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。

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。

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。

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。

断层倾角对地铁隧道突涌水的影响规律

为研究地铁隧道开挖过程中断层倾角对隧道突涌水的影响,文中以青岛地铁四号线静沙区间为工程背景,通过数值模拟的方法模拟不同断层倾角下的隧道开挖过程,分析其开挖过程中的响应规律。分析结果表明,随着隧道断层倾角的逐渐减少,不同监测线的地表沉降随着下方断层厚度的增大而增大,变化明显;断层区域的剪应力较大,但随断层倾角减小整体变化不大;孔隙水低压区域随断层倾角的减少逐渐增加,渗流速度加快,容易造成隧道突涌水事故,施工时应针对不同的断层倾角及时做好支护。研究成果可以为不同断层倾角对地铁隧道突涌水的影响规律、隧道开挖安全稳定及安全预警防灾提供了参考。

MODFLOW-CFPv2 模型在岩溶隧道突涌水及对地下水环境影响中的应用: 以云南鹤庆锰矿沟岩溶水系统为例

滇中地区构造复杂、岩溶发育,隧洞突涌水及泉流量衰减是隧洞施工过程中最棘手的问题之一。锰矿沟岩溶水系统岩溶管道化程度高,岩溶裂隙与岩溶管道2种含水介质差异显著。采用MODFLOW-CFPv2双重介质数值模型对锰矿沟岩溶水系统展开数值模拟研究,精细刻画岩溶管道与引水隧洞,进而掌握隧洞施工对地下水流场影响以及泉流量变化的规律。结果表明:(1)MODFLOW-CFPv2模型能够刻画岩溶地区复杂的地质结构,较好地模拟研究区地下水位的动态特征和岩溶泉流量响应特征。(2)在强排工况下隧洞单位长度最大涌水量为164 m^(3)/(d·m),单位长度稳定涌水量为69 m^(3)/(d·m),锰矿沟岩溶泉流量也出现显著下降的趋势,在模拟期内平均泉流量从天然条件下1578 L/s下降至1098 L/s,总体减少了30.4%;峰值泉流量从2133 L/s下降至1375 L/s,减少了35.5%,强排工况施工会对隧洞工程施工和地下水环境造成显著影响;限排工况下隧洞单位长度最大涌水量为39 m^(3)/(d·m),单位长度稳定涌水量为24 m^(3)/(d·m),隧洞单位长度涌水量显著降低,锰矿沟岩溶泉流量的下降趋势也得到了一定程度的改善,模拟期内平均泉流量降低至1284 L/s,减少了18.6%,峰值泉流量降低至1617 L/s,减少了22.1%。采用的MODFLOW-CFPv2双重介质模型具有较精确刻画岩溶区管道、溶洞、裂隙共存的高度非均质岩溶水系统的能力,能够定量评价香炉山隧洞施工对锰矿沟岩溶水系统地下水流场及泉流量的影响,为香炉山隧洞工程的突涌水灾害防治提供参考依据,也为岩溶地区复杂地质条件下地下水研究提供借鉴经验。

海底隧道穿越断层破碎带突涌水防治关键技术

胶州湾第二海底隧道工程受张扭性裂隙影响,其地下水极其发育、地质条件复杂,通过突涌水超前地质预报预警及超前注浆防治两个方面,介绍海底隧道穿越断层破碎带突涌水防治关键技术在胶州湾第二海底隧道工程中的应用。

岩溶地区隧道施工中突涌水事件的分析与应急处理研究

在岩溶地区隧道施工中,综合考虑自然因素和人类活动的相互作用,确保施工安全。借助高级的数据分析工具和前瞻性的规划理念,不仅能有效预防自然灾害和人为问题,还能在面对挑战时作出迅速而有效的应对。本文结合某隧道1号斜井的实际情况,分析在岩溶地区隧道施工中突涌水事件的应急处理方法,旨在解决施工单位在隧道施工过程中面临的突涌水问题。

滨海岩溶石灰石凹陷矿山突涌水防治技术与应用

近年来,在某些区域的石灰石矿山位于滨海区域并采用凹陷的方式进行开采,由于矿区周边水源丰富、地质条件复杂、开采深度加深以及长期排水行程的降落漏斗影响,滨海岩溶石灰石凹陷矿山面临着水害隐患。突涌水灾害对矿山正常安全生产及周边地质环境会造成较大的影响。本文旨在系统总结滨海岩溶石灰石凹陷矿山突涌水防治技术。

