公路隧道超前地质预报应用现状与技术分析

隧道施工特别是复杂地质条件下的施工面临着很多地质灾害问题,如岩溶地段的突水突泥、断层破碎带的塌方等,为了避免这些灾害事故的发生,开挖前必须对掌子面前方的地质条件有一个较好的了解,以采取必要的防范措施.文章介绍了目前公路隧道中常用的超前地质预报方法,论述了各种方法的原理、优缺点和适用条件,在技术现状分析的基础上,讨论了综合超前地质预报的必要性,并提出了高风险隧道的综合超前预报技术体系,探讨了今后超前地质预报的发展方向.     

隧道综合超前地质预报技术及其工程应用

针对岩溶隧道单一超前预报方法预报结果与实际开挖揭露情况偏差较大的问题,提出采用隧道综合超前地质预报技术来提高对不良地质体预报的准确率,即采用宏观地质分析法、TSP地震波法、地质雷达法、掌子面围岩预判以及超前钻探相结合的方法,充分发挥各种预报方法的优势并进行相互补充和印证,提高不良地质体超前地质预报精度。 研究成果成功应用于利万高速谋道连接线齐岳山隧道的超前地质预报工作,避免了人员伤亡与财产损失。 以里程桩号GK0+708~GK0+720段范围内大型充水夹泥溶洞预报为例,详细阐述了综合超前地质预报的流程,并根据预报结果进行相应的处治措施,避免了溶洞塌方突泥等地质灾害的发生。 研究结果对类似岩溶地区的超前预报提供了参考和借鉴。     

双节理岩体TBM滚刀破岩过程数值模拟

为了研究节理特征对全断面掘进机(tunnel boring machine, TBM)盘形滚刀破岩的影响,采用颗粒流方法建立盘形滚刀与含平行双节理岩体的二维数值模型,进行不同节理倾角和间距的30组数值试验,根据数值试验结果研究岩体破裂模式、滚刀竖向接触力峰值随节理倾角和间距的变化规律、滚刀破岩过程中细观裂纹扩展规律。研究结果表明:不同的节理特征下,滚刀破岩可以分为4种基本的破裂模式;滚刀竖向接触力峰值随节理倾角的增大呈现先减小后增大的趋势,在节理倾角为30°或45°时最小,在节理倾角为90°时最大;滚刀竖向接触力峰值随节理间距的增大总体上呈现增大趋势;随滚刀的贯入,滚刀竖向接触力与细观裂纹个数有3个关联的变化阶段。通过研究TBM滚刀与节理岩体相互作用机制,揭示不同节理特征对滚刀破岩的影响规律,对TBM滚刀的合理设计和施工有一定的指导意义。     

特长深埋隧道裂隙水综合预测方法与应用

隧道涌水是施工过程中经常遇到的一类地质灾害,给隧道施工带来安全隐患和经济损失,因此,对隧道掌子面前方的裂隙水发育情况进行准确及时的超前预报,具有重要意义。总结了常用隧道涌水量计算方法和裂隙水超前预报方法,并对各方法优缺点及适用范围作了比较。依托宜(昌)-巴(东)高速公路石门垭隧道工程,利用地质分析方法对隧道全段进行裂隙水发育情况和超前预报方案的划分,并结合涌水量计算与TSP 预报系统对裂隙水进行预报,收到了良好的预报效果,对类似工程具有一定的指导意义。     

TSP在岩溶区山岭隧道预报中的应用研究

岩溶隧道水文和工程地质条件复杂多变,难以在勘察阶段探明可能引发施工期地质灾害的不良地质体的具体位置、规模和性质,为了避免因盲目施工而造成的突水、涌泥和塌方等事故的发生,迫切需要对施工期的隧道超前地质预报进行研究,TSP隧道地震预报系统可以有效预报掌子面前方100～150m以内地质体的位置、规模和性质．采用TSP超前地质预报技术对岩溶隧道进行探测,并对多个成功预报实例进行深入分析,归纳了溶洞和暗河等在TSP中的具体反映,总结出洞穴和暗河的判识规律,对类似地质奈件下的超前地质预报工作具有一定的指导意义．     

松散承压含水层下采煤的流固耦合模型试验与 数值分析研究

以松散承压含水层水下采煤为例,通过研制的新型流固耦合相似材料和突涌水物理模拟试验系统真实再现采区突涌水的灾变演化过程,采用光纤光栅技术、声发射技术和电阻率层析成像技术,全程捕捉隔水层围岩应力场、位移场、渗流场、温度场、电场和声发射信息的变化特征及其异常信号,研究突水前兆多元信息的演化规律及其临突特征。采用可考虑多场耦合效应的数值分析方法,研究突水灾变演化过程中应力场、位移场和渗流场的耦合演化规律,分析突水前兆多物理场信息的响应特征。试验和数值分析结果表明：在隔水层破断突水前,围岩应力变化持续增长后发生回跌,但已濒临突水。围岩位移变化持续增长后发生跳跃,在跳跃前出现孕育突水前兆的稳定突升段。围岩渗透压力变化持续降低后发生急剧跌落,在突水前很长时间里出现孕育突水前兆的异常波动段。围岩视电阻率和声发射能量也在突水前产生明显的突升和激增现象,尤其是视电阻率突升段的增长点出现在突水前较长的时间段。通过对多场信息变化规律的内在联系及其对突水预测的有效性分析,发现隔水层的渗透压力、视电阻率以及位移变化信息在突水前具有明显的前兆特征,是松散含水层开采突水灾害预警和监测的重要前兆信息源。研究结果有助于加深对煤矿突水灾变演化过程的认识,为突水前兆信息演化规律及实时监测理论的建立提供科学依据。     

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。     

有机硅消泡剂的制备

采用自制支链硅油,与甲基硅油、硅树脂、白炭黑配合制得硅膏。再将硅膏与Tween-80、Span-60、羧甲基纤维素钠、少量水混匀,然后高速搅拌增稠至半固体状,滴加剩余水和杀菌剂,制得有机硅消泡剂乳液。研究了支链硅油的黏度、支化度及其在硅膏中质量分数对消泡剂性能的影响。结果表明采用黏度2 520 m Pa·s和支化度为1.20的支链硅油,且当其在硅膏中的质量分数为25%时,制得的消泡剂综合性能较佳,消泡时间为60 s,鼓气120 s后的泡沫高度为3 cm。     

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。     

TSP在岩溶区山岭隧道预报中的应用研究

岩溶隧道水文和工程地质条件复杂多变,难以在勘察阶段探明可能引发施工期地质灾害的不良地质体的具体位置、规模和性质. 为了避免因盲目施工而造成的突水、涌泥和塌方等事故的发生,迫切需要对施工期的隧道超前地质预报进行研究. TSP隧道地震预报系统可以有效预报掌子面前方100～150m以内地质体的位置、规模和性质. 采用TSP超前地质预报技术对岩溶隧道进行探测,并对多个成功预报实例进行深入分析,归纳了溶洞和暗河等在TSP中的具体反映,总结出洞穴和暗河的判识规律,对类似地质条件下的超前地质预报工作具有一定的指导意义.