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。

深长隧道突水致灾构造及其突水模式研究

突水灾害是深长隧道施工最严重的地质灾害之一,而突水灾害的发生与隧道施工开挖工作面接近前方存在的含水体或隧道开挖临空面外存在的含水体密切相关。文章在分析了国内外深长隧道突水灾害产生原因的基础之上,系统地提出了深长隧道五种突水致灾构造及其致灾模型,即未胶结的富水压性断层上盘强烈破碎带、未胶结的富水张性断层带、未胶结的富水顺层错动(节理密集发育)破碎带、充水岩溶、地下向斜储水构造含水体及其突水模式,剖析了五种突水致灾构造突水灾害。

隧道典型致灾构造及突水模式分析

隧道工程的建设广泛面临着突水灾害的威胁,突水灾害常给工程造成重大的经济损失和人员伤亡。根据致灾构造的成因将隧道典型致灾构造分为断裂带、岩溶含水体、向背斜和单斜含水层、人工富水空间和水下不良地质体五大类;根据隧道围岩条件及破坏特征,归纳出六类防突层类型,相应的提出六种突水破坏模式:整体压裂破坏、剪切破坏、劈裂破坏、关键块失稳破坏、渗透破坏和整体滑移破坏;最后分析了三个典型的工程案例,对提高施工人员对潜在致灾构造的识别、指导隧道施工具有重要意义。

隧道施工地质灾害与致灾构造及其致灾模式

不同类型的隧道施工致灾构造,因隧道施工开挖接近和揭穿产生不同类型的隧道施工地质灾害,其致灾模式亦不尽相同。本文在总结隧道施工地质灾害类型的基础上,提出了不同类型隧道施工致灾构造的构成和隧道施工开挖揭穿与岩土盘破坏两种致灾构造致灾模式。

穿越褶皱隧道施工地质灾害与致灾构造及其预报研究

隧道施工穿越褶皱构造极易遭遇突涌水和突涌泥灾害,严重威胁隧道内施工人员和机具设备的安全。文章从我国褶皱构造的发育分布论述出发,指出了隧道施工穿越褶皱构造的普遍性、褶皱构造中工程地质水文地质条件的复杂性,以及因褶皱构造分布区山高坡陡给穿越褶皱构造隧道工程地质水文地质条件的查清带来的困难性;分析了隧道施工穿越褶皱构造可能遭遇的典型致灾构造及地质灾害;总结提出了隧道施工穿越褶皱构造可能遭遇的致灾构造类型,并根据隧道施工穿越褶皱构造施工地质预报内容和隧道地质预报技术方法原理等,提出了隧道施工穿越褶皱构造预报方法选择五种原则,可为类似工程提供借鉴。

综合物探方法在隧道突涌水致灾构造探测中的应用研究

在分析和总结隧道突涌水致灾地质构造种类和结构特点的基础上,对比分析了目前几种最常用的隧道超前地质预报物探方法原理和适用特点,提出应用TSP(Tunnel Seismic Prediction)地震波反射法、地质雷达法和瞬变电磁法相结合的综合物探方法来探测隧道的突涌水致灾构造,以提高隧道突涌水致灾地质构造探测准确性。应用上述综合物探方法在云南南扎隧道中进行试验,根据隧道空间特点设计各种方法的现场布置方式。通过对采集数据的处理分析,并结合水文地质资料解释了掌子面前方100 m范围内的突涌水致灾地质构造分布情况,并在隧道前方20~50 m范围预测岩溶裂隙含水区1处,随后在对应位置设计钻孔进行探放水工作,出水量最高达到97 m^3/h。

岩溶隧道突水突泥致灾构造评判方法研究

针对岩溶地区隧道工程建设广泛面临的突水、突泥灾害风险,提出一种集成地质识别、物探解译和钻探揭露的突水、突泥致灾构造评判方法。结合岩溶发育及其工程地质特征,提出突水、突泥构造在地质识别、地质雷达法等勘探手段中的典型判据。以重庆石柱至黔江高速公路七曜山隧道为案例,阐述该评判方法的实施流程及原则。结果表明:岩层倾角及其组合方式、地质构造、地表形态等地质因素显著影响突水、突泥的发育及发生过程,且上述因素在地质雷达探测及钻探揭露过程中存在明显征兆及典型判据;岩溶隧道突水、突泥致灾构造评判方法以“地质先行,物钻协作,贯穿全程,动态反馈”为实施原则,能够有效提高致灾构造的识别准确度。

