富水岩溶地区隧道涌水预测与施工处置技术研究

针对贵州某隧道施工过程中遭遇一处连通地下暗河的大型溶洞引起隧道内大规模涌水的灾害进行研究,结合水文地质情况对涌水量进行预测和分析后,现场先对岩溶水进行初步释压,后采用水泥砂浆分步回填隧道上伏溶腔以封堵岩溶出水口;进一步采用集水管引排岩溶水的方式对剩余地下水进行二次加强处理,同时将集水管与隧道外侧的泄水洞相连,二者构成一套完整的引排水系统的处治手段。采用堵排相结合的原则有效地达到涌水处置目的,确保了隧道的安全施工,可为类似地层的隧道施工提供有益的借鉴。

大冶铁矿-360 m开拓巷道注浆治水技术研究

巷道涌水问题严重影响地下矿山安全高效生产,采用注浆技术可有效治理巷道涌水问题。针对大冶铁矿尖林山采区-360 m水平巷道开拓过程中出现的巷道底板少量涌水、联络道工作面大量涌水的情况,制定了在DS23B01联络道东侧20 m的巷道点(26#)浇筑挡水墙,选用水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆2种浆液作为注浆材料,在26#向东112.5 m处实施浅孔注浆、在-270 m水平废弃的电机车维修硐室口部安装地质钻机,实施超深孔注浆的施工方案。结果表明:涌水量较大的情况下,在合适位置施工挡水墙可以有效截断涌水及淤泥的持续流动;在巷道底板涌水点附近施工浅孔钻孔进行注浆,并将注浆终压设计为5 MPa,可以有效治理巷道底板涌水问题;采用超深孔注浆方法对工作面涌水量较大问题进行治理,并进行分段注浆,能有效避免同水平涌水对施工过程的干扰,治水效果明显。研究成果可为其他矿山开拓工程治理涌水问题提供技术参考。

隧道涌水量预测方法比较及算法选择优化

隧道涌水是隧道建设及后期运营中最为常见的地质灾害,准确预测涌水量大小将为隧道设计及施工提供关键参数,因此隧道涌水量预测尤为重要。通过采用地下水动力学方法中的解析法(包括裘布依公式、古德曼公式等),结合数值模拟方法,以隧道导水断层为研究重点,对地处莲花山断裂带鸿图特长隧道典型段落(K91+634~K93+512)的最大涌水量和正常涌水量进行了预测。同时,利用已开挖段实测涌水量数值,将多种方法进行对比,分析研究各计算方法的适配性,并优化计算算法。研究表明,裘布依承压含水层公式预测与实际涌水量最为接近,鸿图特长隧道典型段落(K91+634~K93+512)的预测最大涌水量为119000 m 3/d,是极限情况下的涌水量预测,为设计施工开挖提供了可靠地水文地质参数。

川西北某隧道涌水量及水压力分析

川西北某隧道工程区构造发育、岩体破碎、水压高,隧道施工和运营面临严峻考验。为了研究涌水量及水压力对隧道施工和运营的影响,对隧址区开展了地质勘探,并采用理论计算和有限元模拟分析了隧道施工期和运营期的涌水量、水压力分布。研究结果表明:(1)隧址区水文地质单元内岩性为非可溶岩,地下水属于中等含水岩层的基岩裂隙水;受构造作用的影响,地层岩体裂隙发育,为地下水渗流提供了良好的通道;隧址区内地下水主要补给来源为大气降水,多年平均降雨量约620 mm,最大降雨量约1034 mm;(2)隧道全长正常涌水量约为6940 m^(3)/d,最大涌水量约为11610 m^(3)/d;(3)隧道开挖后,上方围岩产生降水漏斗,地下水部分流失,而强降雨天气导致地下水位大幅增长;(4)随着水头高度的增大,隧道水压力和涌水量剧增,威胁隧道结构的安全。隧道的防排水结构与衬砌设计需考虑强降雨天气的影响。

高海拔长大富水斜井隧道涌水量预测及施工措施研究

为解决复杂富水环境下隧道地下水预测及控制问题,以新建某高原铁路隧道4号斜井为研究对象,综合应用超前预报方法、理论分析法和现场地质调查方法,确定隧道围岩含水带范围,预测隧道涌水量,分析涌水机理,并提出超前泄水孔+拱墙径向注浆的治理措施。结果表明,隧道围岩富水区域主要集中在构造发育段、碳酸盐岩发育段、浅埋沟谷段、下穿沟谷段和物探低阻段。实测隧道最大涌水量为正常涌水量的182~327倍,与正常涌水量相比,裘布依方法预测值偏小,佐藤邦明理论公式所得预测值略大,其精度大于裘布依方法。与最大涌水量相比,佐藤邦明理论公式得到的预测值明显偏大,古德曼法得到的预测值略大,其精度大于佐藤邦明理论公式计算结果。

