深埋隧道富水充泥大型溶洞探测与处置施工技术

在隧道施工中,岩溶容易引发涌水涌砂、突水突泥、大变形破坏以及坍塌等风险,为解决岩溶隧道施工过程中的问题,以贵州重遵扩容桐梓隧道工程为依托,对公路隧道穿越富水充泥型溶洞施工开展防治研究。为准确预测预报溶洞地质情况,综合采用超前地质预报、加深炮孔超前探测、超前地质钻探以及先行导洞四重探测的溶洞探测技术,探明岩溶大小、地质特点、发育情况以及地下水分布等工程地质情况,并提出了采用预埋排水管、混凝土浇筑、洞口封闭及支撑和截、堵、排、防综合处置技术,同时为保证施工安全性、经济性和环保性,构建了止浆墙、消能坎和沉淀池系统性的保障措施,确保了施工安全性和绿色经济性,具有显著的环保效益,为类似隧道工程建设提供借鉴。

高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究

在对综合超前地质预报方法研究基础上,优化综合超前地质预报的流程,并提出隧道地质灾害四色预警机制,制定相应的应急预案。研发了性能更强的具有自主知识产权的陆地声纳第三代仪器,开发了具有自主知识产权的雷达数据处理软件,全空间地质雷达处理解释系统1.0(FSGPRP1.0),优化了对水的判断准则。并利用综合地质预报方法及四色预警机制在多个工程中得到成功应用,避免了人员伤亡和重大经济损失,对类似工程具有指导意义。

隧道及地下工程施工中岩溶裂隙水及断层、溶洞等隐患的探查、预报

隧道和隧洞是高风险的工程,存在大量地质和施工未知数,特别是地质条件的未知数。目前的安全形势严峻,对隧道施工地质预报提出越来越高的要求。从1990年开始,特别是2003年后,在国家有关部门的支持下,以解决探查和预报效果为核心,重视技术创新和发展以及自主知识产权的创造,集中多个专业和单位的力量,在不良地质预报的技术和实践方面取得大的进展;以陆地声纳法、瞬变电磁法和探地雷达组合的成套方法技术,在断层的空间定位及地下水、溶洞、暗河等探查理论研究和实测预报中均取得较好效果。

岩溶隧道施工过程中大型溶洞的综合预报及治理方案研究

根据尚家湾隧道隧址区地表水文点观察情况,并结合地形地貌特征、岩性和构造条件,判断尚家湾隧道在施工过程中可能揭露大型溶洞,出现突水突泥等工程灾害。文章针对前期隧道施工风险评价结果,采用综合地质预报方法对隧道前方不良地质体进行探测:采用TSP(隧道地震预测)法对ZK67+835处溶洞位置进行了准确预报;采用地质雷达法准确预报了YK67+805处的溶洞;采用超前钻探探明了溶洞在隧道底板下方的具体位置、走向及规模。探测结果表明,左右线隧道溶洞相互连通,为特大下伏无充填型溶洞。针对揭露的溶洞特点,分别采取填堵法和跨越法进行治理。左线在雨季期间无水流通过,采取填堵法;右线采取跨越法,梁板分离,分别承担隧道结构荷载和路面车辆荷载。通过对治理后围岩的变形监测,验证了治理方案的有效性,为后期类似溶洞治理提供了借鉴。

岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报研究

在岩溶地区隧道施工过程中,经常遇到突水、突泥等无法预料的地质灾害,给施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失。为了保证岩溶隧道施工安全,对岩溶裂隙水与不良地质体的发育情况进行准确及时的超前预报,是当前岩溶地区隧道设计与施工中亟待研究与解决的关键问题。首先,对隧道建设过程中岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报和综合预报体系的研究现状进行详细的介绍,指出岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报中存在的主要问题,总结隧道建设过程中地质缺陷超前勘探方法和高压大流量岩溶裂隙水超前预报方法;然后,重点介绍TSP超前地质预报系统探测溶洞、陆地声纳法探测断层、地质雷达探测地下水和红外探水法探测岩溶裂隙水等工程实例。最后,总结预报各种不同地质体的有效方法和将要开展的研究热点和难点,并对下一步所要开展的工作进行深入探讨,对我国在岩溶裂隙水和不良地质体探查的理论和技术创新方面给予一定的帮助和指导。

复杂岩溶地区隧道涌水预测方法研究

岩溶地区隧道地下水涌水预测方法和理论是长期以来难以突破的水文地质难题。基于我国岩溶地区隧道突(涌)水实例分析,从岩溶蓄水模式角度揭示岩溶区易发生涌水的构造机制,指出当前地质超前预报手段在涌水预报方面存在的问题。就岩溶地区隧道涌水量的预测理论研究现状,系统分析各预测方法的优缺点和适用条件。对不同含水地质构造的岩溶区进行划分,提出相应较合理的隧道涌水量预测方法,并结合工程实例验证其可行性。所得结论可为岩溶隧道涌水的预测研究提供借鉴。

基于模糊评价方法的隧道岩溶突水地质灾害综合预警方法

为建立隧道岩溶突水地质灾害预警方法,首先建立了岩溶区隧道施工期岩溶突水地质灾害系统,该系统分为预测、预报和预警3个部分,给出了系统各级指标,并选取典型指标建立评价体系。然后针对宜万铁路典型的风险隧道的岩溶突水地质灾害情况,采用了模糊综合评价模型,尝试建立一种隧道岩溶突水地质灾害的综合评估方法。最后结合宜万铁路齐岳山隧道施工实例进行评价,评价结果与实际施工揭示的结果进行了比较,研究结果和实际工程揭示情况一致,结果表明该研究方法可行。

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.