砂化白云岩隧洞围岩致灾构造分类、孕灾及破坏模式研究

砂化白云岩在西南地区的地下工程中分布广泛,强烈、剧烈砂化的白云岩,岩体结构破碎,水稳定性差。砂化白云岩隧洞施工过程中,塌方、突水、突水涌砂等灾害易发频发,但对砂化白云岩隧洞灾害的孕育–形成–发生的系统性研究较少,亟待开展专门的系统性研究。通过收集80余例砂化白云岩隧洞塌方、突水、突水涌砂案例;深入调查和分析相关灾害发生的地质条件和构造条件,从灾害点不良地质情况及主要影响因素将砂化白云岩隧洞围岩致灾构造分为4类8型,即断层类(无水断层型、导水断层型、阻水断层型)、裂隙类(单斜裂隙型、层间裂隙型、砂化条带型)、褶皱类(背斜型、向斜型)、岩溶管道类;基于灾害发生时间演化特征,将孕灾模式划分为即时揭露型,渐进破坏型,间歇破坏型3种;从灾害发生的主要工程部位的角度,划分为4个部位的20种破坏模式,并提出相应的工程调控措施;最后介绍了滇中引水工程扯那苴隧洞典型灾害洞段的案例分析和调控措施。研究成果对砂化白云岩地层地下工程的设计、施工,以及灾害风险评估和防控具有重要的指导意义。

隧道突水突泥致灾构造分类、地质判识、孕灾模式与典型案例分析

致灾构造是突水突泥灾害发生的内在条件和控制因素,突水突泥致灾构造兼具蓄积地下水的自然属性与突水突泥致灾性的社会属性,是地质条件与地下工程活动相互作用的综合体。通过221例突水突泥灾害案例统计分析,将突水突泥致灾构造划分为3类11型,即岩溶类(溶蚀裂隙型、溶洞溶腔型、管道及地下暗河型),断层类(富水断层型、导水断层型、阻水断层型),其他成因类(侵入接触型、层间裂隙型、不整合接触型、差异风化型、特殊条件型),研究不同类型致灾构造的结构特征、赋存规律和地质判识方法,并开展典型案例分析。统计分析表明,岩溶类致灾构造突水突泥数量居首(约占48%,105例),断层类次之(约占29%,65例),最后为其他成因类(约占23%,51例)。提出4种典型的隧道突水突泥孕灾模式,即直接揭露型、渐进破坏型、渗透失稳型和间歇破坏型。研究成果为突水突泥灾害的致灾机制与灾害控制研究奠定了基础,对隧道安全施工具有借鉴和指导意义。

中国煤矿动力地质灾害的构造背景与风险区带划分

煤与瓦斯突出、矿井突水、冲击地压、冒顶等煤矿动力地质灾害对煤炭安全生产构成严重威胁,加强煤矿动力地质灾害形成机理和分布规律研究是确保煤矿安全生产的前提条件和基础工作。煤矿动力地质灾害是静态地质环境与开采扰动耦合作用的结果,区域构造背景通过构造变形产物、构造形成过程和构造应力场等方式决定煤矿床赋存方式和动力环境,从而影响煤矿动力地质灾害的发生。通过实例研究和理论分析,把致灾构造因素归纳为断层构造、褶皱构造、构造复杂程度、构造活动性、煤变形-变质特征、煤层赋存深度等六大类,各类构造因素对不同地质灾害的影响程度不同。研究表明,受煤田构造格局的控制,中国煤矿动力地质灾害具有东强西弱、北强南弱的基本特点;规模大、损失严重的煤矿动力地质灾害主要发生在东部煤田构造域,尤其是大兴安岭—太行山二级构造带以东的东北赋煤构造区中东部、华北赋煤构造区东部和华南赋煤构造区中部,以及受特提斯地球动力学体系与太平洋地球动力学体系复合作用控制的华南赋煤构造区西部。根据致灾构造因素和动力地质灾害特征,结合煤系赋存特点和煤炭开发现状,将基于区域构造背景控制的煤矿动力地质灾害风险等级分为Ⅰ级(低风险)、Ⅱ级(中风险)和Ⅲ级(高风险)等3个等级。从中国煤田构造格局的时空差异性出发,在中国赋煤构造单元框架内进行煤矿主要动力地质灾害风险区带划分,东北、华北、华南和西北四大赋煤构造区共划分煤矿动力地质灾害Ⅲ级区带11个、Ⅱ级区带7个,其余地区属于Ⅰ级区带或未评价区域。

