穿越强富水可溶岩与非可溶岩接触带施工技术分析

以竹林湾隧道为案例,从施工的重难点入手,对穿越强富水可溶岩与非可溶岩接触带施工技术进行详细分析。研究表明,在穿越强富水可溶岩与非可溶岩接触带隧道施工时,利用超前地质预报技术,远距离预报采用隧道地震发射波法(TSP法),中距离预报采用地质雷达结合红外探测法,并采用超前探孔验证地质预报探明的岩溶的位置、形态和规模,通过不同超前预报形式的交叉运用,可准确掌握隧道施工前方存在溶洞、溶槽的位置和特点。针对施工中遇到的不同位置分布及特性的岩溶,采取对应的施工处置措施,并对穿越特殊地质强富水可溶岩和非可溶岩接触带施工工艺进行优化,可在保证施工质量的基础上,获得最佳效益。

圆梁山隧道岩溶突水机理及防治对策研究

采用现场调查、数值模拟与理论分析相结合的研究方法,对圆梁山隧道岩溶突水的机理及其防治技术进行了系统地研究,揭示了隧道岩溶突水是受水压、岩溶充填物与隧道围岩塑性区范围等影响的渐进破坏过程,总结了隧道岩溶突水机理,并针对圆梁山隧道揭示的溶洞情况,制定了岩溶突水的防治原则,实现了复杂岩溶条件下安全、高效的施工效果。

深埋隧道岩溶突水灾害的地质条件研究

研究目的:明确岩溶山区深埋隧道施工突水灾害形成的地质条件,给隧道施工地质超前预报工作提供技术基础。研究方法:在现场调研的基础上,对宜万铁路岩溶地区的隧道工程进行了多方面的分析。研究结果:得出了深埋隧道施工过程中揭露的深部岩溶地质特征,岩溶洞穴、管道的形成与地层岩性、岩层构造、褶皱形态、岩层产状、断层特征等岩性构造因素的相关性,以及岩溶地貌和地下水条件与隧道突水灾害的关系。研究结论:岩溶突水地质灾害可能发生的工程位置与岩性分异界面、岩层接触界面、褶皱核部转折端、断层等地质因素有密切关系,这些部位是大型岩溶洞穴可能出现的位置,因此隧道线路上这些地质位置也是岩溶突水灾害形成的可能部位。在此基础上提出了岩溶山区隧道施工过程中岩溶灾害危险地段的判定原则。

矿井岩溶突水灾变机理

结合湖南娄底市七一煤矿石坝井岩溶突水、突泥实例,运用损伤力学及岩体流体力学理论,研究矿井岩溶突水的渗流-损伤-断裂耦合成灾机理,通过FISH研制矿井岩溶突水的渗流-损伤-断裂耦合分析程序(扩展FLAC3D模型),对七一煤矿岩溶突水成灾过程进行耦合分析,探讨巷道掘进过程中围岩渗流场和岩柱的劈裂损伤演化规律。耦合研究认为:七一煤矿石坝井岩溶突水事故是裂隙渗透压与围岩次生应力场共同作用下茅口灰岩岩柱损伤演化;在高渗透体积力与围岩次生应力的耦合作用下,处于全损伤状态的岩柱水力劈裂导致矿井岩溶突水成灾;耦合分析发现矿井岩溶突水具有渗透系数突变、渗透体积力突变及位移突变等特性。探讨了防范矿井充填型溶洞突水高风险的应对措施及合理的岩溶突水临界岩柱。

隧道岩溶涌水专家评判系统在朱家岩隧道涌水预报中的应用

隧道岩溶涌水预测是个非常复杂的问题。直到目前,在我国铁路、公路、水工等的隧道施工中还经常发生由于岩溶涌水预测错误而引起施工安全问题的事例。预测之所以失误,主要是对隧道岩溶涌水机理缺乏全面认识,和没有一套科学实用的评判系统。本文以朱家岩隧道为例,运用隧道岩溶涌水专家评判系统对沪蓉西高速公路多条长隧道岩溶涌水进行预测评价及施工超前预报,获得了良好的效果。

乌池坝隧道岩溶发育特征与突水机理研究

岩溶可能会导致突水、突泥,对山区长隧道工程的建设具有极大影响。调查岩溶发育特征,分析突水机理,对隧道的设计和施工具有重要的指导作用。以沪蓉高速公路乌池坝隧道为工程背景,采用现场调查与理论分析相结合的方法,对乌池坝隧道岩溶的发育特征和涌水条件进行了系统研究,总结了隧道岩溶突水机理,并给出了相应的防护对策。

岩溶隧道突水灾变过程分析及控制技术

采用现场调查、模拟实验、理论分析与现场监测相结合的研究方法,对圆梁山隧道岩溶突水特征及突水机理进行了系统研究,揭示了隧道岩溶突水是受岩溶充填物、水压与隧道围岩塑性区范围等因素影响的渐进破坏过程.针对圆梁山隧道揭露的5个岩溶,分别制定了有效防治岩溶突水的关键技术对策.

