药王谷隧道降雨诱发涌突水灾害成因机理分析

九(九寨沟)绵(绵阳)高速公路药王谷隧道于2022年4月、7月和8月,在强降雨后隧道内多次发生瞬时性涌突水灾害,淹没了大部分施工掌子面,严重影响隧道的施工,危及隧道结构安全。采用水文地质调查法和水化学分析法对涌突水水源进行判断,分析研究了涌突水成因机理。结果表明:(1)降雨是涌突水的主要补给来源,隧道内涌突水与降雨具有线性响应关系,同时具有明显的滞后性;(2)药王谷隧道施工揭露的岩溶水系统是典型的溶隙-溶管集排式,水化学关系表明,隧道内的涌突水与地表水之间的水力联系密切;(3)受隧道施工的影响,导致原有溶洞的径流通道发生改变,使得溶隙或暗河管道贯通性增强,以及岩溶地下水系统与地表水的水力联系更加紧密,发生季节性涌突水灾害的风险大大提高;(4)结合现场监测资料及试验资料,对降雨入渗系数进行了反演计算,预测了药王谷隧道的最大涌水量,为制定隧道防排水设计方案提供参考。

隧道地下水处治的设计理论及方法研究

隧道施工地下水的处治问题一直困扰着隧道工程界,对地下水作用的认识仍未达成共识,为此需要从概念上和方法上对本问题进行深入研究。本文在国内外研究现状分析基础上,开展了隧道施工对地下水渗流变化的影响分析、隧道水压力物理模型试验研究、隧道衬砌水荷载及其相关问题的数值分析,提出针对不同防排水模式的水荷载计算模式、隧道地下水处治的理念和方式。主要创新点如下:明确提出高水压的概念,建立隧道衬砌水压力计算的概念模型,提出针对隧道不同埋深段及地下水发育状况采取不同处理策略的隧道防排水原则,研究成果为高压富水隧道设计提供了理论依据。

TBM施工隧洞围岩级别划分探讨

已有不少专家在TBM施工围岩级别划分方面进行过有益探索,为后来的工作提供了很好思路。目前的问题是,所提出的分级指标难以获取、离散性较大、有一些与施工直接相关的指标的定量化问题未能解决,尚未形成明显共识的分级系统或方法。为此,有必要针对水工隧洞TBM施工围岩类别划分进行详细探讨。本文提出以现行《水利水电工程地质勘察规范》中水工隧洞围岩分级方法为基础,参考秦岭隧道TBM施工围岩分级方法,根据TBM施工的工作效率、碴料特征和涌水状况进行分级修正,建立适合于TBM施工的水工隧洞围岩分级修正模型,实现TBM施工水工隧洞的围岩分级,并以2个实例进行验证。

武隆隧道岩溶地质超前预报综合技术

武隆隧道全长9418m,为渝怀铁路第二长大隧道。该隧道的施工地质条件非常复杂,存在浅埋段、断层破碎带、岩溶暗河、非煤系地层瓦斯和岩爆等不良地质现象。其中,岩溶、暗河以及岩溶涌水是本隧道施工的最主要地质问题。根据岩溶垂直分带结果,武隆隧道处于混流带中,特别是多在季节变动带与水平迳流带之间。自隧道开挖揭露以来,多次发生大型、特大型岩溶涌水灾害。作者根据武隆隧道施工的特点,以地质法为基础,以HSP声波反射法为主要手段,结合TSP203系统和钻探等的超前预报综合技术,进行岩溶地质超前预报。实践证明,武隆隧道综合地质预报技术的应用是基本成功的,值得在同类隧道施工地质预报中借鉴。

