TSP203超前预报系统探测岩溶隧道的应用研究

在岩溶地区隧道施工过程中,经常遇到溶洞、暗河、断层及突水、突泥等无法预料的地质灾害,给施工带来了重大灾难和无法估计的经济损失。为了保证岩溶地区隧道施工安全,对岩溶的发育情况进行准确及时的超前预报,具有重要的理论意义和重大的工程价值。TSP超前地质预报系统与其他预报方法相比,在准确性和预报距离以及操作可行性等方面都具有一定的优势。基于TSP203 plus系统对沪(上海)蓉(成都)西高速公路齐岳山隧道进口左洞溶洞进行了预报。对照溶洞实际开挖情况,分析了该系统的实用性和可信性以及在指导施工方面起的重要作用。

齐岳山隧道进口背斜地段岩溶发育特征分析与治理

齐岳山隧道全长10 528 m,是在建铁路宜万线第三长隧道,隧道进口采取反坡施工。在进口齐岳山背斜地段施工过程中,先后揭示了6个大型岩溶,充填物有水、淤泥、粘土和块石土等多种,水量、水压不等。根据充填介质和工程及水文地质特征,施工中有针对性地采取了释放、排泄、注浆等不同措施,使不同类型的岩溶得到了有效的治理。

鄂西齐岳山地区岩溶发育特征及其对隧道涌水的影响

齐岳山地区有7种岩溶地貌类型,地下河发育受碳酸盐岩层组类型控制,管道结构单一,具有侧向补给、纵向排泄的水文地质特征。本文将齐岳山隧道分成5个区段,分别采用大气降水入渗系数法、地下径流模数法和水文地质比拟法对各区段隧道涌水进行计算预测,并对各段岩溶发育对隧道涌水影响进行了评价。

齐岳山草场保护利用研究

从湖北省利川市齐岳山草场目前存在的问题入手,分析草场破坏的深层原因,并依据齐岳山草场资源的自身特点,提出保护利用的对策。

齐岳山隧道F11高压富水断层带注浆施工技术

隧道岩溶、断裂带等高压涌水是隧道修建中比较难以解决的问题,隧道突涌水地质灾害频繁发生,成为影响隧道施工和安全的主要障碍。宜万铁路齐岳山隧道所穿越暗河、溶洞、断层破碎带等不良地质高压突涌水地段,给施工带来很大的困难。目前正在施工的齐岳山隧道F11断层破碎带,水压高、水量大、地质条件复杂,成为唯一制约全线的主要技术难题。以平导F11断层的注浆施工治水防坍为实例,介绍F11高水压断裂带治水防坍新方案、新工艺及效果检查新方法等,为以后类似工程积累经验。

注浆加固工法在齐岳山隧道F11断层施工中研究与应用

在应对齐岳山隧道F11高压富水断层施工中,综合国内外类似地层的施工方法进行比较,拟采用注浆工法进行堵水加固施工处理,由于采用全断面超前预注浆工期长的缺点,在钻孔注浆方案设计过程,根据实际地质情况,大胆进行理论创新,将原帷幕注浆"柱状加固模式",优化为"桶状加固模式",在保证效果的前提下,减少工程数量,并在后续施工中推广应用,最终形成以封堵较大裂隙水和加固围岩为主要目的的围岩加固注浆模式,大大地缩短了施工工期。

宜万铁路齐岳山隧道地质水平钻探应用技术

超前地质探测是隧道安全施工的重要保障,水平钻探技术具有直接和准确的特点,因此快速水平钻探技术成为超前地质探测的主要手段之一。以宜万铁路齐岳山隧道为背景,研究了隧道施工过程中快速水平钻探的点位选择、钻进工艺、数据处理等技术,探讨了快速水平钻探与其他探测手段的配合方法。

四川盆地东南缘齐岳山断裂构造特征与页岩气保存条件

勘探现状表明,位于四川盆地东南缘的齐岳山断裂,导致了盆缘两侧页岩气成藏存在显著的差异性。文章基于最新的地震数据,结合区域地质资料,利用断层相关褶皱理论,系统解剖齐岳山断裂的构造变形特征,具体包括齐岳山断裂的几何特征,形成演化过程,以及对页岩气保存条件的影响。结果表明,齐岳山断裂在平面上呈S形分布,由多条不连续断层组成,且在北部呈右阶左行雁列式,在南部左阶右行排列;齐岳山断裂控制形成了西侧背斜和西侧斜坡两类转换带,并分别发育"基底冲断—断层相关褶皱—滑脱"和"基底逆冲—滑脱"两类构造变形模式,且断层断距从焦石坝到古蔺逐渐变小;齐岳山断裂在晚侏罗世主滑脱层抬升导致隔槽式褶皱带向隔档式转变过程中形成雏形,经历了晚白垩世黔中地块的改造作用和新近纪末期的差异隆升形成现今的形态;受齐岳山断裂控制,东侧强烈变形褶皱带保存条件差,仅宽缓向斜内残留常压页岩气藏,西侧前缘基底分支断层滑脱导致五峰组-龙马溪组抬升,形成的四个背斜构造埋深适中,为有利勘探目标,且自南向北其保存条件逐渐变好。