富水特长隧道突涌水治理施工技术研究

随着我国交通体系的日益完善,特长隧道工程项目日益增多。隧道突涌水是隧道施工中常见的一种安全隐患,其突发性和破坏性强,给隧道施工带来巨大的风险。因此,研究富水隧道突涌水治理施工技术具有重要意义。本文结合富水隧道突涌水的特点和成因,对富特长隧道突涌水治理施工技术进行了深入研究,旨在为工程实践提供有力的技术支持。

深大基坑突涌水应急处理技术研究

随着我国城市化建设进程的不断加快,地铁深大基坑开挖项目不断增多,深大基坑突涌水事故为基坑开挖及地铁施工带来巨大阻碍。文章以广州某灰岩区深大基坑项目为例,讨论主要采取“涌水应急抢险+钻孔施工+改性砂浆和水泥黏土膏浆施工”的方法,实现基底绕流涌水封堵,旨在为我国地铁基坑开挖施工突涌水封堵提供实践经验。

基于集对分析模型的岩溶区浅埋穿河隧道突涌水危险性评价

在岩溶区修建隧道常会面临突涌水等地质灾害,尤其是对于浅埋穿河隧道的建设,更是极具挑战性的一项工作。由于隧址区存在断层破碎带、岩体风化程度高、节理裂隙发育等,使得河水入侵隧道的可能性大幅增加。为了有效评价岩溶区浅埋隧道下穿河段突涌水发生的危险性,本研究根据隧址区地质条件及隧道特征,选取了地层岩性、修正的岩层倾角、可溶岩与非可溶岩接触带、围岩等级、断层带宽度、断层性质、裂隙发育程度、地表水流量、地表汇水面积、隧道埋深、施工干扰程度共11个影响突涌水的关键因素作为评价指标,建立了岩溶区浅埋穿河隧道突涌水危险性评价体系。首先,采用层次分析法构造判断矩阵确定评价指标的权重,利用集对分析法计算各评价指标的联系度,进而确定评价样本的综合联系度;其次,运用最大隶属度原则识别突涌水风险等级;最后,根据危险性等级与涌水量之间的对应关系,可初步预测突涌水量范围。针对跃龙门隧道下穿高川河浅埋段的突涌水风险,采用集对分析模型进行分析,计算结果显示,危险性评价预测的突涌水量范围为3000~10000 m3/d,现场开挖实际涌水量为7000 m3/d。即危险性评价结果与现场实际情况基本一致,验证了该评价体系与方法的合理性及可行性,为岩溶区浅埋隧道下穿河段突涌水风险评估提供了有效支撑。

西南山区某深埋长大隧道水文地质特征及突涌水危险性分析

西南山区某隧道处于龙门山断裂带西南段内,区域地质构造作用强烈,地形地貌及岩溶水文地质条件复杂,突涌水成为制约隧道勘察设计和安全施工的重大难题。本文采用现场水文地质调查、水化学成分测试、理论分析计算等方法分析了隧道的岩溶发育程度和岩溶发育规律;依据岩溶水补径排条件,划分了工程区水文地质单元;在水文地质分区的基础上,进行了隧道涌水量预测和隧道涌突水危险性评价。研究结果表明:(1)该隧道二叠系栖霞组(P_(1)q)、奥陶系中统宝塔组(O_(2)b)为强富水性,泥盆系养马坝组(D_(2)y)、泥盆系中统观雾山组(D_(2)g)、志留系下统纱帽组(S_(2)s)、志留系下统罗惹坪组(S_(2)l)为中等富水性,晋宁澄江期斜长花岗岩(γ_(2))、震旦系下统安山岩段(Zaα)以及志留系,泥盆系地层中的砂岩和泥岩为弱富水性;(2)该隧道高危险突涌水段650 m,占比4.42%;中危险突涌水段5879 m,占比39.98%;较危险突涌水段7742 m,占比52.64%;低危险突涌水段435 m,占比2.96%。本文研究成果对西南山区铁路岩溶区高压富水隧道勘察设计和施工具有重要参考价值。