互助北山特长隧道涌水量预测研究

【目的】为了给隧道设计和施工提供依据,需对隧道涌水量进行预测。【方法】以青海互助北山特长隧道为例,基于勘察报告,综合分析其自然地理情况和工程地质条件,对地表水和地下水化学特征进行详细分析,采用降水入渗系数法、地下径流模数法和地下水动力法等三种方法对隧址区涌水量进行预测分析。【结果】结果表明,采用地下径流模数法计算的结果对施工安全的保障更有利。【结论】研究成果对类似特长隧道涌水量预测具有一定参考意义。

考虑损伤效应的隧道二维渗流场解析及涌水量预测

隧道圆周面涌水量是隧道工程的重要参数,以往研究未考虑隧道开挖损伤因素对渗流场的影响,而隧道施工会对围岩造成一定程度的损伤。考虑隧道开挖损伤的影响,推导了径向未注浆、径向欠注浆及径向完全注浆3种不同径向注浆型式下的隧道二维渗流场理论解析解,而后对隧道渗流场理论解析研究中常用的两种等代圆方法在矩形隧道中的适用性展开了探讨,并对隧道圆周面涌水量及衬砌外水压力的径向注浆参数展开敏感性分析,最后将隧道二维渗流场理论解析解与数值解对比。结果表明:隧道二维渗流计算模型能较好地反映隧道圆周面的涌水量;开挖损伤对隧道圆周面涌水量有着较为显著的影响,对初支施作前的影响最大,对二衬施作后的影响程度最小;当径向注浆相对渗透系数k m/k g达到100,径向注浆相对厚度d g达到1.0倍的隧道内径r 0时,继续增大k m/k g或d g/r 0对降低隧道圆周面涌水量Q和拱顶衬砌外水压力p的效益将不再明显。研究成果可为不良地质岩层隧道的径向注浆设计提供一定的理论指导。

军功特长隧道水文地质条件浅析及涌水量预测

G227线贵德至大武公路工程GDSC-2标段勘察项目军功特长隧道勘察工作于2022年5月结束。军功特长隧道全长12 km,所处区域大部分为高山区,海拔4000 m以上的地区广泛发育着岛状多年冻土。受高寒湿润气候的影响,蒸发作用相对微弱,大气降水(雨)较丰富,大量的降水直接沿裂隙、孔隙渗入地下形成冻结层水,水文地质条件中等。此次勘察布设洞身工程地质(兼水文地质)勘察孔3个,分别为ZK06、ZK07和ZK08,孔深分别为338、211、124 m,钻孔口径为75 mm。待钻孔施工达到设计孔深后,在ZK06、ZK07和ZK08号钻孔内分别进行提桶抽水试验及含水层划分(一般视岩芯破碎、节理裂隙发育地段为含水层),求取区内水文地质参数(渗透系数K、降深S、涌水量Q、影响半径R等)。此次勘察根据所求水文地质参数,采用地下水均衡法和地下水动力学法对隧道涌水量进行计算预测,左洞涌水量为13214.1 m^(3)/d,右洞涌水量为13192.5 m^(3)/d。

考虑洞间影响的三孔并行海底隧道渗流问题分析

海底隧道渗流场的分析是隧道建设的基本问题,它与隧道围岩稳定性、工程防排水设施的布置密切相关.考虑现有的工程实际,海底隧道常采用"主隧道+服务隧道"的三孔并行方式穿越海峡.以实际工程为背景,建立了不同覆岩厚度下三孔并行海底隧道渗流计算模型,从涌水量、孔隙水压力、渗流速度、注浆参数方面分析了隧道渗流特性.研究结果表明,隧道互相靠近时,渗流场相互影响,无论是采用现行规范中所给出的隧道涌水量计算公式,还是精确解析解公式来预测三孔并行海底隧道主隧道涌水量时均会产生较大误差,将会高估隧道涌水量,最大误差可以达到40%;三孔隧道之间互为"泄压孔",降低了主隧道周边孔隙水压力和渗流速度;注浆作为隧道堵水的关键措施,考虑注浆圈厚度的同时也应该注重注浆的密实性.