深埋隧道填充型溶腔溃水机制及风险识别

结合国内外岩溶隧道修建过程中涌、突水灾害的特征分析,将大体量且有一定静储量的高压岩溶水瞬间释放,并伴随突泥、突巨石的特殊涌水定义为岩溶溃水;基于宜万铁路马鹿箐隧道特大岩溶溃水灾害分析,得到了岩溶溃水的基本特征,通过分析岩溶溃水的机理获得了构成岩溶溃水风险的几个主要因素;基于理论分析、数值模拟等方法,并结合现场工程经验,对岩溶溃水风险发生的几个门槛条件进行了初步的确定;针对溃水风险识别的实施方案,提出了超前水平钻探并结合放水试验和闭水试验的方法。

基于不同渗流方程的岩溶隧道涌突水过程模拟

岩溶隧道开挖过程中突水发生机制复杂,本文以Darcy定律、Brinkman方程及Navier-Stokes(N-S)等渗流方程为基础,应用多场耦合数值分析工具,在计算模型中耦合Darcy流、Brinkman和N-S等不同的渗流控制方程,将深部含水层、隧道开挖破碎带和隧道临空面整个突水水流路径相连接,实现突水流动的全过程模拟。明月山隧道突水算例表明,在开挖扰动作用下,地下水沿节理裂隙流动导致隧道突水;单一裂隙水流速和水压较大,而多管道溶隙具有分流分压作用;隧道与断层呈小角度相交时流速较小,断层能起到截水的作用,而呈大角度相交时,断层不仅有导水的作用,更加剧了突水的流通。

高速铁路隧道岩溶突水发生机理研究

针对高速铁路隧道经过岩溶发育段频频发生突水、突泥的现状,以油坊坪隧道岩溶突水为研究背景,对其突水机理展开了理论及数值计算研究,建立了油坊坪隧道岩溶突水的两类力学模型,对两类模型的力学失稳机理展开了理论推导,将理论推导结果应用于油坊坪隧道岩溶突水现场,理论计算结果与隧道现场突水情况相一致。通过快速拉格朗日Flac3D程序对岩溶突水的机理及相关规律进行了数值分析计算,计算结果表明,隧道未开挖时,隧道的左拱顶沿岩溶管道方向渗流矢量强烈,表明左拱顶附近将是地下水的重要渗流通道;隧道开挖后,岩溶通道彻底打开,岩溶管道渗流朝管道临空面,隧道环向渗流矢量均朝隧道中心;对岩溶管道进行注浆处治并施加衬砌后,孔隙水压力发生明显降低,岩溶通道的一定范围外的左下侧、右侧易沿矢量集中位置形成渗流通道,可以将该范围视为需注浆加固处治区域。

隧道岩溶溃水延滞性特征分析及其安全风险规避

通过对宜万铁路马鹿箐隧道多达19次的突涌水数据统计和现象分析,总结提出了"岩溶溃水"的概念,通过对各个施工阶段溃水特征分析表明岩溶溃水还具有延滞性特征。通过对溃水发生的时程分析,得到溶腔溃水延滞性形成的机理为溶隙、脉管及填充物由于压力差从渗流扩大呈汇流,袭夺周围脉管和溶隙的地下水,溶腔地下水潜蚀充填物封堵,最后集中释放;分析得到溃水延滞性的主要影响因素为溶腔内蓄积的水量和达到瞬间疏通的临界水压条件,以及溶腔内水流通道的淤塞条件;研究表明,对大气补给的响应,溃水延滞时间有不断缩短的规律,据此可判断隧道溃水可能性将不断减小;结合降雨量、涌水量和水位观测成果,基于降雨入渗法和统计分析法预测得到的溶腔涌水量结果,提出了抢险和泄水期间的安全作业控制指标。

外载扰动诱发灾害发生的突变机理及其非线性动力特征

基于突水灾害类型和突水灾变模式的系统分析,提出防突关键体概念,建立防突关键层与关键块的力学模型,外力扰动则简化为平面应力波,建立防突关键层失稳与动荷载诱发岩块失稳突水的突变模型,并基于系统能量的平衡分析获得局部突变的分岔集,导出了突水(泥)的失稳判据,发现不但取决于防突结构的几何尺寸、材料性质、水压等因素,还与外荷载的强度和频率有很大关系。基于动载动力特性的数值分析,研究了不同动载振幅、频率对最小防突关键体厚度的影响,进而提出"小进尺、弱爆破"等预防突水灾害的防治措施。

