大相岭泥巴山隧道涌水大变形处理技术

雅西高速公路大相岭隧道全长10 007 m,单口掘进5 130 m,为全国单口掘进之最,地质情况极为复杂,施工中出现了严重的涌水、大变形事故。为了能安全通过大相岭隧道右线41 m集涌水、大变形、断层破碎带地段,采用了分步开挖、分部引排水、初期支护全断面封闭成环、φ42小导管超前支护等施工技术以及严格控制注浆压力、短台阶开挖、加快下导洞施工进度、二次衬砌紧跟等施工工艺,保证了结构的安全稳定及工程的稳步推进。

西安地铁隧道涌水大变形及坍方处理技术

在西安地铁永(永宁门)-南(南稍门)区间隧道施工过程中,由于多天连续暴雨导致管线断裂,造成隧道涌水、道路坍塌。事故发生后及时启动了应急预案,并通过采用加强拱脚、扇形支撑、注浆加固及组合工法为技术要点的综合处理方案,有效地控制了隧道变形,保证了工程建设的安全快速。

富水裂隙围岩隧道涌水量计算方法与规律分析

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质量守恒定律推导了富水裂隙区隧道涌水量计算公式。通过退化分析及案例工程现场实测数据验证了构建富水裂隙区隧道涌水简化计算模型的合理性及涌水量计算式求解的正确性,最后基于解析解揭示了各特征参数对富水裂隙区隧道涌水的影响规律,探讨了富水裂隙区隧道涌水机制。结果表明:理论计算值与现场实测值最大相对误差为8.1%,验证了构建模型的合理性及公式推导的正确性;隧道涌水量随裂隙最大宽度的增加而增大,受堵水结构的联合制约,两者近似呈线性关系;注浆区厚度与隧道半径比值在2倍以内时,隧道涌水量受注浆区厚度的影响显著;富水裂隙区隧道涌水受裂隙分布规律及支护结构的制约,应重视对裂隙分布的调查。

岩溶隧洞突涌水灾害风险评价研究

受复杂地质条件的影响,岩溶隧洞在施工过程中极易发生突涌水灾害。为准确评估岩溶隧洞突涌水风险等级,将结构方程模型(SEM)与改进的模糊综合评价法(FCEM)相结合,构建岩溶隧洞突涌水风险评价模型。从地形地貌、气象水文、地层因素、地质构造、岩溶水文地质、施工因素6个方面深入研究;利用SEM确定各指标标准化路径系数并求得其权重,运用改进FCEM法对岩溶隧洞突涌水风险等级进行评价;以滇中引水工程昆呈隧洞为应用实例,利用Crystal Ball软件验证模型的有效性。结果表明:昆呈隧洞有90%的几率处于52~73分值区间范围内(Ⅲ级风险),与现场实际情况一致,表明基于SEM-改进FCEM法构建的岩溶隧洞突涌水风险评价模型具有一定的适用性;其中岩溶水文地质、地质构造、气象水文是该隧洞的主要影响因素,施工中应加强对这几方面的监控和量测,避免发生突涌水灾害。研究成果可为类似岩溶隧洞工程提供参考。

岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水治理技术

我国岩溶地质分布广泛,岩溶突涌水已成为石灰石矿山安全生产的巨大灾害与挑战。以广西某岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水为研究对象,针对该矿山地质条件复杂、集中涌水量大、流速高等特点,利用岩溶发育特征、资料分析与地球物理探查等方法初步圈定矿山径流带区域;进一步通过钻探、跨孔CT和示踪联通试验等精准查找到矿山Y01特大涌水点岩溶管道的具体位置,在此基础上研究并实施了矿山涌水治理技术与工艺。研究表明:(1)针对复杂岩溶凹陷式露天矿山大流量、高流速的涌水特征,提出并实施了“非连续帷幕截流+关键通道探查与封堵+止浆垫控流降速”的岩溶矿山涌水综合治理体系。依据岩溶发育的不均匀性,提出了非连续帷幕封堵裂隙型涌水区域的思想;对大流量岩溶管道型集中涌水设计采用止浆垫控流装置,通过控流能有效降低关键过水通道内水流速度,为注浆材料的有效留存沉积和工程的成功封堵提供了重要条件。(2)关键孔联合注浆工艺是岩溶管道型涌水成功封堵的保证,关键孔是指直接揭露岩溶涌水管道或与涌水管道联通性极强并对注浆堵水起主要作用的钻孔。针对矿山Y01岩溶管道型特大涌水精准查找到2个关键孔,均在矿坑南部:一个是距涌水点直线距离约50 m的近距离钻孔(以下简称“近孔”),另一个是距涌水点直线距离约150 m的远距离钻孔(以下简称“远孔”)。现场采用近孔、远孔2个关键孔联合注浆工艺:近孔以粗骨料和自主研发的可控凝结新型材料进行注浆,远孔仅注水泥浆液;近孔粗骨料和新型材料既能降低管道内的水流速度为远孔浆液起到更好的留存沉积作用,又能作为封堵材料起到增强的功能,远孔因其离涌水点距离长、辐射范围广、浆液扩散充分而能确保封堵长度和效果。近孔、远孔协同配合同步注浆是封堵管道型大流量涌水的有效组合工艺。(3)涌水口止浆垫控流降速装置的合理有效调控,配合关键孔联合注浆工艺的同步实施,进一步确保了注浆浆液的有效快速留存和沉积,是岩溶地区封堵管道型大流量涌水的创新性技术和方法。项目实施后,彻底封堵矿坑内集中涌水量达7.12万m^(3)/d的Y01特大涌水点,实现总减水量8.43万m3/d(含非连续帷幕注浆封堵),保证了矿山的正常安全开采,大幅降低了抽排水费用,同时保护了周边环境和地下水资源,具有显著的经济效益和社会效益。研究成果可为我国矿山涌水灾害治理提供理论价值和经验借鉴。

超深基坑岩溶超大突涌水封堵抢险治理技术

在岩溶地区开挖超深基坑,当岩溶埋深较小且地下水较丰富时,基坑易发生底部突水、涌泥、涌砂等险情,严重时可造成基坑坍塌,直接影响周边环境安全。在地质条件复杂、岩溶发育、突涌水量大且险情紧急的情况下,外围帷幕注浆结合内部突涌水点反压封堵的常规封堵抢险方法见效慢、耗时久、成本高,突涌水无法快速封堵,险情无法快速排除。为此结合广州市综合交通枢纽地铁车站35m深基坑底部岩溶发生1000m3/h超大突涌水抢险工程,采用双液浆2层囊袋式内封堵注浆技术,在基坑内对突涌水点直接进行钻孔注浆封堵,利用囊袋保证双液浆可快速凝固,第1层囊袋封堵钻孔和涌水点,第2层囊袋封堵钻孔旁的岩溶孔洞、裂缝等,上下层囊袋互相补充,并对溶洞底进行双液注浆堵漏,防止浆液流失。工程实践表明,治理大涌水量、高水压的基坑岩溶突涌水时,双液浆2层囊袋式内封堵注浆技术具有易操作、直接、快捷、针对性强的特点,可实现快速有效注浆、快速抢险的目的。

蒙陕接壤区煤层顶板涌水水源智能判别方法

蒙陕接壤区煤炭高强度开采诱发的煤层顶板水害问题日益凸显,高效智能地判别煤层顶板涌水水源是顶板水害防治的关键。以蒙陕接壤区3个典型矿井为研究对象,将无机指标K^(+)+Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、TDS和有机指标UV_(254)、TOC、溶解性有机质(DOM)的荧光光谱作为判别指标,利用主成分分析法(PCA)对80组地下水水样数据进行主成分提取,提出一种人工鱼群算法(AFSA)改进随机森林(RF)的PCA-AFSA-RF顶板涌水水源智能判别方法。首先,建立PCA-RF判别模型,其准确率(A_(c))、精确率(P_(r))、召回率(R_(c))和F-measure指数(f_(1))分别达到了83.00%、83.17%、80.42%和79.57%;其次,通过AFSA对PCA-RF判别模型中决策树数目、树深和内部节点分裂所需的最小样本数进行寻优,在AFSA中引入遗传机制以避免陷入局部最优,建立基于PCA-AFSA-RF的煤层顶板涌水水源智能判别模型,该模型A_(c)、P_(r)、R_(c)、f_(1)分别达到92.18%、91.11%、87.58%和88.82%,较PCA-RF分别提高9.18%、7.94%、7.16%和9.25%,回代准确率达到97.50%;最后,利用该模型对12个矿井水水样进行判别,结果与现场实际相一致,表明AFSA改进后的PCA-RF模型具有更好的准确性和泛化能力。研究结果可为煤层顶板涌水水源的准确判别提供新方法。

