圆梁山隧道岩溶突水机理及防治对策研究

采用现场调查、数值模拟与理论分析相结合的研究方法,对圆梁山隧道岩溶突水的机理及其防治技术进行了系统地研究,揭示了隧道岩溶突水是受水压、岩溶充填物与隧道围岩塑性区范围等影响的渐进破坏过程,总结了隧道岩溶突水机理,并针对圆梁山隧道揭示的溶洞情况,制定了岩溶突水的防治原则,实现了复杂岩溶条件下安全、高效的施工效果。

圆梁山隧道毛坝向斜段岩溶洞穴的发育深度探讨

在剖析岩溶发育深度控制模式的基础上 ,分析了毛坝向斜岩溶发育的控制性基准面 ,认为毛家院子以南 ,向斜核部及东翼 ,岩溶洞穴发育深度在海拔 90 0 m以上 ;向斜西翼及毛家院子以北的核部及东翼 ,岩溶洞穴发育深度应在海拔 85 0 m以上。

圆梁山隧道毛坝向斜段深部承压岩溶水系统浅析

通过地表调研、深孔勘探与抽水试验以及氢氧同位素测试 ,揭示向斜核部存在深部岩溶承压水系统 ,局部地带以绕轴与断层带局部承压径流的形式沟通向斜东西翼的水力联系 ,深部承压岩溶水系统在整个向斜水循环中所起的作用是很有限的。隧道施工时 ,应做好防水措施。

圆梁山隧道毛坝向斜段岩溶水同位素组分特征

以圆梁山隧道在毛坝向斜段所穿越的重要层位 P1 灰岩岩溶水为重点 ,兼顾整个向斜构造地下水的分布情况 ,从岩溶水的氢氧同位素组分特征的角度探讨该区地下水的形成、循环交替等信息 ,为进一步论证隧道施工中可能出现的岩溶突水地质灾害提供依据。

TSP超前地质预报在圆梁山隧道施工中的应用

介绍了TSP超前地质预报系统的技术特点和基本测量原理,结合渝(重庆)怀(化)线圆梁山隧道的实例,将TSP系统和超前地质钻孔预报结果进行对比,显示了该系统的实用性。

圆梁山隧道毛坝向斜深埋大型充填溶洞及其形成机制分析

研究目的:圆梁山隧道施工开挖揭示,毛坝碳酸盐岩向斜核部和东翼在隧道洞身附近发育3个罕见的大型深埋充填溶洞,其中2#溶洞多次发生涌砂突水灾害,3#溶洞还发生过粘性土爆喷型突出灾害;通过对3个溶洞发育充填的基本特征及灾害特征的综合分析研究,阐明3个溶洞的形成机制,为整治设计提供地质依据。研究方法:采用地表与隧道洞内超前物探、洞内超前水平与斜向钻探、充填物测试和理论分析等方法。研究结果:通过综合勘探和理论分析,查明了3个溶洞各自发育充填的基本特征及灾害特征,初步阐明了溶洞的形成机制,目前3个溶洞已完成整治。研究结论:初步综合分析认为,毛坝向斜、特别是核部与东翼的层间滑脱和纵向张裂隙被NW^NWW向横张断裂所交切,为岩溶水的深循环提供了较通畅的原始空间与通道,岩溶水在此通道中形成倒虹吸循环,长期溶蚀及溶蚀裂隙流转化为管道流,强烈冲刷与顶板坍塌导致核部与东翼的层间滑脱和纵张裂隙部位发展为大型溶洞,后因深部径流条件改变而被逐渐充填,发育形成现今这种罕见的深埋大型充填溶洞。

渝怀铁路圆梁山隧道桐麻岭背斜东翼岩溶涌水突泥灾害与整治方案比选

圆梁山隧道是在建铁路重庆至怀化线的关键性控制工程,隧道全长11.068km,最大埋深约780m。隧道施工穿越桐麻岭背斜东翼时,遇到了水平循环带岩溶强烈发育地段,该地段岩溶十分发育,且连通性好;加之数次强降雨,DK361+764、DK360+873等段多次突发大规模的涌水突泥砂、块石灾害,造成部分施工机具掩埋损毁,施工掘进严重受阻,蒙受巨大的经济损失,初步分析认为涌水突泥与地下暗河或岩溶泉群的主管道网络发生较为密切的联系,可以直接接受大气降水补给。为了确保隧道施工和运营安全,针对背斜东翼段岩溶发育情况、涌水突泥特征及其降雨影响程度,进行了泄水洞排水、平导排水、封堵和堵排结合4个整治方案比选,最终采用了泄水洞方案;2003年5～9月雨季,背斜地区多次普降(特)大暴雨,DK361+764、DK360+873等地段又再次突发大规模的涌突水(泥、砂、块石),都通过兴修的泄水洞排泄掉了,隧道及其村砌结构安然无恙,表明采用泄水洞方案整治背斜东翼段的岩溶涌水突泥灾害是正确的选择。

