复合型离层水突涌机理研究及防治对策

针对煤矿顶板离层水突涌方式隐蔽、突涌形式多样、突涌机理不清及难以有效防治的特点,本文在总结全国离层水突涌煤矿地区分布、水文地质和开采条件的基础上,通过单轴抗压试验研究了不同地区泥岩在水力耦合作用下的力学强度劣化差异,通过理论和实际案例分析了顶板离层水突涌机理,并提出相应的防治措施。研究结果表明:水源、时间、空间和导水通道是离层水形成条件的主导因素;在浸水作用下横河煤矿泥岩强度降低了35%,低于榆树井煤矿的泥岩强度,表现出明显的差异性;离层水突涌类型分为动水压突水、岩层软化致灾、覆岩荷载及水压协同致灾、多煤层叠加开采突涌和断层离层耦合突涌,部分煤矿具有多种离层水突涌类型并存特性;对于可能发生复合型离层水突涌的煤矿,基于不同的开采条件提出离层水截流孔(导流孔)和注浆技术、部分充填开采、走向条带开采3种措施。通过研究导致煤矿顶板突水的机理能更好指导相似条件煤矿预防同类事故。

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。

现役隧道涌水突泥病害应急抢险处置技术

随着时间的推移,既有运营隧道病害逐渐显现,而目前对突发性、灾害性较强的二次衬砌垮塌涌水突泥病害的处置技术研究较少。文中以沪蓉(上海—成都)高速公路广安—邻水段华蓥山隧道塌方涌水突泥病害处置为依托,制定架立I18 mm临时钢支撑、增加泄水孔排水并加强观测的应急抢险处置方案,概述该处置方案的工艺流程及施工技术要点。

喀斯特地貌岩溶区隧道施工中涌水突泥施工处理技术

以喀斯特地貌岩溶隧道为案例背景,该隧道工程的地质及水文条件一般,岩溶地段施工作业会出现涌水突泥等地质灾害情况。基于此,结合国内喀斯特岩溶隧道设计、施工及管理等实践经验,将综合超前地质预测预报作为主要的勘测手段,联合采取“封堵溃口、降压排水、注浆固结、结构加强”处理措施,减小洞内积水产生的不良影响,改善地质条件以及提升结构稳定性,创设良好的条件以便1号斜井左线施工活动的顺利进行。实践表明,洞内排水降压,同时配合注浆加固、隧道结构加强等综合处理技术,取得的治理效果明显,达到了预期要求。

宝林隧洞F31断层的地质特征及其突水突泥机制探讨

断层是隧洞施工突水突泥的主要致灾构造之一。宝林隧洞F31断层位于鄂北片麻岩区,其地表特征与地下特征差异较大,几乎没有明显的断层影响带,地下整体发育规模较大,与国内外其他常规断层致灾构造有明显差异。通过对F31断层地形地貌、地质构造、物质组成、地下水等特征的详细分析研究,得出F31断层经历多期活动,虽然整体规模较大,但突水突泥灾害主要由最后一期活动的平推断层诱发,其物质来源主要为断层泥、软化碎裂岩及断层面附近破碎构造角砾岩。断层整体蓄水量有限,但地下水连通性好、水头高、补给量大,F31断层突水突泥灾害为典型的导水型断层由于隔水层被击穿诱发的间歇性突水突泥灾害,研究成果对相同地质背景下其他工程具有重要的参考价值。

示踪实验在湾潭隧道涌水突泥判别中的应用

以宜来高速湾潭隧道为研究对象,通过现场调查、地下水示踪实验、地下水流量监测,以及采用大气降雨入渗法计算隧道的平均涌水量和丰水期涌水量,同时采用RFPA渗流软件对隧道涌突水的可能性进行判别。现场调查及示踪试验结果显示湾潭隧道岩溶管道为多支,混合型岩溶管道,水文地质条件复杂,丰水期涌水量约为平均隧道涌水量的4.6倍。数值模拟结果表明,隧道涌水突泥破坏要历经裂隙萌生、裂隙扩展、裂隙进一步扩展、贯通破坏阶段。同时当岩溶管道处的过水流量达到初始值(37248m^( 3)/d)约2.7~3.5倍之间时便可出现涌水突泥破坏,也即出水口2流量达到10000~13000m^( 3)/d时,湾潭隧道具有极高的涌水突泥风险。

隧道涌水突泥风险分级方法及工程应用

隧道涌水突泥具有突发性和严重的破坏性,给隧道施工人员的生命安全造成严重的威胁。为了提高技术人员对涌水突泥的风险管控水平,实现涌水突泥风险的分级管理,通过对隧道通水突泥机理及其影响因素的分析,提出了隧道涌水突泥风险的分级方法。研究结果表明,隧道涌水突泥的风险等级取决于涌水突泥发生的概率等级以及涌水突泥发生后造成的后果等级两个因素;涌水突泥的概率等级取决于地下水水压、水量、围岩破碎及软弱程度、隧道设计施工管理水平等因素。