基于水文地质综合勘察的隧道导水特性研究

深埋特长隧道是高速公路建设中的关键控制性工程,查明水文地质条件和准确预测涌水量是保证施工安全的重要前提。本文以拟建的深圳外环高速公路三期工程田头山隧道为例,采用水文地质测绘、物探、钻探、水文地质试验和室内试验相结合的水文地质综合勘察方法,对隧道围岩分段分级、富水段落划分、涌水量预测等方面进行了分析研究。隧道经过向斜轴部地段,为良好的储水构造,富水段落集中在K84+680~K84+840,预测在施工时将产生大涌水,将此范围洞身段划为Ⅴ级围岩,判定为主要导水岩体;隧道受断裂构造影响,富水段落中的断层带及宽张裂隙将会成为重要导水通道。进一步,在获取隧址区典型深度段岩体的渗透系数后,分别采用降水入渗系数法、裘布依理论式及古德曼经验式对隧道涌水量展开预测,表明水文地质综合勘察方法可以很好地评估隧道导水特性及估算涌水量。

基于等效面积法的三孔并行海底隧道渗流场解析研究

目前对海底隧道渗流场的研究大多基于单孔隧道,考虑到实际工程常采用三孔并行的排布方式,而隧道互相靠近时渗流场会发生干扰,若采用单孔隧道模型其涌水量计算误差可能超过40%。该文对三孔并行海底隧道渗流场进行理论分析,首先分析了理论解析过程中采用等面积法将多心圆形断面简化为圆形断面的合理性;进而提出三孔并行海底隧道渗流场分析模型,以叠加原理为基础,采用镜像法推导出三孔并行海底隧道渗流场解析解,并将公式进行了退化和数值验证。研究结果表明:按照等面积法将多心圆形断面简化为圆形断面分析对隧道总涌水量影响较小;该文解析解具有一定的精度,可以快速预测三孔并行海底隧道涌水量;由于隧道间的泄压作用,三孔并行海底隧道主隧道周边涌水量分布呈现出非对称性。

岩溶隧道对地下水环境影响分析及涌水量预测研究

在隧道的建设过程中,尤其是在岩溶地区,很多隧道均遭遇了地下水灾害,研究岩溶地下水系统在隧道工程干扰下的行为是十分必要的。以重庆主城区拟建的鹿角隧道为例,分析其隧址区内水文地质条件,并建立隧址区地下水渗流模型;在此基础上,模拟隧道工程对地下水环境的影响;并采用地下水径流模数法、数值模拟法对隧道进行最大涌水量预测。结果表明:隧道施工期,地下水影响范围随时间增加而变大,开挖两年后达到最大,地下水位在隧道运营十年后趋于稳定,但难以恢复到天然状态;隧道高程越低,隧道水力传导系数越大,对地下水环境影响越大。研究结果明确了突水风险段,对隧道施工安全及设计决策提供理论及技术支撑,为运营期环境治理提供可靠判据。

海螺沟共和村2号隧道涌水量预测及验证分析

海螺沟共和村2号隧道是海螺沟景区道路灾后恢复重建工程的控制性工程,隧道涌水量预测的准确性对安全可靠的施工提供强有力保障。本文采用大气降水法、地下水径流模数法及地下水动力学法对隧道涌水量进行预测,同时结合施工期间实际涌水量,验证分析预测方法的准确性,结果表明:大气降水法、地下水径流模数法及地下水动力学法三种方法计算的最大涌水量分别为6 895.16 m^(3)/d、8 552.35 m^(3)/d及8 068.40 m^(3)/d,取三种计算结果最大值即8 552.35 m^(3)/d作为隧道日最大涌水量。与施工中实际涌水量进行对比分析,结果显示预测涌水量与实际涌水量基本吻合,从而验证预测方法的准确性。分析结论对同类型地质条件隧道涌水量计算具有一定借鉴意义。

高速公路隧道侵限涌水处置技术

针对高速公路隧道岩溶、断裂地段出现的初支侵限、涌水问题,以光山1号隧道为依托,对地质条件复杂,为了保证施工安全及工程质量,通过采取引排水、径向注浆小导管、超前大管棚、空腔封堵、侵限换拱等有效措施,合理安排先后施作顺序,对出现的围岩变形、突发涌水等情况进行了有效控制处理,为后续施工奠定基础。

超前帷幕注浆施工技术在高海拔长大富水隧道施工中的应用研究

为解决高海拔长大富水隧道的突涌水问题,文章以新建某高原隧道为研究对象,分段评估隧道各段的涌水量,对预测可能出现突水涌泥段落采用超前帷幕注浆的方式进行处治。结果表明,隧道围岩岩性与构造作用复杂,与隧道相关的断层主要有13条,这些构造区域易形成地下水排水通道和储水区,导致初期涌水量较大,突涌水风险较高;超前帷幕注浆在掌子面设置2 m厚的止浆墙体,采用水泥-水玻璃双液浆进行帷幕注浆,超前注浆距离为30 m,该工艺有效地解决了隧道富水破碎带的涌水问题。