岩溶地区地下工程对环境影响的初步分析

在分析了岩溶地区地下工程对环境影响类型的基础上,以圆梁山深埋特长隧道为例,从环境工程角度阐述了其主要环境地质问题,分析了水文地质特征,利用化学热力学方法对隧道内水样的水质分析结果进行了侵蚀性评价分析,评价结果显示地下水对碳酸盐岩与混凝土具有弱侵蚀性,最后提出了在岩溶地区防止因地下工程造成环境影响的措施。

圆梁山隧道岩溶突水特征分析

通过统计分析圆梁山隧道5 个深埋充填型溶洞的突水情况、涌出物介质,并结合溶洞涌水量和地表降雨量的关系对比,以及连通性试验和水质分析,总结归纳了圆梁山隧道岩溶的突水特征、岩溶类型和岩溶水动态特征。

圆梁山隧道溶洞地段抗水压衬砌结构试验分析

对圆梁山隧道溶洞地段4.5 MPa抗水压衬砌所承受的水压力及其结构应力进行现场试验,分析隧道衬砌使用型钢混凝土组合结构在高水压作用下的受力特征。衬砌壁后水压力大小是引起衬砌结构应力发展变化的显著因素,衬砌壁后水压力的分布及其变化与地表降雨补给量和泄水洞排水状况密切关联。当衬砌壁后水压力上升时,钢筋应力比混凝土应力的增长速率大,衬砌结构内缘应力比其外缘应力的增长速率大,且在衬砌壁后水压力增量较大时,结构钢筋和混凝土的应力增长速率相对较小。这表明随壁后水压力的增大,抗水压衬砌结构内型钢发挥的承载作用更明显。

圆梁山隧道毛坝向斜段岩溶水均衡研究

为了对圆梁山隧道毛坝向斜段岩溶水径流强度、水量收支状况有一个概括的了解 ,以及深入认识隧道通过层位地下水的贮量 ,需要对岩溶水的补径排条件及收支状况进行均衡分析。根据毛坝向斜的地质环境条件 ,采用降水资料类比生成岩溶水排泄量的流量过程曲线的手段 ,较好地实现了缺少足够的水量动态资料情况下的均衡分析。

岩溶隧道中地下水侵蚀性的化学热力学分析与评价

本文从地下水的多组分角度出发,采用化学热力学方法对地下水中碳酸盐岩的侵蚀性作出了分析。以渝怀线圆梁山隧道为实例,通过隧道内地下水取样进行了全分析,其中CO2-3离子作为"中间过渡态"离子,由于只存在微小量未被检出;使用水质分析结果数据设计了五个化学反应方程式,通过活度、反应平衡常数及吉布斯自由能之间关系进行热力与反应进行两个方向化学反应判据开展分析,结果表明地下水具有弱侵蚀性,在隧学计算,依据二氧化碳气体分压PCO2道工程中应避免其引起危害。本文在方法上为地下水侵蚀性评价作了有益的探索,并对工程实践具有一定指导意义。

圆梁山隧道毛坝向斜水压力监测分析

圆梁山隧道所处毛坝向斜存在高压富水,给隧道的设计与施工带来了很大的难度。本文主要介绍了圆梁山隧道毛坝向斜水压力的监测状况,并通过对监测数据进行理论分析,计算出毛坝向斜的水压力值和注浆后水压力降低状况,同时,通过推测监测区溶洞形态,对下一步该溶洞的注浆施工提供指导。