隧道突水突泥地质灾害成因分析与治理方法研究

由于现有的治理方法掌子面涌水量较多,容易发生灾害,为此研究隧道突水突泥地质灾害成因分析与治理方法。当隧道穿越高压富水断层时,岩体的厚度发生剪切破坏,使得围岩平衡发生变化,当释放地下水所存储的能量后会发生突水问题。当地下水携带有大量泥砂时会形成突泥现象,运用堵截处理的方式将地表水补给进行截断,对地表进行封闭与注浆加固施工。堆砌止浆墙抵御淤泥压力,对隧道破碎带的围岩进行初期支护,通过二次衬砌措施完成施工。测试结果表明,小组4掌子面涌水量为1200 m3/d以下,为4个小组中最少。在施工中不容易发生突水灾害,达到良好的治理效果。

基于区间数理论的岩溶隧道突水突泥灾害危险评估模型研究

为进一步研究岩溶区隧道突泥涌水灾害分析评价的不确定性和模糊性问题,基于区间数理论、模糊综合评价法以及层次分析法建立岩溶隧道突水突泥灾害危险评估新模型,并从地层岩性条件、地质构造条件、不良地质条件、地形地貌条件、隧道与地下水的位置关系和地下水循环运移条件等影响突水突泥灾害的关键因素出发,建立含有6个一级指标、13个二级指标的评价体系,以期统一刻画区间形式的岩溶隧道突水突泥评价指标的确定性和不确定性,为岩溶区隧道突水突泥区间段落灾害预防与整体评价提供更加实用的解决途径。典型案例对比和实例应用结果表明,该模型评估的岩溶区隧道突水突泥危险等级与案例揭示情况较为吻合,其方法的合理性与实用性得到了验证,计算所得的危险等级较为合理。

特长隧道施工中涌水突泥处理技术研究

当前的隧道涌水突泥处理结构多为单向,处理范围受限制,导致隧道渗水率提升,为此,文中对特长隧道施工中涌水突泥处理技术的设计与验证进行研究。根据当前的测定需求及标准,进行地表处理及洞内突泥清理,实现隧道排水。采用多层级方式,打破涌水突泥处理范围限制,完成多层级导坑结构加固,对洞身填充注浆处理,设置衬砌、搭建支护结构,进行隧道清理及后期维护。结果表明,在选定的7个测试周期,该隧道渗水率均被控制在2.5%以下,说明该技术对涌水突泥的处理效果更佳,针对性更强,具有实际应用价值。

汉泉隧道突水突泥处治措施

结合汉泉隧道施工期间出现的突水突泥情况,在物探、钻探、地表调查的基础上,对隧道发生突水突泥的原因进行分析.采用排水降压、超前管棚、洞周注浆、抗水压衬砌的综合处治措施,储水带破碎围岩得到有效改善和加强,围岩变形和涌水得到有效控制,隧道安全、顺利、快速地通过突水突泥段,可为类似隧道勘察、设计及突水突泥应急处治提供一定的参考.

隧道工程施工中出现涌水突泥险情的处置技术

在现代高速公路建设中,复杂地形十分常见,隧道也属于其中较为重要的一个施工项目,虽然隧道工程的高质量施工,能够提高道路通行的畅通性及便捷性,但是隧道施工项目的危险性却普遍较高,涌水突泥情况严峻。为了提高隧道工程的施工效率,就需结合现场地质环境等基础情况,加强对涌水突泥险情的有效处置,实现隧道工程高标准的建设目标。本文就主要围绕隧道工程,对施工阶段出现涌水突泥险情的处置技术进行研究及分析。

基于层次分析法的岩溶隧道突水突泥风险评估

为控制岩溶隧道突水突泥风险,通过统计与理论分析相结合的方法,研究了相关工程实例,并基于层次分析法研究了岩溶隧道突水突泥控制因素与因素权值,提出了岩溶隧道突水突泥风险3阶段评估与控制方法。权值分析结果表明,不良地质、超前地质预报、地层岩性、地下水位是突水突泥风险的主控因素;其次为宏观前兆、监控量测、可溶岩与非可溶岩接触带、地形地貌、开挖支护;最后为微观前兆、岩层产状、层面与层间裂隙、围岩级别。3阶段评估包括初步评估、二次评估与动态评估,其中,初步评估是在施工方案制定前,为估计风险,对孕险环境(岩溶水文地质与工程地质条件)的评估;二次评估是在施工前,为评估施工组织设计合理性,综合考虑孕险环境与致险因子(施工因素)而进行的评估;动态评估是在施工期,为了动态评估与控制风险,综合考虑孕险环境、致险因子与风险控制反馈信息的评估。3阶段评估与控制方法可实时、有效、准确地控制岩溶隧道施工风险,实现风险的动态修正与管理。研究成果在翻坝高速鸡公岭隧道取得了成功应用,对类似工程具有一定的借鉴意义。