岩溶隧道涌突水灾害发生机理与工程防治

研究目的:针对国内岩溶区长大隧道施工过程中频繁遭遇的涌突水灾害对工程造成重大损失和人员伤亡的现状,在调研国内外隧道涌突水灾害发生现状的基础上,利用薄板理论、剪切破坏理论对隧道涌突水灾害发生机理和过程特征进行了研究,旨在得到涌突水灾害的形成和发生条件、预防措施以及岩溶地段隧道的施工原则。研究结论:涌突水灾害的形成和发生,必须具备四个基本条件;由于隧道开挖引起围岩应力场变化和溶洞内水压作用,隔水岩板发生松弛,易导致灾害发生;岩溶地段隧道施工要遵循下述原则:排水降压、超前支护,以堵为主,堵排结合,浑水要堵,清水要排。

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。

贵阳某地铁车站岩溶发育特征及突水模式分析

岩溶可诱发基坑涌水、涌泥等灾害,给在富水岩溶区及断层破碎带区域施工的地铁工程带来诸多难题。因此,调查车站区域岩溶发育特征,分析突水模式,对车站基坑的设计和工程施工具有重要的指导作用。文章以贵阳某地铁车站深基坑岩溶涌水治理工程为背景,采用现场调查及理论分析相结合,借助三维地质模拟软件,对该地铁车站的岩溶发育特征和涌水条件进行系统分析,总结出基坑岩溶发育特征及涌水突水模式,建立了岩溶、断层破碎带与地铁车站空间关系的三维地质模型。对类似地铁车站岩溶水文地质勘察及涌水防治方案的设计和施工具有参考作用。

圆梁山隧道岩溶突水特征分析

通过统计分析圆梁山隧道5 个深埋充填型溶洞的突水情况、涌出物介质,并结合溶洞涌水量和地表降雨量的关系对比,以及连通性试验和水质分析,总结归纳了圆梁山隧道岩溶的突水特征、岩溶类型和岩溶水动态特征。

岩溶隧道涌水影响因素、预测方法及危害分析

研究目的:隧道涌水量预测计算方法众多,计算成果与实际涌水都有较大的差距,尤其是非均质的岩溶隧道,因此有必要仔细分析其影响因素,选取合理的预测方法,提高预测精度,降低其危害。研究结论:(1)隧道涌水量预测的影响因素较多,可大体归纳为客观因素、人类活动因素及时空因素这三种;(2)岩溶隧道由于其独特的地下水特征,与非可溶岩隧道的区别很大;(3)非可溶岩隧道的涌水量预测,一般按层流理论的地下水动力学法计算,可溶岩地层隧道涌水量预测不能采用层流理论,应根据其边界条件有针对性地选取预测方法;(4)由于岩溶隧道涌水地质灾害的的危害极大,呼吁建设、设计、施工等单位应从实际出发,转换观念,坚持可持续发展战略,尽量降低工程建设对于自然环境的影响。

岩溶隧道涌水及其专家评判系统

在我国岩溶区许多的铁路、公路隧道及水工隧道的修建中,遇到大量的岩溶涌水、突泥问题,给工程施工和运营带来很大危害。基于岩溶水文地质学的最新理论和国内外工程实践,结合作者多年实践经验,提出隧道岩溶涌水专家评判系统。该系统认为岩溶隧道涌水是隧道与岩溶水系统在四维时空交汇的结果,因此,必须根据隧洞揭露的强岩溶层、岩溶水系统分布、水动力分带、岩溶结构面分析确定涌水的可能性及性质。在此基础上,根据岩溶水动态计算动态涌水量。

特长隧道岩溶涌水量预测方法分析

由于岩溶区隧道穿越空间的复杂性、多变性和特殊性,加之地区差异性和水文循环系统的不确定性,各类预测方法均存在其自身的缺点,致使涌水量预测与实际存在一定差异。从水文机理和岩溶水的运动特征出发,结合岩溶区快速补给与慢速补给的差异与特征,采用水均衡法、地下水径流模数法和隧道涌水专家评判系统3种方法,对金奎地特长隧道岩溶涌水进行预测分析。结果显示,水均衡法计算结果值最大,径流模数法计算结果值最小,专家评判系统计算结果值在二者之间。经验证,专家评判系统更为精确,该方法强调次降雨对隧道岩溶涌水的作用,提高了隧道岩溶涌水量预测的精度。

某岩溶隧道涌水预报模型构建与应用

研究目的:在对以往典型岩溶涌水隧道实测预报资料分析的基础上,对岩溶隧道涌水预报变量选取及数学模型构建进行研究,探索岩溶隧道涌水多源协同预报模型。研究结论:采用多元统计方法,构建了以地层节理密度增量、地层水压、纵横波速度比、视电阻率为预报变量的涌水预报数学模型。模型对于挖掘与整合探测信息、增加预报可靠性起到了积极作用,也为探索多源协同预报的实用技术进行了有益的尝试。