压力和注浆量等注浆参数,并研制高压止水器,可解决注浆钻孔提前出水止水的难题。     

跨海峡隧道风化槽围岩衬砌防排水技术研究

 采用钻爆法修建海底隧道必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害,海底隧道钻爆法施工时如何安全穿越断层破碎带是工程设计与施工的技术难点。结合厦门跨海峡隧道围岩的特点,研究钻爆法穿越断层破碎带的注浆加固、防排水技术,提出不同围岩条件下的隧道防排水和注浆设计方案。并根据实验室三轴试验结果得到强风化花岗岩渗透系数以及反演的围岩力学参数,分析风化槽隧道衬砌的外水压力分布特点和量值。研究成果为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的衬砌防排水和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

基于渗流-侵蚀理论的岩溶充填介质注浆加固效果评价

岩溶充填介质渗透失稳是地下工程突水涌泥灾害的主要类型之一,对其注浆加固效果的科学评价是保证地下工程施工安全的重要前提。基于自主研发的大型三轴渗流–注浆多功能试验平台,围绕影响注浆加固效果的关键因素:介质初始孔隙度与注浆压力,分别对注浆前、后充填介质开展变质量渗流试验,通过监测渗流演化过程中介质孔隙度、涌水速率的变化,系统分析注浆前、后充填介质渗透系数的降幅、各渗流阶段的演化特征以及流态转换临界时间点的延迟幅度,对不同充填状态的充填介质在特定注浆参数下的加固效果进行定量分析。试验发现:注浆提高了溶腔充填介质的抗渗流稳定性,延缓了孔隙度的快速演化,推迟了"突水"爆发阶段的出现时间,更系统地证实了渗流失稳"三阶段"演化模型的合理性;基于该试验结果建立的渗流转换临界点Ⅰ,Ⅱ的延迟时间与注浆压力、试样初始孔隙度的回归方程,不仅定量描述了注浆对各渗流演化阶段的影响,而且为岩溶隧道注浆加固效果评价提供新角度。