断层破碎带隧道突水突泥灾变演化模型试验研究

为研究断层破碎带隧道开挖扰动作用下突水、突泥灾变演化过程,建立了三维地质模型试验系统,以江西永莲隧道F2断层突水、突泥灾害为例,通过大量的材料配比及物理力学性能参数测试,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及正常围岩相似材料,对隧道突水、突泥灾害进行研究。试验结果有效地揭示了无支护条件下断层破碎带隧道的洞周位移、渗流压力、应力-应变以及突出物质量等特征参数对时效性的响应规律。随着时间的增长,渗流压力整体呈上升趋势,越靠近开挖面其波动范围及幅度越大;突出物质量在发生突水、突泥灾害前出现短时减小后迅速增加;洞周围岩拱顶以竖向位移为主,而拱腰以水平位移为主;在相同相应力状态下,拱腰位置应变比拱顶位置大。将试验灾变特征与现场实际演化过程进行对比分析,两者结果较为吻合。该系统可广泛应用于其他地下工程的模型试验研究,其研究方法及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。

断层破碎带隧道突水突泥模型试验系统研制与应用

为研究吉莲高速永莲隧道扰动作用下突水突泥灾变演化过程及破坏特征,以F2断层破碎带为研究对象,研制大型三维地质模型试验系统,该系统由模型架、地应力加载系统、水压加载系统以及信息监测系统组成,通过材料配比试验及物理力学性能参数测试,研制出适用于流–固耦合模型试验的新型断层围岩及正常围岩相似材料。采用该系统进行模型试验,揭示正常围岩开挖过程中及揭露断层后的隧道围岩渗流压力、应力应变、位移以及涌出物等特征参数的变化规律,模型试验结果与实际工程灾变特征具有较好一致性。试验结果表明该系统稳定可靠,可广泛应用于其它地下工程的模型试验研究,其研究方法及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。

尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源综合分析

通过采用长期预报和短期预报相结合的方式,准确预报尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源的规模与空间位置,结合超前钻探建立综合超前预报体系。针对发生的3次突水突泥灾害,通过现场踏勘和水文地质分析,查明突水突泥伴生灾害源的来源,揭示尚家湾隧道突涌灾害源的赋存特征、致灾模式及其致灾机理,提出突涌灾害是由压力水、泥砂相结合的伴生灾害源和突涌通道2部分组成,伴生灾害源是内在源动力,突涌通道是灾害源的优势运移路径。同时,建立集内外结合(隧道内部揭露围岩与地表环境)、综合预报、"循环推进,交叉评价"、动态补探、综合治理相结合的伴生灾害源探测及防治技术,提出相应的治理原则、治理方案及后续施工的预防措施。

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。

断层破碎带突水突泥演化特征试验研究

为了研究富水断层破碎带隧道突水突泥灾害演化机制,自行研制了一套可考虑质量迁移及地应力状态的大型室内突水突泥试验系统。利用该装置开展了不同水压加载方式、不同破碎带介质参数等条件的断层破碎带突水突泥灾害演化过程模拟试验。结果表明:(1)断层破碎带突水突泥灾害演化是渗流-侵蚀强耦合过程,在水压作用下,破碎带介质中的细颗粒首先发生迁移,导致充填介质孔隙结构增加,进而加速细颗粒流失,促使涌水率不断增长,随着细颗粒不断迁移流失,水流流态由层流转换为紊流,最终诱发突水突泥灾害;(2)破碎带介质初始孔隙率和施加水压越大越易诱发突水突泥,介质渗流演化特征越明显,渗流场参量如渗透率、孔隙率、雷诺数增加越快,且渗流场参量演化曲线出现突增现象;(3)梯度水压加载模式下断层破碎带介质较恒定水压加载条件下突水突泥演化特征更明显,介质发生突水突泥的临界水压更小。在此基础上,基于涌水率-时间(Q-t)、水力梯度-涌水率(i-Q)关系的流态转换分析和基于渗透率-水力梯度(k-i)关系的渗透性演化特征,建立了断层破碎带渗透演化特征概化模型。该研究结果对于断层破碎带突水突泥灾害演化机制与防治措施具有一定的理论指导价值。

长大隧道施工过程中突水突泥灾害预测预报技术研究

在岩溶地区深埋长大隧道的施工过程中,由于深层岩溶发育的复杂性,造成施工过程中突水突泥灾害频繁发生,对工程造成很大影响,所以进行施工地质预测预报是必要的,这项工作主要包括预测和预报两个阶段。预测主要是根据岩溶水文地质与工程地质的基础理论,对岩溶洞穴管道集中发育地段进行判定,确定突水突泥灾害的危险地段,预报工作是在危险地段应用地质探测方法对施工掌子面前方的岩溶洞穴管道分布状况进行探测,在这方面主要方法有水平钻探和物探手段,探地雷达作为近年来发展起来的一种物探方法,由于其探测过程的连续性和定向性,在中短距离的探测预报中具有突出的优势。文章探讨了岩溶形成条件综合判识、水平钻探与探地雷达相结合进行岩溶隧道突水突泥灾害超前预测预报的方法。

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。