Formation mechanisms of water inrush and mud burst in a migmatite tunnel：a case study in China

This paper presents a case study of water inrush and mud burst occurring in a migmatite tunnel to study its formation mechanisms. The geological investigation and mineralogical analysis showed that water inrush and mud burst in the migmatite was closely related to the component of the host rock. High content of soluble minerals,e.g.,calcite and dolomite,would make the migmatite rock prone to be fragmentized,isintegrated and eventually form different sorts of connected or semi-connected veins. The field exploration revealed most cavities in the magmatite tunnel were eroded by groundwater and formed large interconnected networks. The two faults and the dike in the magmatite tunnel became the preferred paths and provided great convenience for plenty of precipitation and mud slurry. Due to high water pressure and blast disturbance,the cavities can soon connect each other as well as all sorts of veins,forming a complex ground channel for water inrush and mud burst. To estimate the potential occurrenceof water inrush and mud burst,the water bursting coefficient was employed. The results showed the water bursting coefficient of the magmatite tunnel was much bigger than the threshold values and it can be used to explain the accident of water inrush and mud burst occurring in the magmatite tunnel.

高海拔排水巷断层突水突泥前兆信息演化规律数值模拟

目的:以西藏巨龙铜矿穿破碎带排水巷道施工为工程背景,分析断层突水突泥前兆信息演化规律。方法:通过数值模拟,探究了流固耦合作用下排水巷道施工至破碎带过程中围岩位移、应力、塑性区以及渗流场的变化规律,分析了巷道穿断层破碎带突水突泥前兆信息演化规律。结果:结果表明:巷道掘进至破碎带时,掌子面位移发生突变性增大。同时破碎带发生应力扰动。围岩塑性区向破碎带方向扩展,破碎带内岩体发生塑性变形,与掌子面塑性区贯通。巷道掘进至破碎带时,围岩内渗流场发生明显变化,被揭露的破碎带形成排水口,围岩水压骤然减小,巷道内容易发生突水突泥事故。意义:本文研究结果为巨龙排水巷穿破碎带施工提供了理论参考。

隧洞涌水量数值模拟不同网格加密方法对比研究

突水突泥事故是隧洞工程施工过程中常见地质灾害之一,因此在施工前期对于隧洞涌水量的预测和计算工作尤为重要。由于数值模拟计算法中存在关键参数选取的科学依据不足、不同网格加密方案的计算效果难以评估等问题,首先建立三维地下水稳定流模型,确定Drain模块中排水系数C的取值,再采用粗网格、细网格、Quadtree和Nested grid四种不同的网格加密方法进行隧洞涌水量数值模拟计算,分析评价各方案的优劣及其适用性。结果表明:(1)涌水量Q随C值快速增大后趋于稳定,说明C值在一定范围内影响Q的计算结果;(2)细网格、Quadtree以及Nested grid模型,比粗网格模型模拟精度高,更能准确地刻画因隧洞开挖导致的地下水位变化情况;(3)和细网格模型相比,两种非结构化网格模型的网格总数较少,模型运行时间短,在没有大幅度降低模拟精度的前提下,运行效率更高,且Quadtree网格具有逐级渐变加密的优势。

照金煤矿泥砂溃涌灾害形成及防治

针对煤层顶板溃水溃砂灾害,其形成条件多为浅埋薄基岩煤层赋存,当冒落带波及到基岩上覆含水的第四系松散砂层含水层时,在高水压动力条件下水砂一起溃入井下开采空间。根据照金煤矿“4·25”事故发生条件与对普遍认识的“溃水溃砂”灾害完全不同,该事故发生在煤层深埋条件下,溃入井下的物质以泥岩类为主,总体涌水量有限。根据区域及矿井水文地质条件分析,煤层直接顶地层富水性极弱,天然状态下不存在发生该类型灾害性事故的水动力条件。综合现有研究成果,尚未有专门针对深埋煤层综放开采顶板泥砂溃涌灾害形成机理的研究。内蒙古、东北少数矿井曾发生深埋条件下的溃水溃砂事故,但其溃出物质仍以松散流砂为主,是由胶结不良地质体造成,与本次表象和机理均不相同,相应的防治措施则不同。

龙潭隧道F_2断层处涌水突泥机理及治理研究

在岩溶地区深埋长大隧道的施工过程中，当隧道穿越断层、岩溶发育地段和富含水区域时，容易发生涌水、突泥等事故，给施工安全带来极大威胁。龙潭隧道属于深埋特长岩溶隧道，施工期ZK72＋205～ZK71＋940段断层溶蚀带发生了四次涌水突泥事故，针对这四次事故，基于该段地层的岩溶发育规律，从地质学角度系统地分析了涌水突泥机理。分析得到：具有丰富补给来源的地下水、松散的岩溶洞穴堆积物给涌水突泥创造了必要条件，一经开挖扰动，事故一触即发。基于涌水突泥机理的分析结果，合理选择了超前小导管挤压劈裂注浆、负压排水、长管棚注浆、前进式分段高压注浆等治理措施，成功穿越了该段，完成了贯通，所得结论对类似工程具有一定的借鉴意义。

