深埋岩溶隧道爆破开挖对围岩损伤及渗流特性的影响

深埋岩溶隧道开挖会造成围岩特殊的损伤破坏形式,并且损伤区也会影响围岩渗流场及隧道边界的涌水状况,对深埋岩溶隧道爆破开挖作用下围岩的损伤及渗流特性有重要的研究意义。为了研究爆破开挖对深埋岩溶隧道围岩损伤及渗流的影响规律,基于COMSOL Multiphysics软件建立数值模型并嵌入应力-渗流-损伤耦合方程式进行计算,采用解析法计算了简化条件下岩溶隧道开挖时围岩的应力分布,并与数值计算结果进行比较。结果表明:解析法与数值法计算的围岩应力分布有一致性,爆炸荷载使靠近溶洞侧隧道肩部及脚部区域会产生较大的拉应力;爆破后会在隔水岩柱形成“齿”状损伤区,同时引起肩部及脚部区域流速的增加,其可作为判断溶洞方位的参考依据;溶洞净距减小、洞径及水压增加会引起“齿”延伸倾角及最大涌水位置变化、隧道边界涌水量的增加,可根据“齿”延伸方向判断损伤区检测的合理方位,根据最大涌水位置变化、隧道边界涌水量的变化,合理调整涌水防治措施强度及重点防治部位。研究成果可为溶洞位置判定、隧道损伤区检测以及边界涌水防治措施提供参考。

侧部承压溶洞与深埋隧道间隔水岩体安全厚度研究

为保证深埋隧道安全通过侧部高压富水溶洞区段,在隧道突水发生机制分析与隔水岩体最小安全厚度划分的基础上,结合突变理论、鲁宾涅特方程及相关工程经验对隧道边墙岩体安全厚度进行研究,导出最小安全厚度计算公式,建立突水判据,分析相关影响因素对隧道边墙隔水岩体最小安全厚度的影响规律。结果表明:隔水岩体最小安全厚度H_(min)与围岩力学参数弹性模量E、内摩擦角φ呈正相关,与溶洞水压力q_(w)、岩梁跨度L及隧道埋深h呈负相关;各因素对H_(min)影响程度由大到小依次为h、φ、E、L与q_(w),其中h与φ影响程度相近,E在超过3 GPa的情况下H_(min)变化趋于平缓,E的影响程度与L相近;结合有限元模拟结果和工程实例分析,验证了H_(min)理论计算公式及突水判据的准确性与可行性,对相关工程建设具有指导意义。

深埋隧道溶洞岩体防突层安全厚度研究

为防治深埋岩溶隧道开挖诱发的围岩突水灾害,文中依托巫镇高速笔架山隧道,在考虑溶洞水压条件下研究了充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离以及不同埋深时隧道围岩塑性区变化规律。研究结果表明,溶洞位于隧道底部时洞内水压对岩体支护作用最为显著,但该位置的防突层安全厚度受隧道埋深影响最大;溶洞位于隧道顶部时防突层安全厚度对隧道安全影响最大;防突层安全厚度随着隧道埋深的增大而增加;计算所得最小安全厚度为3.9~13.1m,在任意位置情况下,防突层安全厚度均随隧道埋深增大而增加,该预测模型可为隧道突水灾害防治提供参考。

地形影响下溶洞电法探查数值模拟分析

为探究各类地形条件下不同充填程度溶洞的地电响应特征与变化规律,构建5类地形条件下3种不同充填程度溶洞的地电模型,分析地形起伏、溶洞充填、埋深改变时数值模拟结果的差异与变化。结果表明:不同地形起伏的各类溶洞,平地、山顶、山谷和山脚地形下高密度电阻率法探测结果相近,地形影响较小,山坡地形下模型探测结果较差,地形影响较大;随着埋深增加,全充填溶洞的探测不受影响,未充填和半充填溶洞地电模型的异常体中心向上偏移,异常响应范围普遍大于实际范围,且未充填溶洞的异常响应范围更接近实际范围,误差相对较小。研究结果可为山区高密度电阻率法溶洞空间发育精准探测提供指导。