岩溶区隧道涌水研究现状及建议

主要从涌水量预测、地质超前预报技术和涌水处理三个方面总结分析了岩溶区隧道涌水的研究现状,并就相关问题进行了探讨,提出了自己的见解。

高风险岩溶地区隧道的综合物探研究

在高风险岩溶地区隧道施工中,需要选择适宜的综合物探技术,并发挥其高效、经济等技术优势,提高地质勘查精度,为高风险岩溶地区隧道安全施工提供重要支撑。结合湖北省大广南高速公路紫荆山隧道施工过程,开展综合物探技术现场研究,依据不同地段地质情况,选择适宜的综合物探技术,清晰揭示了该隧道施工过程中的不良地质体,极大地降低了隧道建设中的事故隐患,对类似情况隧道工程具有重要示范和指导意义。

断裂群碳酸盐岩深埋隧道突水机制及风险减避

结合断裂群区内深埋碳酸盐岩隧道突水点的特征,从多条典型断裂群区构造形成环境、地层岩性、岩溶裂隙水边界条件结合隧道施工情况等因素,重点阐述了断裂群区岩溶突水灾害灾变机制。在此基础上建立断裂群区地层岩性、构造形迹、隧道埋深、水文环境、施工工法等6种致灾因子的风险评价模型。利用模糊层次分析法对断裂群隧道涌水风险、岩溶风险及施工安全风险进行评估,得出后二者风险较高。模糊优选出最适宜断裂群隧道岩溶风险物探方案,即TGP+GPR+炮孔加长法对隧址区隐患点进行了重点预测。与开挖揭露情况进行对比验证其准确性,并提出断裂群区岩溶突水的应急措施。最终形成断裂区隧道岩溶风险等级划分标准,以期对后续穿越断裂群隧道岩溶风险安全施工提供咨询。

浅埋岩溶隧道灾变机制及其防治

针对重庆云雾山隧道浅埋岩溶段施工中发生的岩溶地质灾害事故,对浅埋岩溶隧道地质灾害的关键致灾因子及相互关联进行理论分析,并结合现场岩溶处治实践,对其实施效果进行评价。研究结果表明,浅埋岩溶隧道五大致灾因子为埋深浅、上覆地层松软、岩溶发育程度和规模、补给水源以及工程因素,其中施工揭穿顶部和两侧的溶洞连通地表水涌入塌陷区是主要诱因,含溶洞断面的位移释放主要发生在开挖前和开挖瞬间。同时,浅埋岩溶隧道地表水对隧道稳定性影响比地下水更为明显,故解决岩溶灾害的根本途径在于采用合理的设计施工方法,实现施工扰动条件下岩溶动力系统平衡状态的平稳过渡。

释能降压工法在高压富水岩溶隧道风险规避中的应用研究

宜昌—万州(宜万)铁路马鹿箐隧道DK255+978m通过一高压富水隐伏溶腔(水压高达160m、水量高达1×106m3),先后发生多达19次的突涌水(泥)灾害事故。基于隐伏溶腔水量大、水压高、泥沙含量高、破坏力极强,没有先兆、具有突发性与间歇性,兼具延滞性和突发性矛盾等特征,依托溶隙、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而集中释放的溶腔溃水机制,界定排或堵等防治措施的适应性,研究认为,对高压富水隐伏岩溶隧道,必须采用释能降压原理,释放溶腔所存储的能量,降低水土压力对隧道的稳定性影响,避免隐伏溶腔的高压作用产生的塑性区和隧道开挖及排水(泥)压力差形成的塑性区贯通,才能规避施工及运营过程中潜在的风险。建议采用综合地质预报手段探明溶腔边界、内部充填物特性和分布特征等,根据溶腔的水压、水量,特别是触发隧道溃水的临界距离等参数来确定放水承压岩盘的厚度。分析和验证钻孔泄水(不泄泥)→泄水支洞在高位揭示溶腔→控制爆破低位揭穿溶腔,"高位排水,低位排除填充物"的立体交叉分步降压方案的可行性。