鄂尔多斯盆地北部直罗组古河道砂体分布区矿井涌水模式

近十几年来,鄂尔多斯盆地北部煤矿开采频频受到了直罗组地下水的威胁,甚至出现了突水事故。区内以直罗组地下水为充水水源的大水矿井连片分布,且与直罗组古河道砂体关系密切。为阐释神府南区直罗组古河道砂体分布区矿井涌水模式,在直罗组古河道砂体空间分布及其对地下水赋存控制作用研究的基础上,从研究区尺度、井田尺度和工作面尺度,分析了直罗组古河道砂体与矿井涌水的关系,提出了直罗组古河道砂体下矿井涌水模式。结果表明:神府南区直罗组古河道冲刷带沿红碱淖—尔林兔—锦界一线发育,冲刷带内延安组第5段几乎被冲刷剥蚀殆尽,在局部地区延安组第4段也遭受了冲刷。根据砂分散体系分析和隔水岩组发育特征,将冲刷带内充填沉积的古河道砂体分为3级。直罗组古河道砂体富水性的强弱主要受控于砂体规模、物性特征和风化作用,一级砂体(主河道)区域富水性强于二级砂体(分支河道)及三级砂体(三角洲间湾、分流间湾)区域,当砂体遭受风化后,其富水性将进一步增强。基于不同尺度下砂体分级、风化砂体厚度与矿井涌水关系的分析,提出了研究区东部现阶段古河道砂体下生产矿井的3种涌水模式。强涌水模式,主要位于一级砂体分布区,风化砂体厚度一般≥30 m。中等涌水模式,主要位于一级砂体的边缘或二级砂体区域,风化砂体厚度一般10~30 m。弱涌水模式,主要位于三级砂体区域,风化砂体厚度一般<10 m。

软岩富水隧道突涌水等级判识及整治关键技术

在隧道及地下工程建设过程中,不良地质环境下突涌水的防范及应急处置十分重要,其涉及到隧道的施工进度、环境保护以及公共安全等多个方面。对突涌水的判识通常是从水量、压力、频率和强度等方面进行评估,结合地质勘察报告及水文气象资料等准确判断可能存在的风险。对于突涌水的整治,其首要任务是确定涌水点的位置、规模、压力以及可能影响的范围;其次需要根据隧道及地下工程的结构特点及施工条件等制定出相应的整治方案。阐述了通过总结某软岩富水洞段掌子面对突涌水整治采用的关键施工技术,如洞渣反压回填、掌子面混凝土封闭、加设泄水孔、增设套拱补强初支、加强超前支护及初支段径向加固等措施联合使用,有效地解决了软岩段突涌水整治的难题。

复杂岩溶地层地铁车站深基坑涌水灾害的声呐探测及综合治理

[目的]在佛山地区,复杂岩溶地层具有特殊性,其钙质粉砂岩地层及其破碎带极易引发地铁车站基坑涌水灾害。因而有必要采用声呐技术进行探测,并通过综合治理解决涌水问题。[方法]以佛山地铁3号线中山公园站为研究对象,从涌水险情出发,介绍了该站声呐探测方案,并基于探测结果分析了该站深基坑地下水的渗漏特性,判定了渗漏点的空间分布及其涌水灾害类型。结合基坑底部超前钻勘察成果及基坑内涌点分布特征,提出了坑外后退式双液注浆止水帷幕+坑内咬合旋喷桩基坑渗漏联合封堵方案。着重阐述了方案中后退式双液注浆、双管旋喷咬合桩以及MJS(全方位高压喷射)桩等技术的施工要点。对采用综合治理前后的代表性测孔处地下水渗流速度进行对比,以验证治理效果。[结果及结论]声呐探测技术能精准探查岩溶地层深基坑渗漏点的具体位置及其渗流场相关参量。采用后退式双液注浆、双管旋喷咬合桩及MJS桩相结合的联合封堵方案可有效解决复杂岩溶地段深基坑开挖大面积涌水渗漏技术难题。

深圳地铁某车站岩溶涌水原因浅析

针对某岩溶车站基坑开挖过程遇到的突涌水问题,通过工程地质条件分析和理论计算的方法,得出岩溶车站基坑工程突涌水的原因为灰岩裂隙水承压水头高、灰岩上部土层抗突涌条件不足,并提出应急封堵砂袋反压、引流管及混凝土封底和注浆封堵的治理措施,以期为类似工程勘察及施工提供参考。