基于隧道岩溶突涌水风险评价的线位比选研究——以宜涪铁路鹤峰-宣恩段为例

隧道岩溶突涌水风险是山区铁路选线阶段的重要考虑因素。以宜涪铁路鹤峰-宣恩段为例,在区域1∶1万岩溶水文地质调查的基础上,分析了该铁路段各线位方案相关的岩溶水系统特征,根据岩溶水系统特征与隧道工程的位置关系开展了隧道岩溶突涌水风险评价,并从隧道岩溶突涌水风险的影响因素出发,选取隧道穿越强岩溶含水层段占比、最大压力水头和累计最大涌水量3个定量指标,运用层次分析法和变系数法构建隧道岩溶突涌水风险综合评价指标体系,对该铁路段北、中、南3个线位方案进行了岩溶水文地质条件比选。结果表明:南线方案岩溶水文地质条件相对较好,隧道岩溶突涌水风险最低。

动力扰动下岩溶隧道突涌水渗流-应力-损伤试验研究

为探究不同距离下充水溶洞对岩溶隧道突涌水灾变演化的过程,基于扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对研究区的灰岩进行微观结构表征分析,再采用岩石破裂过程分析软件RFPA^(2D)-Flow建立数值模型,模拟不同距离溶洞对隧道开挖的影响。试验结果表明:通过SEM观察发现,灰岩矿物内部晶体颗粒分布不均匀,形状不规则,存在溶蚀孔隙较为发育。隧道在开挖扰动过程中,不同距离下溶洞对隧道围岩破坏过程影响显著,当相对距离为1 m时,溶洞周围围岩单元损伤最严重,2 m时次之,处于临界状态,3 m时最小。整个开挖过程大致可分为3个阶段:压密阶段、裂缝扩展阶段、失稳破坏阶段。根据声发射总能量与声发射计数的趋势变化,可以清晰反映出在隧道突涌水的灾变演化情况。研究成果对富水岩溶隧道突涌水的防预和处治提供给理论指导。

富水特长公路隧道突涌水综合防治技术

山岭隧道施工过程中,水往往是导致突涌水等重大灾害的主要因素。在已有富水环境下隧道施工技术研究的基础上,结合工程实际,研究突涌水综合防治技术,包括掌子面台阶法施工、防水爆破装药、径向注浆堵水、防排水材料应用技术等。借助TSP-RF超前地质预报系统获得超前地质探测数据图像,进而推断应力与含水信号变化情况,并提出有针对性的预防措施。采用OKO-3型地质雷达对二次衬砌厚度及背后空洞等进行检测,保证二次衬砌支护效果。

填充颗粒占比对砂岩破碎带突涌水通道形成的影响

隧道修建在穿过导水危险性断层时易发生充填体渗透破坏型突涌水。利用EDEM-Fluent耦合计算方法,探究了填充颗粒和骨架颗粒质量比例不同对突涌水通道形成的影响,考虑了固体颗粒间和流体-颗粒之间的相互作用以及流固耦合过程。研究表明,贯通突涌水通道的形成是由于填充颗粒的大量流失。模型中较高的填充颗粒质量占比使得颗粒平均粒径减小,骨架颗粒间接触数量减少,临界水力梯度提高。但当达到临界水力梯度后,在渗流力作用下填充颗粒更易涌出,颗粒流失速度和流失质量增加,骨架颗粒网络较为稀疏,最终孔隙率较大,形成的突涌水通道相对更为贯通。

基于属性识别理论的隧道突涌水危险性评价

岩溶突水是隧道建设面临的主要地质灾害问题,在西南地区尤为严重,为确保隧道修建顺利,实现对其的专项突涌水危险性评估,依托西南地区某隧道工程实际,结合突涌水致灾因素的统计分析成果,根据该隧道工程的水文地质情况,以围岩分级、岩石可溶性、地质构造、地形地貌等参数作为一级评价指标及其相关表征参数作为二级指标,并采用层次分析法确定对应指标的权重,建立了基于属性识别理论的隧道突涌水危险性评价模型,通过进行单指标属性测度分析、多指标属性测度分析和属性识别,实现了对该隧道突涌水的危险性评估。评估结果可为后续设计排水及施工进度安排提供理论支持。

富水特长隧道突涌水处治施工技术研究

受溶蚀作用、构造作用影响,渝东南部岩溶山区槽谷内分布有大量岩溶洼地,洼地内地表入渗量极大,强降雨后,地表水大量汇集下渗,极易造成雨季隧道发生大规模突涌水。为此,依托彭水隧道,结合右洞YK156+320处实际突涌水情况,具体分析了本次突涌水地质灾害原因,提出了处治原则及相应的处治关键技术,取得较为理想的效果,对类似工程设计、施工颇具参考价值。