岩溶裂隙水的地质雷达信号分析与应用

从岩溶地质发展规律的角度分析了富水岩溶裂隙水的发展规律;研究了地质雷达电磁信号对岩溶裂隙水的反射特征和基于雷达信号的波速-介电常数关系的含水量估算方法;具体工程实例应用分析表明:地质雷达对隐埋在低含水量值的岩体中的裂隙水及裂隙岩体环境的分辨力良好,岩溶裂隙水含水量的估算方法可行。验证了基于地质规律认识的信号分析方法对岩溶裂隙水不良地质圈定和含水量估算方法的有效性。

基于岩溶发育地质模型的隧道地质预测

为更加系统全面预测和了解可能在隧道施工中遇到岩溶,根据岩溶发育规律和特点,建立了岩溶在水平岩层、倾斜岩层、背斜岩层、向斜岩层地质构造条件下不同节理发育程度和不同位置隔水层情况下的岩溶发育地质模型,根据隧道工程所处的地质环境,利用地质模型判断未开挖岩层中的岩溶发育类型、规模等情况,并结合物探和超前钻探等方法实现隧道未开挖段岩溶的超前预报。实际揭露岩溶情况与预测结果对比表明,岩溶发育地质模型可以从宏观上比较准确地预测隧道未开挖段的岩溶发育情况。

岩溶发育地区隧道勘察设计经验与施工对策

岩溶发育及分布的未知性与地形地貌的不规则性造成岩溶隧道围岩条件十分复杂,岩溶隧道的设计理论与施工技术一直是隧道工程界的研究热点和难点.结合隧道工程的特点,阐述岩溶发育区基岩类型,总结溶沟、落水洞、岩溶洼地、盲谷等典型岩溶地貌的基本特征及对隧道工程安全性的影响,概括隧道工程中常见的岩溶区地下水系统,形成岩溶隧道勘察设计原则,指出初步设计勘察阶段、详勘阶段与施工图设计阶段的设计要点和注意事项,并依托贵州省内多座典型岩溶隧道,结合设计、咨询及施工配合中发现的问题,从勘察设计角度进行总结,以期为岩溶地区的隧道设计与施工对策提供参考.

TSP203在灰岩地区隧道施工过程中的应用与探索

TSP203(Tunnel Seismic Prediction)系统是由瑞士Amberg测量技术公司专门为隧道施工阶段超前地质预报而研发的一套设备。通过笔者单位的TSP法隧道超前地质预报工作,发现对隧道施工掌子面前方断层破碎带及其影响带的宽度范围、节理裂隙密集带等不良地质体TSP法能较准确地预报,但是在灰岩地区针对岩溶的准确预报存在一定困难,隧道施工因为在可溶岩地区而引发的各种灾害地质情况也时有发生,对隧道内的施工作业人员及设备构成很大威胁,所以准确预报隧道内掌子面前方的岩溶发育区域迫在眉睫,通过大量的实践和总结,在针对岩溶的准确预报方面笔者积累了部分经验,本文通过TSP在灰岩地区几个不同地质模型上的成功预报案例来详细讲解灰岩地区隧道施工中对岩溶的预报情况及其在长距离预报中的指导意义。

综合物探法在运营岩溶隧道病害探查中的应用

江西南石壁隧道地处岩溶发育区,运营期间每逢季节性强降雨便出现涌水涌泥病害,涌水点分散,涌水量大,多次治理未能彻底解决。精确定位水源及导水通道是病害治理的前提。在注浆治理前采用综合探测法进行探测,以瞬变电磁、高密度电法定位水体,以地震映像法发探溶洞及断层破碎区,综合多种物探结果比对分析,确定了不良地质体的空间位置及展布形态。通过左洞钻探揭露情况及注浆时的串浆路线,验证了物探结果的正确性。研究结果表明:对于运营中的岩溶区隧道,综合使用多种物探技术,相互印证,能够较为精确的定位充水溶洞以及导水裂隙的空间分布,对于隧道的病害处治施工具有指导意义。

灯火寨隧道突泥地质灾害的勘察与治理

结合工程实例,阐述了隧道突泥地质灾害的成因及分析方法,对处置突泥地质灾害有针对性地提出一些结论和建议。

隧道高位穿越巨型溶洞处置及防护方案研究

巨型溶洞岩溶地质情况复杂,严重影响隧道工程的开展,隧道高位穿越巨型溶洞处置难度大,防护工作不易开展,选择合适的处置及防护方案是保证隧道运营、施工安全的重要基础。文章依托黔张常铁路高山隧道高位穿越巨型溶洞项目,针对因溶洞空腔巨大、周壁稳定性差、落石风险高等不利因素所造成的施工处置难题,在详细研究国内11个巨型溶洞处置方案的基础上,制定了线路绕避、回填和桥跨3类共11种巨型溶洞处置方案,经过初步分析确定了回填处置方案,进一步对比4种回填方案后选用洞砟回填+上部注浆的处置方法。同时,为保证施工安全,系统总结了国内巨型溶洞施工安全防护技术,并以此为基础提出了高山隧道巨型溶洞施工安全防护措施,隧道最终顺利通过巨型溶洞。