岩溶围岩分级初步探讨

岩溶隧道施工中多处遇各种形态岩溶,通常应根据开挖情况对原设计围岩级别作调整,从而提出岩溶围岩级别划分问题。对岩溶围岩级别的几个基本概念进行解释,提出以“岩溶发育程度修正系数”为核心的岩溶围岩分级模型和建议标准,以武隆隧道横洞段为例进行应用探讨。实践证明,本方法分级结果与隧道施工实际基本相符。本方法因考虑了岩溶发育的可能性及岩溶形态等综合因素,是原分级方法基础上针对岩溶围岩的修正,其分级结果比较接近施工实际,但尚需大量工程实践验证。

渝怀线武隆隧道岩溶涌水量计算新方法

以三重空隙介质理论和化学动力学水文地质理论为基础,根据武隆隧道的岩溶水文地质条件,将岩溶含水介质空隙分为三种基本类型,提出折算渗透系数KL的概念,并根据变通后的达西公式将三种空隙介质中存在的不同流态耦合于达西—非达西流控制方程,提出一种新的岩溶隧道涌水量计算方法。利用该方法进行隧道岩溶涌水量计算主要有两大优点:一是可进行分段隧道岩溶涌水量计算;二是计算中最关键的参数折算渗透系数KL容易获取。

关于川藏铁路隧道施工地下水环境保护的认识和建议

规划拟建的川藏铁路工程地质环境特殊,自然条件非常恶劣,地质条件极其复杂。尽管工程结构型式以隧道工程占据绝对优势,仍不可避免面临艰巨复杂的工程地质问题和非常敏感的生态环境问题,一方面要求隧道施工必须提高机械化水平,另一方面要求在隧道施工过程中必须加强对环境的保护。因此,高度重视川藏铁路隧道施工地下水环境保护并提出相应的措施具有重要意义。本文结合川藏铁路隧道的主要工程地质问题和环境保护要求,重点针对钻爆法和TBM施工工艺及其对环境的影响进行分析,并结合隧道施工废水处理技术现状分析,提出川藏铁路隧道施工地下水环境保护建议。

岩溶地区铁路工程地质研究

岩溶对铁路工程的危害很大,因此对其工程地质条件的研究是铁路有关部门关注的课题。本文系统归纳了50多年来,铁路各部门岩溶研究的主要内容及成果,介绍了岩溶勘查技术的提高和发展。总结了岩溶灾害的预测预报技术和岩溶灾害的防治措施。探讨了岩溶隧道涌水量计算方法和环境保护的研究现状。文章最后提出了岩溶研究的发展方向。

基于溶蚀实验的微观岩溶形态分形特征和水化学动力学特征研究

为有效防治长大岩溶隧道涌水、突泥等地质灾害问题,有必要深入开展岩溶发育规律及岩溶溶蚀作用机理研究。文章在前人研究成果的基础上通过自主研发实验装置,开展了不同工况下溶蚀磨片的溶蚀实验。在对溶蚀实验结果进行初步分析的基础上,借助分形理论开展溶蚀磨片的微观岩溶分形特征分析,借助水化学动力学理论开展溶蚀液的水化学动力学参数和水化学分形特征研究,进一步探索岩溶形态分形特征与水化学动力学特征二者之间的相关性。研究表明,溶蚀实验水化学分形评价指数与微观岩溶分形指数之间的相关性总体上是显著的,为深入认识岩溶地下水作用机理、开展岩溶发育程度评价技术奠定了实验和理论基础。

岩溶地质预报的分形理论应用基础研究

为进一步提高岩溶地质预报的准确性,将分形理论应用于岩溶地质预报.通过对岩溶发育的宏观与微观规律分析,提出了岩溶元的概念,并用于描述岩溶发育的分形生长过程.计算了岩溶元的分形生长维数和岩溶发育的分形评价指数,据此对岩溶发育程度进行判别.将岩溶发育程度分为5级,以2座隧道为例进行了分析,效果较好.研究成果为应用分形理论进行岩溶地质预报奠定了理论基础.