Grouting techniques for the unfavorable geological conditions of Xiang'an subsea tunnel in China

One of the major challenges during subsea tunnel construction is to seal the potential water inflow. Thepaper presents a case study of Xiang＇an subsea tunnel in Xiamen, the first subsea tunnel in China. Duringits construction, different grades of weathered geomaterials were encountered, which was the challengingissue for this project. To deal with these unfavorable geological conditions, grouting was adoptedas an important measure for ground treatment. The grouting mechanism is first illustrated by introducinga typical grouting process. Then the site-specific grouting techniques employed in the Xiang＇ansubsea tunnel are elaborated. By using this ground reinforcement technique, the tunneling safety of theXiang＇an subsea tunnel was guaranteed. 2014 Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences. Production and hosting byElsevier B.V. All rights reserved.

考虑防排水系统的隧道渗流场解析

针对现有隧道渗流场解析公式没有从三维角度考虑防排水系统的问题,建立含有防排水系统的隧道渗流计算模型,并推导隧道涌水量的解析公式。通过将解析解与退化公式及数值模拟结果进行对比,验证解析解的合理性,进而分析土工织物渗透性、排水管间距和围岩渗透性对隧道涌水量的影响。研究结果表明:1)土工织物堵塞、排水管间距增大、围岩渗透系数降低均会导致隧道涌水量减小。2)当土工织物渗透系数量级为10-4~10-7 m/s时,隧道涌水量会明显降低;当土工织物渗透系数量级小于10-7 m/s时,排水系统完全堵塞,隧道丧失排水能力。3)排水管间距设计在8~12 m时最为合理。4)围岩渗透系数越小,隧道涌水量越小。

花岗岩蚀变带隧道涌水量预测研究

红豆山隧道主要穿越云母花岗岩、变质花岗糜棱岩等非可溶岩地层,施工期间其2号斜井平导发生了大规模突涌水。为合理预测隧道涌水量,对红豆山隧道穿越花岗岩蚀变带地区的工程特点及涌水的成因机理进行了分析,并建立了相关的涌水评价等级层次结构模型。结合研究区水文地质条件及现场监测情况,对红豆山隧道涌水量危险性进行了等级划分,利用模糊数学预测了红豆山隧道2号斜井的涌水量。结果表明:(1)影响红豆山隧道涌水的相关因素主要分为工程地质、水文地质及隧道工况3个方面,共9个因素;(2)提出的模糊数学模型预测的平均涌水量与实际工程涌水量的误差为2.61%,满足工程实际施工的准确性精度,能够为类似工程的涌水量预测提供参考。

基于镜像法的有限含水层内隧道渗流场解析解及其验证

隧道外水压力和涌水量是水下隧道施工的重要参数。针对以往大多是基于半无限含水层模型求解隧道渗流场,只考虑了单一边界的影响,而对边界条件复杂的隧道渗流场求解存在局限性的问题。建立有限含水层内带衬砌隧道渗流模型;基于镜像法,将该模型转化为无限平面内直线多隧道渗流模型,推导了水头及涌水量解析公式,通过数值解对比及公式退化验算,验证了该解的准确性;基于此解,研究了含水层厚度h、隧道埋深比(d/R_(1))、注浆圈参数等对水头分布及隧道涌水量的影响。研究结果表明:任意位置的水头随含水层厚度的增大而增大,隧道越靠近不透水边界,隧道上、下方的水头差越大;隧道与不透水边界距离小于3倍隧道直径时,隧道埋深比对涌水量、衬砌外水头的影响显著,二者的值出现陡降;提高注浆圈抗渗性比增大注浆圈厚度更能降低隧道涌水量。研究成果可为有限含水层地区隧道渗流场预测提供一定理论依据。

海底隧道涌水量解析及工法过渡段优化研究

海底隧道地处高围压、高水压状态,其上方有无限水源补给,施工过程中极易出现渗水、涌水现象,根据涌水量预测结果调整相应施工方案能够降低突涌水发生的概率。文章基于汕头湾海底隧道工程,对比多种隧道涌水量解析式结果,给出工程适用性最强的涌水量预测公式;同时利用该解析式结果进行正交试验,分析了影响隧道转换过渡段稳定性的3个因素,确定了各因素影响拱顶沉降量差值及涌水量两个指标的排序。结果表明:马卡斯特解析式结果更偏向安全,与工程勘测数据接近;工法转换过渡段的总长度对围岩交界面处的稳定性影响比较显著,而开挖方式及进尺对围岩交界面处的稳定性影响不显著;当转换过渡段长度约为10 m时,过渡段对围岩交界面处的稳定性改善效果较好,而>10 m时,对围岩稳定性改善效果并不显著。