隧道施工期超前预报地质雷达异常干扰识别及处理

受隧道施工复杂环境的影响,地质雷达在超前地质预报中经常遇到各种干扰信号,会对不良地质体探测和预报的准确性造成影响。采用现场实测的方法对隧道地质雷达探测过程中掌子面附近台车等金属物体、探测表面凹凸不平、电缆与输电线路、测线表面金属或非金属干扰物、探测区积水积泥以及底板测线附近金属物体等常见干扰因素进行分析,研究其在雷达处理图像上的表现特征与识别方法,并从相对介电常数取值、直达波拾取、天线移动、测线里程标记、增益调节和数据处理等方面讨论减少或消除干扰因素的措施。研究成果有利于提高地质雷达在隧道超前预报中的准确性,并对类似工程具有一定的参考和借鉴意义。

川东齐岳山断层北部差异构造变形特征

根据地震资料结合区域地质资料,对川东齐岳山断层构造几何学和运动学特征及断层演化史进行了分析。齐岳山断层自北往南剖面形态上依次表现为“y”字形、“之”字形和铲形,地表出露断层倾向从北西变为南东;断层具有明显的分段式结构,断层西侧周缘构造样式自北向南由“巫山—吐祥段的隐冲加断滑褶皱”至“吐祥—忠县段的断展加滑脱褶皱”至“忠县—焦石坝段的基底冲断—断展褶皱”至“焦石坝—南川段的冲断褶皱”,断层东侧周缘则整体表现为冲断构造变形;齐岳山断层形成于早燕山期,之后又经历了燕山运动中期的挤压作用与燕山运动晚期的伸展作用,以断层中段变形程度最强。齐岳山断层差异构造变形导致断层两侧油气保存条件明显不同,断层周缘二级台阶构造形态呈铲形处为有利油气勘探区。

齐岳山断裂东侧盆山过渡带褶皱特征及其变形机制

雪峰造山带与四川盆地之间的盆山过渡带以齐岳山断裂为界,分为西部的隔档式褶皱带和东部的隔槽式褶皱带。对盆山过渡带内褶皱的成因和形成机制有多种不同观点,其中以"雪峰西推模型"影响最大并广为研究者接受。该模型认为盖层(南华系及以上地层)在雪峰造山带推覆体的推动下向NW发生多层次拆离推覆及递进挤压而形成隔槽式与隔档式褶皱。本文通过实测构造剖面、地球物理剖面及区域地质资料分析,选择桑植-石门复向斜和沿河地区褶皱对齐岳山断裂以东地区的褶皱变形特征、形成机制进行了解剖研究,取得以下主要认识:(1)桑植-石门复向斜内褶皱具"复杂褶皱"组合样式,主要形成于中三叠世后期印支运动;沿河地区褶皱为典型隔槽式褶皱,主要与早燕山运动NWW向挤压有关;(2)褶皱主要受区域挤压体制下包括褶皱基底和盖层在内的原地岩层体的整体水平收缩及其导生的冲断、滑脱作用所控制,其中桑植-石门复向斜内褶皱基底变形主要以逆冲断裂为主,沿河地区褶皱基底变形则以滑脱背斜为主;(3)区域挤压下整体水平收缩变形机制,可以很好地解释雪峰西推模型不能解释的若干重要地质事实,包括褶皱轴面和逆冲断裂无向东或南东倾斜极性、雪峰造山带未发生向西侧褶皱带的大规模推覆、盆山过渡带具大幅度整体性构造抬升等,同时也不存在雪峰西推模型中地质剖面无法平衡的问题。

宜万铁路齐岳山隧道高压富水断层施工关键技术

通过宜万铁路齐岳山隧道F11断层施工,对冻结法、泄能降压法、注浆加固堵水法等施工方法进行比选;经过科研实践总结,优化方案为分水降压和信息化跟踪注浆组合工法,采用泄水洞或平导等附属洞室突水后作为分水降压通道,降低水压,减少突水、突泥风险;再采用信息化跟踪精确注浆加固隧道范围内围岩,快挖快封安全快速通过。解决了岩溶地区隧道高压富水断层快速施工难题,可在类似工程中推广应用。