隧道突水突泥致灾构造及其多尺度精细观测技术

隧道突水突泥致灾构造作为灾害发生的控制因素,具有复杂的多尺度特性,而深长隧道山高洞长、传统野外地质踏勘面临艰难险阻且不能满足精度要求。通过百余例隧道突水突泥案例的统计分析与现场调研,识别概化了2类5种隧道突水突泥致灾构造,即富水夹泥断裂带(富水断裂破碎带及夹泥断裂带)与充水充泥岩溶体(深部充水岩溶、表层裂隙岩溶带及充填岩溶洞穴),总结分析了不同突水突泥致灾构造的典型地质特征,提出了不同突水突泥致灾构造的判别理论方法。其中,气候湿热的碳酸盐岩地区表层裂隙岩溶带也可能诱发隧道突水突泥灾害。针对突水突泥致灾构造的复杂和多尺度特性,从大尺度到小尺度整体剖分地质结构,结合无人机高空航测、数字摄影测量、钻孔电视等先进技术手段,探索了隧道突水突泥致灾构造的多尺度精细观测技术,提出了一套空中(Air)-地表(Outcrop)-孔中(Borehole)-隧道(Tunnel)的地质行迹与致灾构造观测方法(AOBT),并在多个隧道工程中进行应用。结果表明:空-地-孔-隧(AOBT)地质行迹与致灾构造观测技术可实现不同尺度结构面的高精度、快速测取,改进了传统地质调查方式。研究成果可为隧道突水突泥灾害防控提供参考。

隧道突水突泥致灾构造识别方法及其工程应用

为有效识别隧道突水突泥致灾构造,基于致灾构造的地质特征、地球物理响应特征和钻探揭露特征,提出了一种集地质识别、物探识别、钻探识别为一体的隧道突水突泥致灾构造综合识别方法,阐述了其实施流程和实施原则.地质识别提供先验信息,指导物探的实施和解译,物探指导钻探施工,地质、物探、钻探有机结合与相互印证,识别过程动态反馈.给出了断层和岩溶突水突泥致灾构造的发育规律、地质特征和突水突泥灾害前兆地质信息,不同物探方法下的地球物理响应特征及钻探揭露特征,指导隧道施工过程中致灾构造的识别.利万高速齐岳山隧道实践证明,该方法可有效识别致灾构造的空间位置分布特征,可为同类工程隧道突水突泥致灾构造的识别提供参考和借鉴.

隧道施工穿越向斜构造超前预报技术研究

我国的隧道修建长度已是世界第一,但距离隧道强国还有差距,其主要原因就在与对前方地质复杂体的预报准确度不足。隧道施工穿越向斜构造时容易发生突涌水、突涌泥、围岩变形失稳塌方等地质灾害,施工过程中准确预报前方的致灾构造能确保施工人员、机械设备的安全。本文以广东省龙川至怀集高速公路金花隧道作为实例,探讨了综合超前地质预报技术如何在隧道施工工程中穿越向斜构造时对隧道工作面前方灾害进行判识及预报,并就处理涌水灾害的施工措施进行了介绍。

隧道施工“关门”式灾害及其成因初步分析

文章在对隧道施工"关门"式灾害调查及隧道施工"关门"式灾害与隧道施工地质灾害关系分析的基础上,提出了7种围岩变形失稳塌方致灾构造、6种突泥致灾构造和2种隧道洞内泥石流致灾构造,并对其致灾成因进行了分析。结果表明:围岩变形失稳塌方致灾构造位置的围岩级别未据实修正、初期支护未及时施作或初期支护强度不足,导致围岩变形失稳塌方;自体隔泥土盘或复合隔泥岩土盘的厚度不足、强度过低或突泥致灾构造条件变化等造成隔泥岩土盘被突破,导致突泥和泥石流;隔泥节理裂隙化岩盘沿优势结构面剪裂破坏导致突泥;隧道施工爆破震动导致岩溶中充填的粘土瞬间下坐,隔泥岩盘被突破致使突泥。

隧洞突水突泥次生灾害诱因与防治技术

为探究地下工程突水突泥次生灾害主要影响因素以及控制方法,通过总结2010年以来有关案例,总结孕灾环境与致灾因子,提出突水突泥次生灾害预防与控制技术。以滇中引水狮子山隧洞穿越F_(Ⅲ-71)断层二次突水突泥为例,探明该地质段灾害成因,将次生灾害演变过程分为3个阶段:孕育阶段、潜存阶段和诱发阶段;提出改善外部环境的状态、阻断灾变演化路径、提高防突层承受能力的方法防止突水突泥再次发生,为隧洞突水突泥次生灾害处置提供经验指导。

滇中长大引水隧洞典型致灾地质构造分析

隧洞致灾构造是地质灾害发生的内在条件,决定了隧洞施工地质灾害类型、范围、危害程度等;致灾构造成灾模式研究是致灾构造成灾机理研究的基础。滇中长大引水工程隧洞占比高、工程地质条件复杂,极易发生塌方、突涌水、突涌泥地质灾害。针对滇中长大引水隧洞地质特征,分析其典型致灾地质构造,对其物性特征及成灾模式进行研究,从而提出针对性的隧洞致灾构造预报技术,为隧洞地质灾害风险防控提供理论依据及施工指导。