岩溶隧道突涌水致灾构造与前兆信息判识技术探讨

隧道突水突泥等地质灾害的发生具有一定的孕灾环境,灾害发生前往往表现出一定的前兆信息。文章基于工程实践、案例调研和理论分析,系统研究了岩溶隧道突涌水灾害源赋存规律,确定了突涌水灾害发生条件(有压含水构造、运移通道和外界干扰)的内在含义,将突涌水灾害划分为:断层破碎带突水、溶腔溶潭突水、富水裂隙突水、可溶岩与非可溶岩接触带突水、地下暗河及岩溶管道突水。通过对突涌水灾害源地质前兆信息和地球物理场前兆信息的研究,建立了突涌水灾害综合前兆信息判识体系,并成功应用于尚家湾隧道,避免了人员伤亡,降低了经济损失。

综合地质预报方法在铜锣山隧道施工涌水预报中的应用

在富水隧道施工过程中,常突发涌水、突泥等工程地质灾害,对施工安全危害极大。工程实践表明,单一的地质超前预报方法造成漏判、误判严重,难以确保隧道施工安全。文章结合铜锣山隧道工程地质条件,提出采用综合地质超前预报技术对铜锣山隧道施工涌水进行地质超前预报,充分发挥TRT法、瞬变电磁法和超前水平钻法技术的各自优势。工程应用效果表明,该种组合的综合地质超前预报技术为该隧道施工决策提供了有效的地质参考依据,在一定程度上避免了隧道涌水、突泥等地质灾害的发生。

隧道突水突泥灾害的模糊预测和控制措施

为了预测突水突泥灾害发生的可能性和规模,针对隧道施工中突水突泥灾害的影响因素较多,且各因素相互关联,具有很强的模糊性,提出了利用模糊综合评判方法来评判隧道的突水突泥风险,实例证明其结果与实际情况具有较好的一致性。并针对隧道的突水突泥灾害提出了有针对性的控制措施。这对于制定合理的超前地质预报措施、拟定有效的防灾方案、保障隧道安全施工,均有非常重要的意义。

隧道涌水突泥风险评价模型研究

结合层次分析法和模糊综合评价法,对涌水突泥这一灾害建立了风险评价模型,并对其进行量化处理,通过模糊—综合评价方法得到隧道涌水突泥风险评价模型。最后,将该风险模型应用于铁峰山隧道实例中,可以较明确的表达特定条件下隧道的涌水突泥风险级别,具有较高的可靠性和合理性。

隧道穿越断层破碎带突水涌泥模糊安全评价

为了探索隧道施工过程中断层破碎带突水涌泥的安全等级,建立了隧道穿越断层破碎带突水涌泥安全评价指标体系及其评价等级。评价过程中采用一种改进的层次分析法——乘积标度法确定安全评价指标的权重,并运用模糊综合评价法对隧道穿越断层破碎带突水涌泥安全评价指标体系中的4个单因素和整体进行评价,对评价结果确定了安全等级标准。通过对别岩槽隧道穿越F3断层破碎带突水涌泥实例验证,表明断层破碎带突水涌泥安全评价指标体系具有合理性和实用性,这对于类似隧道工程断层破碎带突水涌泥安全评价工作具有参考价值。

岩溶隧道突泥机制与防治技术研究

为规避和降低岩溶隧道的突泥风险,采用归纳分析方法总结岩溶与隧道的位置关系,基于力学分析方法揭示岩溶隧道的突泥机制和主要影响因素,并以贵都高速公路九条龙隧道突泥现场实例,对突泥事故原因、处理方案和防治措施展开论述。得出以下结论:1)岩溶与隧道的位置关系可划分为隧道周围存在岩溶、隧道整体穿越岩溶和隧道部分穿越岩溶3种类型;2)从宏观和微观2个方面揭示岩溶隧道的突泥机制,其宏观机制是指岩溶隧道不同的突泥类型,其微观机制是指地下水对地层的小尺度物理力学作用;3)针对岩溶隧道不同工程地质特征,应重视工程勘察和隧道施工作业中的超前预报,采用合理的开挖方法和超前支护措施,规范施工作业流程,预防岩溶隧道突泥事故的发生。

盾构技术的发展与展望

介绍了盾构技术的国内外发展现状,重点论述了近年来盾构的新技术,包括新的盾构工法、刀盘磨损的防治措施、盾构机的脱困技术以及突水、突泥预防及处治技术等,并综合国内外理论研究和实践经验进行了分析总结。最后,对盾构技术的发展进行了展望,指出为了满足各种地层结构的施工安全、效率的要求,盾构技术应该向自动化、智能化的方向发展。

雁门关隧道大变形突泥段地质结构与力学分析

雁门关隧道位于走滑构造控制的恒山变质岩地区,在施工过程中经常遇到大变形、突泥等问题。通过对该隧道施工灾害典型段(DK118+30.0～DK118+200.0段)的走滑偏压特征分析、偏压数值模拟以及应力和变形收敛监测等发现:(1)研究段穿越小尺度的走滑断层;(2)围岩级别差异是深埋隧道偏压的主导因素,偏压对围岩的下沉收敛影响显著甚至起控制作用;(3)隧道大变形突泥段的围岩破坏机制是层间剪切和挤压破碎。研究认为,在构造复杂的变质岩地区进行隧道等地下工程设计施工时,要充分考虑围岩所受应力情况和岩性差异等因素,灵活变更施工技术。