盆-山转换带构造变形特征及成因机制--以四川盆地东南部桑木场背斜为例

为了剖析湘鄂西“隔槽式”褶皱带前缘与川东南“隔挡式”褶皱带的叠置关系,探讨四川盆地东南缘盆山转换带构造变形特征及成因机制,基于现有的地震、测井、DEM数字高程及相关地质资料,以断层相关褶皱理论为指导,对切过桑木场背斜的多条二维地震剖面进行了精细的解释,分析了其地质结构特征;利用平衡剖面技术建立了其运动学模型,分析了其构造演化特征。研究认为,桑木场背斜存在分层滑脱变形的变形机制,在垂向上具有相互叠置的结构特征,盖层的变形较为一致,以沿滑脱面的顺层剪切变形为主,背斜的整体构造格局受到盆地基底形态与齐岳山断裂的共同影响。齐岳山断裂是由数条倾向南东的基底逆冲断层组合而成的隐伏断裂系统,在其控制下形成的深部基底构造楔及叠瓦构造相互叠置,共同控制了背斜的变形。进一步分析表明,背斜的变形始于燕山期中期,其构造演化经历了多期构造运动的叠加作用。在雪峰山西推应力的作用下,湘鄂西“隔槽式”褶皱带由东向西的递进构造变形控制了深部构造楔及叠瓦构造的活动,进而控制了背斜的主体构造形态。位于盆地内部的川东南“隔挡式”褶皱带对背盆山转换带构造变形特征的影响主要体现在背斜前翼,造成了背斜前翼宽缓,后翼陡窄的构造差异。

宜万铁路齐岳山隧道高地应力测试方案

运用目前国内工程岩体应力测试中使用较多的孔径变形法,对齐岳山隧道的岩体应力进行了测试,并根据高地应力的特点给出了施工建议。

齐岳山隧道F11断层区域横通道进正洞超前帷幕注浆施工方案

以齐岳山隧道F11断层区域横通道进正洞施工为例,介绍了超前帷幕注浆施工技术在复杂地质条件下的应用,阐述了大断层区域内超前帷幕注浆技术的注浆设计、钻探注浆情况分析、注浆效果评定、开挖揭示对比,为断层破碎带、软弱围岩施工提供了一定的经验借鉴。

齐岳山隧道F11断层掘进施工综合技术措施

如何安全、高效地通过高压富水、岩体破碎的断层地段,是国内外隧道施工中的一个重大难题。详细介绍了宜万铁路齐岳山隧道进口F11断层施工中所采用的开挖方法、支护流程、辅助施工、现场管理等综合技术,以期为今后同类隧道施工提供借鉴。

Sensitivity analyses of random cave groups on karst tunnel stability based on water–rock interaction using a novel contact dynamic method

This paper concentrates on the sensitivity and dynamic simulation of randomly distributed karst cave groups on tunnel stability and connectivity extended ratio based on water–rock interaction using a novel contact dynamic method(CDM).The concept of karst cave group connectivity extended ratio during tunneling and water inrush is proposed.The effects of cave shape and spatial distribution on Qiyueshan tunnel are investigated.Tunnel deformation and damage index,and connectivity extended ratio with uniform random karst cave groups are evaluated.The results demonstrate that the connectivity extended ratio is verified as a crucial judgment in predicting the safe distance and assessing the stability of the tunnel with the karst cave group.CDM model captures the fracture propagation and contact behavior of rock mass,surface flow,as well as the bidirectional water–rock interaction during the water inrush of Qiyueshan tunnel with multiple caves.A larger cave radius and smaller minimum distance between the cave and tunnel increase the deformation and damage index of the surrounding rock.When the cave radius and cave area ratio increase,the failure pattern shifts from overall to local failure.These findings potentially have broad applications in various surface and subsurface scenarios involving water–rock interactions.

川东多套滑脱层褶皱构造带形成物理模拟

川东地区发育典型的"侏罗山式"褶皱构造带,以北东走向的齐岳山断裂为界,南东侧为隔槽式褶皱,北西侧为隔挡式褶皱.中生代川东地区经历了自南东向北西的陆内递进变形,受多套滑脱层(基底拆离面、下寒武统页岩、志留系泥页岩和三叠系膏盐)的共同控制.但是,关于川东褶皱带的形成机制及其整体和分段形成时间仍存在较大争议.应用构造物理模拟方法,再现了川东"侏罗山式"褶皱带的形成过程,并分析了先存断裂及其倾角对川东褶皱构造变形的影响.模拟结果表明,川东褶皱带是齐岳山断裂、华蓥山断裂、志留系滑脱层和基底拆离面组成的阶梯状体系在构造挤压下发生断层相关褶皱作用的结果.基底拆离面(深度约16km)控制隔槽式褶皱的发育,志留系页岩主要控制隔挡式褶皱的形成.中生代(165～75Ma)川东地区的构造缩短率约为32%.齐岳山断裂是隔槽式褶皱向隔挡式褶皱过渡的重要枢纽,是先存高角度断裂浅部向北西迁移后的产物.华蓥山断裂的倾角控制着隔挡式褶皱的波长,当倾角较陡时(45°)更有利于发育典型的隔挡式褶皱.

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。

综合地质超前预报在齐岳山隧道施工中的应用

在长大隧道施工过程中,由于工程地质条件的复杂性和不确定性,常会出现如塌方、涌水等地质灾害,为了规避这些地质灾害的发生,在施工过程中实施综合地质超前预报就显得十分有必要。本文以宜（昌）—万（州）铁路齐岳山隧道PDK366＋020~PDK365＋984段为实例,详细介绍地质分析-TSP地震勘探-超前水平钻探相结合的综合地质超前预报方法,结果证明,该方法具有较高的精度和准确度。