倒虹吸形成深饱水带大型充填溶洞的典型实例——圆梁山隧道毛坝向斜深饱水带特大型充填溶洞的形成及充填物成灾机制分析

圆梁山深埋特长隧道是渝怀铁路越岭线路方案的关键性控制工程,隧道总长11.070km。隧道穿越四周被志留系和泥盆系泥岩包围的二叠系及三叠系碳酸盐岩构成且受众多NW～NWW向横张断裂切割的毛坝紧密向斜。穿越毛坝向斜碳酸盐岩长度约2.2km。地表多为岩溶洼地及槽谷,岩溶泉、泉群、暗河多出露于横张断裂端部碳酸盐岩与下伏泥岩接触带。泉出露高程,亦即向斜岩溶水局部排水基准面,多在850～900m以上。隧道高程低于局部排水基准面400～450m。隧道施工开挖揭示,向斜核部和东翼在隧道洞身附近当地地下水位400m以下发育有3个罕见的特大型充填溶洞。其中平切面积达6000m^2充填有紫红色粉细砂的2^#溶洞多次发生涌砂突水灾害,总涌砂量高达6×10^4m^3。3^#溶洞则发生过极其特殊的黏性土爆喷型突出灾害。初步综合分析认为：向斜核部的层间滑脱和纵向张裂隙以及东翼茅口碳酸盐岩中部的层间错动带,被NW～NWW向横张断裂所交切,为岩溶水的深循环提供了较通畅的原始通道;横断层间的水头差,导致岩溶水在此通道中做倒虹吸循环;长期差异溶蚀使原始导水能力强的裂隙或断裂发展为溶洞,其中的水流转化为管道流。强烈溶蚀冲刷与顶板坍塌导致向斜核部吴家坪组碳酸盐岩中的层间滑脱与纵向张裂隙分别发育为1^#、2^#溶洞,东翼茅口碳酸盐岩中的层间错动带则发展为3#溶洞;后因深部径流条件改变而被充填,形成现今这种罕见的深饱水带特大型充填溶洞。

渝怀线圆梁山隧道冷水河谷浅埋段渗漏分析

从冷水河谷隧道浅埋段的地理地质背景入手 ,在分析河水渗漏通道条件的基础上 ,通过对河水流量观测资料的综合研究 ,结果表明冷水河谷浅埋段存在较大规模的河水渗漏 。

圆梁山隧道毛坝向斜段岩溶涌砂来源研究

在对圆梁山隧道毛坝向斜段岩溶地质条件分析的基础上,对不同构造部位及高程的溶洞沉积物进行分析,认为隧道揭露溶洞所富含的大量泥砂与岩溶发育旋回中遗留下的厚层夷平面沉积物有直接关系,这是当地封闭地质构造单元与地下水共同作用的结果.这种溶洞物质特征对比方法为今后预测深埋隧道溶洞沉积物质数量及物质组成提供了新的研究手段.

圆梁山隧道进口非煤系地段施工通风与瓦斯治理

圆梁山隧道进口非煤系地段施工中出现了瓦斯、SO2 、H2 S、VOC等有害气体 ,针对这一地质情况及时地调整了通风方案 ,并采取了有效的瓦斯处理措施。文章主要介绍了这一地段的施工通风系统。

物探方法在圆梁山隧道超前地质预报中的应用

圆梁山隧道穿越由碳酸盐岩构成且地质情况十分复杂的毛坝向斜。应用物探方法,进行了超前地质预报的研究。结果表明:在灰岩地区深埋长大隧道做物探超前地质预报,最好先开展可控源音频大地电磁法勘探,查明各种构造、岩溶发育区、油汽囊等的位置、形状、规模和埋深,对地质情况有一个半定量认识,然后在开挖的掌子面附近开展负视速度地震反射波法,精确预报掌子面前方的不良地质。

圆梁山隧道施工期间增加辅助坑道的设计与施工

在圆梁山隧道修建期间,为解决进口车站大跨段的快速施工以及施工中所遇到的2、3、4和5号溶洞的涌水涌砂难题,创造性地新增设了3条横通道、1条地质探洞、2条迂回导坑和4条泄水洞共10条辅助坑道。主要介绍了施工期间增设的10条辅助坑道的设计与施工。

圆梁山隧道2^#溶洞正洞施工技术

要圆梁山隧道2#深埋充填型溶洞充填介质为粉细砂,经专家多次论证,该溶洞被称为“国内外罕见,极具挑战性的难题”,本文主要介绍了2#溶洞正洞的施工技术,以期对类似工程的决策、设计与施工提供借鉴。