洪泽凹陷赵集次凹某盐矿勘探井涌水原因与资源开发利用

洪泽凹陷赵集次凹岩盐矿产资源丰富,勘探前景广阔,已有近30年盐矿开采历史。2019年2月21日,赵集次凹盐矿区西北部勘探孔TY1孔发生涌水,水头高、水量大、持续时间长。通过分析区域岩盐生产情况,并将TY1孔与盐矿区其他涌水井的涌水特征、涌水层位岩性进行综合对比,认为该勘探井涌水为较强的紊流运动,区域内盐矿开采产生的次生裂隙是该孔紊流性涌水的主要原因。为更好地保障淮安盐矿及盐穴资源的科学和高效利用,提出了区域盐矿统一规划、严格监管和科学开采的建议。

深埋圆拱形隧洞围岩流场及涌水流速分布的解析研究

近年来,随着我国交通工程、采掘工程、地下空间工程以及长距离引调水工程建设的不断发展,隧洞突涌水灾害发生越来越频繁。但是目前针对圆拱形隧洞围岩流场的解析研究较少,使用保角变换方法求解圆拱形深埋隧洞涌水量及围岩流场的解析解,探讨了圆拱隧洞洞壁涌水流速的分布规律。研究发现:在圆拱形隧洞洞壁附近,地下水流场受隧洞形状影响较为明显,而在远离洞壁处,隧洞形状对地下水流场的影响可等效为圆形隧洞;圆拱形隧洞洞壁涌水流速的最大值出现在底板左右两端的转折点(即洞底脚)附近,而流速最小值位于底板中心点;洞底脚流速可达底板中心点流速的3倍以上;隧洞截面形状越接近于圆形,洞壁各点涌水流速的相对差距越小。研究成果可为圆拱形隧洞涌水量预测及围岩地下水流场刻画提供理论依据,为隧洞施工方案设计以及防渗/排水措施设计提供有力支撑。

黄陇煤田典型特厚煤层综放开采涌水机理与导水裂隙带发育规律

黄陇侏罗纪煤田厚煤层开采导水裂隙带发育高度大,易导通上覆白垩系洛河组巨厚砂岩含水层,区内青岗坪煤矿回采期间出现典型的“脉冲式”涌水特征,给矿井的安全回采造成严重影响。以青岗坪煤矿42105综放工作面为研究对象,采用3DEC离散元模拟、钻孔冲洗液漏失量、综合物探以及钻孔电视相结合的实测方法,对工作面回采过程中覆岩导水裂隙带和离层发育规律进行研究,探究该典型地质条件下矿井的涌水机制与导水裂隙带发育特征。结果表明:42105工作面导水裂隙带受覆岩周期性垮落影响不断向上发育,洛河组孔裂隙砂岩静储水不断释放,间歇性涌入工作面,形成幅值稍低的“脉冲式”涌水;在采动影响下巨厚砂岩含水层内不断出现离层,导水裂隙带导通砂岩含水层离层积水区,致使涌入工作面的瞬时涌水量突增,形成幅值较高的“脉冲式”涌水。结合现场钻孔冲洗液漏失量实测、综合物探以及钻孔电视结果,揭示了青岗坪煤矿洛河组孔裂隙砂岩静储水与离层水叠加影响的“脉冲式”涌水机理,确定导水裂隙带的最大发育高度为316.83~333.00m,裂采比为30.17~31.71。研究结果对于类似地层条件下矿井涌水的防治和安全高效回采具有指导意义。

穿越复杂岩溶环境的特长隧洞涌突水危险性评价——以滇中引水工程小扑隧洞为例

在复杂岩溶区,涌突水危险性评价是保障隧洞施工安全的重要工作内容之一。以滇中引水工程玉溪红河段小扑隧洞为例,在分析隧洞地质与水文地质条件的基础上,综合考虑岩石的可溶性、地质构造因素、地表汇水条件、地下水化学特征、隧洞埋深与地下水位的关系5个控制性因素,采用岩溶隧洞涌突水危险性评价系统对隧洞的涌突水危险性进行了预测与验证。结果表明:小扑隧洞北段位于鲁纳寺—牛恋村岩溶子系统的径流区。在丰水期,隧洞岩溶涌突水中危险区、高危险区、极高危险区的长度占比分别为15.8%,55.4%,28.8%。小扑隧洞南段位于西河和祭天山—黄营岩溶子系统的补给、径流区。在丰水期,隧洞涌突水中危险区、高危险区、极高危险区的长度占比分别为7.4%,52.7%,39.9%。施工阶段,小扑隧洞北段主洞揭露暗河管道,发生涌突水事故,2#支洞发生突水涌沙事故,与对应的涌突水高-极高危险性结果吻合。涌突水危险性评价结果有效地支撑了隧洞的涌突水灾害防治与安全施工。