非扰动开挖隧道模型的水压力试验研究

隧道施工地下水问题困扰着隧道工程界多年，关于地下水压力对支护结构的影响认识不一致，为此需要从地下水作用机制研究出发，开展隧道衬砌水压力模型试验研究。模型隧道净空设计参考国内300--350km／h高速铁路单线标准，模型试验的设计包括围岩模拟、试验流体、参数选择、试验工况、试验仪器选择等，试验工况包括：不同水头高度（1，2和4m）和不同支护及排水条件（无支护全排和二衬不排水）等。通过在实际岩体中的小比例洞室模拟试验研究，对隧道开挖和支护引起的地下水渗流变化过程、地下水排放方式与水荷载之间的相关关系等取得较明确的定性认识，并以模型试验为基础开展数值模拟分析，为隧道水压力定量研究奠定试验基础。

隧道地下水处治的国内外研究现状分析

为深入研究隧道设计、施工面临的地下水处治难题,为高压富水隧道设计、施工提供理论依据,对隧道地下水处治技术的现状进行分析。不同部门在不同时期和社会经济条件下,提出了不同规范和地下水处理措施。针对隧道工程设计、施工过程所遭遇的地下水问题,尤其是隧道衬砌水压力荷载问题,各行业部门在隧道(洞)工程支护结构设计中对富水地层地下水压力对支护结构的影响认识并不一致,尤其是对外水压力能否折减仍存在一定争议,对地下水作用的认识仍未达成共识。为此,对隧道地下水问题从概念和方法上进行研究,在研究现状及存在的主要问题分析基础上,提出了下一步研究思路。

HSP声波反射法充填溶洞边界探测

隧道开挖揭露的岩溶形态主要有溶管、溶槽、溶洞和暗河等,施工中需要对这些岩溶形态进行定量描述,以便根据不同形态的岩溶及其特性提出相应的开挖和支护措施。对于空溶洞,多采用一般测绘手段即可;但对于充填溶洞边界和暗河底部堆积物或深度的探测,是目前岩溶隧道施工过程中的一个棘手问题。作者采用HSP声波反射法对几个大型充填溶洞或暗河的探测实例表明,采用该方法探测充填型溶洞边界是可行的,值得在其它类似工程中参考应用。

坝陵河大桥西锚洞岩溶围岩分级

坝陵河大桥隧道锚洞工程周边围岩的岩溶较发育,勘察设计阶段确定其围岩级别为II～IV级。根据实际开挖所揭露的岩溶状况,需要调整超前支护和初期支护参数,以保证锚洞施工安全。在岩溶地质预报和一般地下工程岩体质量分级基础上,专门针对围岩为不同岩溶发育状态的岩体进行质量分级修正,建立锚洞岩溶围岩分级的物理模型和数学模型。根据岩体波速测试、岩体抗压强度以及岩溶发育程度修正系数等参数的确定,计算锚洞岩溶围岩级别主要为V级。事实上,在整个锚洞施工过程中,均采用超前小导管、超前锚杆、型钢拱架、挂网及喷射混凝土等强支护措施,锚洞开挖采用台阶法分步开挖。锚洞开挖完毕后对周边的破碎岩体及溶洞进行了注浆加固处理,也就是说,锚洞施工的超前支护和初期支护参数实际均按照V级围岩实施。实践表明,本工程岩溶围岩分级是合理的,对其他同类工程可提供借鉴。

昆仑山隧道渗(漏)水水力联系及水动力参数试验研究

隧道施工过程中经常发生隧道涌(漏)水现象,对施工或运营安全可能造成较大影响。为了从根本上治理隧道渗漏水害,首先必须详细准确了解水害的根源,即渗漏水点与地表水源之间的水力联系。对于岩溶管道水比较有效的研究方法是开展连通试验,而对于渗透性能差、水力联系复杂的基岩裂隙水地区开展连通试验是不多的, 尤其是在高纬度、高海拔、以及多年冻土地区开展隧道渗漏水水力联系试验研究尚属首次,值得进一步深入探讨研究。本文针对青藏铁路昆仑山隧道渗漏水情况,在详细调查研究基础上,采用多种形式的连通试验,对昆仑山隧道渗漏水的径流条件和围岩渗透性能进行分析,并进行渗漏水的主要水动力参数计算,为该隧道渗漏水害的治理提供了科学依据。