塔北地区奥陶系地下河溶洞充填规律与储集性能

基于野外露头、油田钻井、测井及地震资料,从溶洞充填物类型及旋回组合分析入手,开展古岩溶地下河溶洞充填序列及规律研究,同时探讨其油气地质意义。研究结果表明,塔河油田奥陶系岩溶地下河溶洞充填率达89.9%,且以沉积砂泥岩和垮塌角砾岩充填为主,发育下粗上细多个组合旋回,构成多旋回沉积充填组合和多旋回垮塌-沉积充填组合2种类型。前者分布于岩溶斜坡下游地貌平坦区,放空漏失井比例小、低产井比例高;后者分布于地貌落差较大的岩溶斜坡上游区,放空漏失井比例大,出现大量高产井。分析认为,地下河迂回曲折的空间结构及其径流强搬运能力,使大量岩溶碎屑物质充填其中,导致其超高充填率;潜水面季节性升降使其充填物具旋回性及可对比性,加之水流冲蚀和构造活动,导致溶洞多期垮塌,构成了上游区多旋回垮塌-沉积充填组合,未充填空间发育;地下相对封闭的碳酸钙过饱和环境,使其充填物钙质胶结严重,孔隙度降低;未充填空间将是油气挖潜的重点靶区。

深埋串珠状溶洞的超高层基础设计案例分析

超高层建筑对地基稳定性、地基承载力和地基变形的要求非常高。2007年某市拟建超高层建筑,详勘揭露地表80 m以下地层中分布深埋串珠状溶洞,溶洞顶板厚度薄,串珠状溶洞在水平方向和垂直方向的分布情况及连通性等方面的不确定性较多,若建筑基础浅埋,则地基承载力无法满足设计要求;若建筑基础深埋,则因套管回收及溶洞处理等问题施工的可行性差。设计原则最终确定为基础浅埋方案,首先初步确定满足地基稳定性的前提条件,随后工程设计及施工各专业围绕单桩承载力问题进行讨论并修改专业方案,最终决定应用当时的创新工艺-灌注桩后注浆工艺解决单桩承载力问题。该工程终于在2010年得以推进。工程一期建成后平均沉降与不均匀沉降均很好地满足了规范要求。此次多专业技术联动是勘察设计施工技术一体化的一次成功尝试,相比目前质量进度管理一体化更具前瞻性,也是今后技术优化一体化的发展方向。

雁鹅山深埋公路隧道溶洞处置措施及有限元分析

针对雁鹅山深埋隧道开挖过程中揭穿大量溶洞的问题,为保证隧道施工安全顺利进行,综合分析区域内地质环境及溶洞特征,提出开挖所遇各类型溶洞处置措施。以安全风险较高的YK21+347~YK21+339区段拱顶位置较大溶洞处置方案为例建立有限元模型,分析处置前后围岩位移、锚杆轴力及塑性区变化规律,同时选择典型断面监测围岩变形情况。结果表明:溶洞处置后,围岩最大隆起位移降低83.9%,最大沉降位移降低89.5%,锚杆轴力峰值降低17.2%,溶腔洞壁及围岩塑性区范围减小,其发展得到有效控制。隧道施工安全顺利进行,证明了洞壁加固+护拱处置方案的可行性,可为类似工程提供借鉴参考。

塔河地区奥陶系深埋岩溶洞穴特征及保存机制初探

塔河地区奥陶系碳酸盐岩深埋岩溶洞穴的埋藏深度较大,在世界范围内罕见,是研究深埋洞穴的典型实例,目前对于其保存机制尚不清楚。根据钻井、测井和地震资料,在深入调研研究区深埋古岩溶洞穴的识别、分布和充填特征的基础上发现:①岩溶高地充填程度相对于岩溶斜坡明显偏高;②伴随垮塌的钟乳石类次生化学沉淀多集中于岩溶高地;③洞穴内可见海岸碎屑岩;④T74不整合面以下200 m深度段内存在多个洞穴系统,均暗示洞穴的保存与潜水面有关,因此可推测出该区埋藏岩溶洞穴的保存与潜流带水力支撑作用有关。

以古溶洞主导的白云岩岩溶储渗体分布模式

文中通过综合研究岩心观察和成像测井、常规测井、钻井、录井等各种基础资料,结合古构造恢复分析,提出了研究区厚层藻云岩中以古溶洞充填型储层为主导的碳酸盐岩溶储渗体形成机制及分布模式。通过对储渗体内部储层解析,在成像测井和常规测井剖面上识别出了单井钻遇的古溶洞充填型储层和埋藏岩溶储层。根据单井厚度统计,绘制了古溶洞充填型储层分布和相对应的储渗体平面分布图,该结果与气藏实际开发情况一致。