基于博弈论组合赋权-灰关联投影法的山岭隧道突涌水风险评价

为有效减少隧道突涌水灾害带来的后果损失,提出一种基于序关系分析法(order relation analysis method,G1)-指标相关性权重确定方法(criteria importance through intercriteria correlation,CRITIC)和灰关联矢量投影原理的隧道突涌水灾害的风险评价方法。在调研相关文献和工程实例的基础上,考虑了地层岩性、水文地质、不良地质和施工设计4个方面,构建出一个可量化的隧道突涌水风险评估指标体系;其次,为更好地避免人为因素带来的偏差,采用G1-CRITIC进行主客观赋权,通过引入博弈论得到主客观赋权的组合权重,实现对各评价指标权重的科学合理分配;最后,结合灰关联矢量投影法对隧道涌水风险等级进行定量评价。将该风险评价方法应用于文笔山1#隧道3个洞段样本,对其进行隧道突涌水风险评估,实例结果表明,隧道样本3突涌水风险等级为Ⅳ级,另两个隧道洞段样本为Ⅱ级涌水风险,得出的风险评价等级与实际开挖情况吻合,此模型可对多因素影响下的工程地质灾害进行准确评价,与其他模型结果对比更加验证了该评价模型的可行性与准确性。

暗河发育区岩溶隧道突涌水洪峰流量估计

地下暗河是岩溶隧道建设与运营重大的安全风险,暗河发育区岩溶隧道突涌水洪峰估计是岩溶隧道施工抢险与后期处治方案制定的重要基础数据。地下暗河洪峰流量不仅由岩溶区水文地质条件控制,而且还受到暴雨期地表径流补给的影响。本文结合实测数据和统计数据,围绕小流域暴雨资料推求出地表汇流洪峰和地下暗河汇泄流洪峰,提出了一种考虑地表径流补给的暗河发育区岩溶隧道突涌水洪峰估计方法,并结合翠屏隧道的地形地貌、水文地质与实测涌水资料,开展了案例分析计算并比较实测涌水量。表明传统涌水预测方法无法考虑暗河与地表水补给的影响,与实测结果差距很大,本方法能够较好预测岩溶区因地表汇水补给暗河发育区隧道突涌水洪峰,为隧道防洪护堤高度、涵管过水容量设计、洪峰避险时间提供重要支撑,保障隧道施工与运营安全。

基于流-固-损伤全耦合模型的裂隙型岩溶突涌水数值模拟

岩溶地区隧道建设频遇突涌水灾害,裂隙型突涌水勘察与预测难度极大、致灾风险高。为揭示裂隙型岩溶突涌水机理与明确前兆信息,基于流-固-损伤耦合模型对裂隙型岩溶突涌水致灾机理与临界条件展开研究。通过公式推演与多场耦合数值分析得到以下结论:建立了完整的流-固-损伤耦合裂隙型岩溶突涌水致灾机理数学模型,并论证其可行性与合理性;分析了不同溶腔水压工况下,隧道拱顶围岩位移演化规律。结果表明,裂隙型岩溶突涌水与富水溶腔水压高度相关;分析了临界突水条件下围岩特性,提出了缓慢增长段-快速增长段-位移失控段的三阶段裂隙型岩溶突涌水围岩位移演化规律。

中风化粉砂质泥岩基坑涌水综合治理施工技术

基坑涌水是基坑塌陷的风险之一。为了避免基坑塌陷,针对中风化粉砂质泥岩基坑涌水存在出水急、出水量大的实际情况,提出“注浆+明排”的综合治理方案,并优化注浆位置、深度,调整集水井位置及平面尺寸。方案实施结果表明:通过增加注浆深度、加密注浆孔位,增加明排集水井能够有效减少基坑渗水、涌水,对于保证施工安全具有十分重要的意义。

某铁路隧道反复岩溶涌水分析及处理措施

西南山区某铁路隧道施工中在岩溶强烈发育段出现反复涌水,治理过程中沿岩溶条带扩大勘察范围,重新进行水文地质分区和隧道涌水量预测,进一步查明了该段岩溶的水文地质特征,为彻底整治洞内涌水提供了充分的地质依据。本文通过介绍对该隧道岩溶反复涌水的整治,总结了混合岩溶区地质勘察、线路设计、工程设置、施工监测、地下水控制等多方面工程经验。