兰渝线新龙凤隧道涌水分析

文章结合兰渝线新龙凤隧道发生的岩溶涌水突泥地质灾害问题,在对隧道地质环境及岩溶发育特征分析研究的基础上,从隧道所处地段的岩溶发育强度、岩溶水动力垂直及横向分带,以及大气降雨条件等方面分析了隧道涌水的原因,认为新龙凤隧道发生的涌水是揭露中小型岩溶管道所致,涌水的主要控制因素为大气降雨。

山岭隧道溶洞处治技术

某山岭隧道施工中揭露纵向长14 m、横向宽24 m、高7 m的大型半充填溶洞,根据溶洞工程地质条件及隧道工程修建技术特点,在探明溶洞的基础上,严格遵循以疏为主,堵排结合,因地制宜,综合治理的原则,选择合理科学的溶洞处理方法,根据岩溶溶洞的发育规模及特征,采用溶腔揭示后的施工处理技术,降低和排除岩溶隧道溶洞的施工风险,确保了施工安全和工期,在工程实践取得的效果较好,可为相似工程提供参考。

隧道断层涌泥整治技术研究

南冲隧道团山1号断层为全新世活动断层,断层带以断层角砾为主,隧道施工过程中发生了地表塌陷和洞内涌泥灾害。文章详细阐述了地表塌陷和洞内涌泥灾害发生过程并提出了针对性的整治措施。包括:对地表陷坑进行反压回填,洞内分阶段清淤以及利用硫铝酸盐水泥单液浆对涌泥体进行注浆加固。这些措施达到了良好的整治效果,可为今后隧道涌泥体的处理提供参考。

宜万铁路大支坪隧道+990岩溶治理技术

主要介绍宜万铁路大支坪隧道DK133+990岩溶异常体水文地质特征、岩溶发育规模、高压富水溶腔突水突泥经过及特点,并根据溶洞工程、水文地质条件及历次突水突泥机理,综合考虑施工及运营安全等多种因素,遵循"释能降压、注浆加固、超前支护、综合治理"的原则进行溶洞治理。

突涌地质隧道TSP法弹性参数判识研究

结合云南4座在建高风险隧道典型突涌实例,对不同不良地质发生突涌的地质情况及突涌段落地震波反射法(TSP)的预报成果进行总结,分析各类突涌发生的工程地质条件和地震波反射法物理参数,归纳隧道突涌地质特征,得出大规模突涌时地震波反射法物理参数中纵波速度V_p、横波波速V_s、纵横波速比V_p/V_s和泊松比σ四项参数的判断标准:(1)富水时,V_p/V_s与σ都呈增长趋势,V_p/V_s变化率增长约5%以上,σ变化率增长约10%以上;(2)富水时,V_p/V_s由1.7→2.0变化,σ由0.25→0.3变化;(3)层状裂隙或构造破碎时,V_p均呈下降趋势;(4)存在裂隙及富水通道时,V_s均呈下降趋势;(5)V_p和V_s同时下降时,围岩破碎及地下水发育程度同步上升;(6)V_p上升、V_s下降时,围岩完整程度变化不大,地下水或裂隙发育程度上升。

突水突泥隧道段落围岩压力及整治措施

深埋隧道在施工过程中经常会遇到突水突泥段落,具有突发性、软弱性等特点,围岩压力对采取的加固措施、衬砌参数、预留清淤长度等有较大影响,但对其荷载大小的研究较少。通过资料调研分析确定了突水突泥段落围岩参数范围,并按跨度对我国不同时速单双线断面大小进行划分;通过普氏理论、太沙基理论以及谢家烋理论对突水突泥段落围岩压力进行计算,确定了不同跨度隧道对应的围岩压力,为隧道突水突泥整治提供参考,具有一定的指导意义。

隧道施工突水突泥形成过程及受断层倾角影响研究

隧道穿越富水断层区段极易发生突水突泥现象,是隧道施工中面临的一类严重的工程灾害问题。为了探究突水突泥形成过程和其受断层倾角的影响,避免隧道施工穿越富水断层区段时发生严重的突水突泥工程灾害,文章利用离散元方法,通过颗粒体与流体耦合,模拟了富水断层在不同倾角时,隧道开挖所引起的突水突泥全过程。模拟过程中对隧道周围岩体的裂隙发育、隧道内的突水量和突泥量进行追踪和统计,分析了突水突泥通道的形成过程,揭示了断层倾角对隧道突水突泥的影响。结果表明,富水断层倾角越小,隧道与断层的垂直距离越小,越易发生突水突泥破坏,且突水突泥越易集中在掌子面底部位置。该研究结果可为富水断层区域隧道开挖的方案设计及突水突泥事故的预测和防治提供参考。