圆梁山隧道2^#溶洞平导施工技术研究

圆梁山隧道是渝怀铁路线上最长的隧道,隧道主要穿越毛坝向斜核部、桐麻岭背斜和冷水河浅埋段,发育有毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生断裂。受地质构造影响,毛坝向斜存在P2w+c和P1q+m两层承压水,据定测深孔钻探表明,承压水压力高达4.42～4.60MPa。根据地质勘探资料及周边环境情况,预估隧道正常涌水量为98000m3/d,最大涌水量为145000m3/d。在圆梁山隧道施工中,先后在桐麻岭背斜和毛坝向斜遇到了5个深埋充填型溶洞,溶洞形态各异,充填介质不同,有粉细砂、粉质黏性土和黏土多种,其中,2#溶洞充填介质为粉细砂层,其施工难度最大。受高压、富水、岩溶等诱导因素影响,施工中多次突发了大规模的涌水、涌砂和涌泥等工程灾害,给工程的安全顺利施工造成了极其严重的影响。针对2#溶洞平导高压富水粉细砂层地质特点,研究出了由普通水泥单液浆、超细水泥单液浆、普通水泥–水玻璃双液浆、超细水泥–水玻璃双液浆、TGRM单液浆和HSC单液浆组成的注浆材料配套体系,并对2#溶洞平导施工过程中出现的2次较为被动的后退回填局面以及施工中的注浆设计、注浆参数选择和注浆效果检查评定进行了总结分析,以期对类似工程的设计、施工提供借鉴价值。

圆梁山隧道深埋充填粉质粘性土溶洞注浆加固技术

本文较详细地介绍了渝怀铁路圆梁山隧道毛坝向斜高压富水区 DK35 4 +2 5 5～ +2 80深埋充填粉质粘性土溶洞的注浆加固技术及其具体施工工艺过程 ,有效地降低了隧道工程中发生串浆的频率 ,能确保注浆加固效果。是一种值得推广的方法。

圆梁山隧道2^#溶洞正洞施工技术

要圆梁山隧道2#深埋充填型溶洞充填介质为粉细砂,经专家多次论证,该溶洞被称为“国内外罕见,极具挑战性的难题”,本文主要介绍了2#溶洞正洞的施工技术,以期对类似工程的决策、设计与施工提供借鉴。

深埋隧道前方承压溶洞隔水岩体最小安全厚度研究

针对深埋隧道掌子面前方承压溶洞突水问题,采用COMSOL数值模拟分析方法,模拟深埋岩溶隧道开挖和突水过程。研究隧道开挖过程中围岩渗流场信息变化规律和塑性区分布特征,结合掌子面主应力差和最大水平位移的变化,提出隔水岩体最小安全厚度确定方法,并通过与模型试验对比,验证数值模拟结果的有效性。分析溶洞直径、溶洞水压、隧道埋深和隧道跨度对隔水岩体最小安全厚度影响规律。基于多元线性回归理论,建立深埋岩溶隧道隔水岩体最小安全厚度预测模型。研究结果表明:对隔水岩体最小安全厚度HS影响程度最大的是溶洞水压P,其次是隧道埋深h,再次是溶洞直径D,影响最小的是隧道跨度L,并且HS与e^(0.0937P),lnL,D和h之间存在极其显著的线性关系。

超高压智能数控真三维加载模型试验系统的研制及应用

随着世界对矿物资源和能源需求的增加,人类地下开采活动不断走向地球深部。为了揭示超深埋地下洞室在高地应力条件下的非线性变形特征与强度破坏机制,采用数控技术和光电装换技术研制了超高压智能数控真三维加载模型试验系统,该系统主要由模型反力架、超高压加载系统、智能液压控制系统、模型位移自动采集系统、高清多探头窥视系统组成。系统额定出力63 MPa、最大加载45 000 kN、加载精度0.05 MPa。通过智能数控技术实现模型超高压真三维梯度非均匀加载;通过光电转换技术实现模型洞室任意部位位移的自动测试,位移测量精度0.001 mm;通过高清多探头窥视系统实时动态观测模型洞室的破坏状况。利用研制的整套模型试验系统对新疆塔河油田超深埋油藏溶洞的成型垮塌破坏过程进行相似材料三维地质力学模型验,揭示出古溶洞成型垮塌破坏模式、非线性变形特征和应力变化规律。通过地质力学模型试验验证超高压智能数控真三维加载模型试验系统的可靠性,该系统在研究超深埋地下洞室的非线性变形破坏机制方面具有广泛的应用前景。