隧道岩溶发育程度的水化学动力学-分形指数评价技术探讨

长大隧道岩溶涌水、突泥等地质灾害问题已成为倍受关注的国际性难题,需要进一步从岩溶作用机理方面开展研究,准确认识和评价岩溶发育规律和岩溶发育程度,从而为解决岩溶地质灾害问题的关键技术提供基础理论或方法。文章在前人研究成果的基础上,从岩溶含水介质的特性研究入手,开展岩溶地下水与岩溶形态之间的作用规律及相关性研究,建立基于水化学动力学-分形指数的岩溶发育程度评价模型及评价标准,进一步形成岩溶发育程度评价的指标体系。以渝怀铁路武隆隧道2~#暗河为例进行分析,评价结果与工程实际对比性较好,对同类隧道工程具有参考价值。

昆仑山隧道渗漏水连通试验研究

昆仑山隧道在衬砌完成后 ,多处发生渗水现象。根据实地调查 ,隧道内最主要的出水点主要集中在 3个地段 :DK976 +2 83右侧避车洞、DK976 +793左侧避车洞和DK977+5 73左侧避车洞。根据隧道内出水严重程度、地表示踪剂投放条件 ,以及水害治理的紧迫性 ,分 3个阶段进行昆仑山隧道渗漏水连通试验。试验研究认为 ,因施工扰动局部改变了隧道穿越区域多年冻土的水 -盐循环条件和水流场 ,并对隧道穿越区域的温度场造成较大的影响 ,以至于隧道内渗 (涌 )水与地表水之间 ,以及隧道衬砌背后与破碎围岩之间的地下水连通 ,造成隧道内多处发生渗 (涌 )水的现象。

岩溶围岩力学特性试验的初步研究

为了正确认识和处理隧道开挖揭露的不同形态岩溶,提出岩溶围岩的概念,确定岩溶围岩物理力学性质试验项目。以遂渝铁路桐子林隧道内所采取岩石样品为例,开展灰岩的比重、容重、孔隙率和吸水率等物理性质实验,抗压(拉)强度、抗剪强度及变形特性等力学试验,以及声发射、岩相鉴定和扫描电镜实验等。对实验结果进行分析,对电镜试验图片进行分形理论计算及微观物理特征分析,并得到了现场验证。

贵阳市政BJ-1隧道施工地质超前预报及监控量测技术

BJ-1隧道为一浅埋、偏压的市政隧道,泥、页岩风化严重,岩体破碎,岩溶及地下水发育,地下管线和地表建筑物密集,施工安全风险极大。为确保隧道施工安全、保障地表建筑物及居民安全,隧道的施工地质超前预报和监控量测工作非常重要。在分析隧道可能存在的主要工程地质问题的基础上,结合地质预报重点及难点,以地质法为基础、以地质雷达和HSP声波反射法为主要物探手段,对隧道进行了综合地质预报。根据施工安全控制需要,制定BJ-1隧道施工监测实施大纲,重点实施隧道净空收敛、拱顶下沉、地表沉降和爆破振动等监测工作,建立隧道工程监测预警制度。对超前地质预报及隧道监测成果进行综合分析,为本隧道工程的安全施工决策提供了可靠依据,有效地避免了隧道施工过程中危险事件的发生。本研究方法对同类城市隧道工程设计、施工具有重要参考价值。

五龙山隧道施工岩溶地质预报综合技术

采用HSP声波反射法、TSP-203地质预报系统和地质雷达对五龙山隧道岩溶地质进行测试分析,实践证明该综合预报技术的实施是成功的,在预报过程中应始终坚持"地质法基础",以HSP声波反射法作为常规预报手段,灵活应用TSP进行长距离探测,采用地质雷达对已开挖揭露溶洞周边进行精细探测。