Treatment Design and Construction Strategy for Tunnel Mud and Water Inrush Disaster

With the rapid development of the transportation industry in China,the number and scale of tunnel construction are increasing.Tunneling through fault zones and other complex geological environments is becoming more and more common.In the construction of highway tunnels,due to the special geographical environment and complex geological conditions,mud and water inrush often occur in the tunnel.Water inrush disasters pose a major risk to the construction of highway tunnels and affect the normal construction of highway tunnels.This paper combines the engineering background of the tunnel mud and water inrush accidents,carries out evaluation on the accident treatment measures and the treatment efficiency,and summarizes the main concerns in the construction process and the technical guidelines for dealing with the tunnel mud and water inrush.

隧洞突涌松散介质注浆加固技术与效果评价

为解决滇中引水工程中狮子山隧洞施工中遇到的突泥、突水问题,采用帷幕预注浆技术进行地层加固处治。针对2处地质构造和突涌介质堆积体不同的工程特性,提出了岩石碎屑高压喷射灌浆加固技术和泥质介质渗透性注浆加固技术,并对岩石碎屑高压喷射注浆与泥质介质注浆加固机理、帷幕注浆设计方案、施工工艺和技术、注浆效果综合评价方法进行了深入研究论证。应用结果表明,隧洞突涌体纵向加固范围为30m,径向加固范围为轮廓线以外5m,注浆加固形成了稳定的复合承载帷幕体,确保了该隧洞突涌灾害处治科学可靠,实现了突涌洞段安全掘进。

玉磨铁路新平隧道突涌致灾机理及措施响应研究

为查明玉磨铁路新平隧道突涌的致灾机制,结合隧道现场灾害特征,基于地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、气候条件、施工措施等因素,探讨了突涌的致灾机理,归纳总结了隧道突涌的致灾类型,提出了相应的灾害防控措施。软岩隧道强度低、变形大,设计围岩级别与揭示不匹配等因素对隧道灾变的发生至关重要,特殊的构造环境及地下水等因素助推了灾变的发生;依据致灾成因,将该隧道致灾类型分为:构造-岩性-富水-施工措施,构造-岩性-弱水-施工措施,岩性-富水-施工措施等3种类型,并提出了相应的防治措施;施工过程中,需明确可能致灾的几类因素,加强超前地质预报、监控量测、开挖揭示比对等工作,掌控灾害源的发展及规模,动态调整隧道致灾的类型,针对性地采取防控措施,确保隧道施工安全。

高海拔排水巷断层突水突泥前兆信息演化规律数值模拟

目的:以西藏巨龙铜矿穿破碎带排水巷道施工为工程背景,分析断层突水突泥前兆信息演化规律。方法:通过数值模拟,探究了流固耦合作用下排水巷道施工至破碎带过程中围岩位移、应力、塑性区以及渗流场的变化规律,分析了巷道穿断层破碎带突水突泥前兆信息演化规律。结果:结果表明:巷道掘进至破碎带时,掌子面位移发生突变性增大。同时破碎带发生应力扰动。围岩塑性区向破碎带方向扩展,破碎带内岩体发生塑性变形,与掌子面塑性区贯通。巷道掘进至破碎带时,围岩内渗流场发生明显变化,被揭露的破碎带形成排水口,围岩水压骤然减小,巷道内容易发生突水突泥事故。意义:本文研究结果为巨龙排水巷穿破碎带施工提供了理论参考。

宝林隧洞F31断层的地质特征及其突水突泥机制探讨

断层是隧洞施工突水突泥的主要致灾构造之一。宝林隧洞F31断层位于鄂北片麻岩区,其地表特征与地下特征差异较大,几乎没有明显的断层影响带,地下整体发育规模较大,与国内外其他常规断层致灾构造有明显差异。通过对F31断层地形地貌、地质构造、物质组成、地下水等特征的详细分析研究,得出F31断层经历多期活动,虽然整体规模较大,但突水突泥灾害主要由最后一期活动的平推断层诱发,其物质来源主要为断层泥、软化碎裂岩及断层面附近破碎构造角砾岩。断层整体蓄水量有限,但地下水连通性好、水头高、补给量大,F31断层突水突泥灾害为典型的导水型断层由于隔水层被击穿诱发的间歇性突水突泥灾害,研究成果对相同地质背景下其他工程具有重要的参考价值。

城市地铁盾构隧道与前方断层破碎带临界安全距离研究

立足于城市地铁盾构施工掘进过程,旨在预防地下岩溶发育并存在断层破碎带的城市中地铁盾构施工面临的突水涌泥灾害风险。针对城市地铁建设过程中盾构隧道前方断层破碎带临界安全距离问题,研究不同类型与直径的盾构机刀盘、不同厚度与水压的前方断层破碎带对临界安全距离的影响规律与响应敏感程度。利用COMSOL Multiphysics软件流固耦合方法模拟盾构推进过程与突水发生时刻。综合三维有限元数值模拟结果,利用SPSS Statistics软件中的多元回归功能得到盾构隧道前方断层破碎带临界安全距离公式。研究结果对于断层破碎带发育及地下水丰富的城市地铁盾构开挖工程具有一定的施工指导意义。

隧道突水突泥地质灾害成因分析与治理方法研究

由于现有的治理方法掌子面涌水量较多,容易发生灾害,为此研究隧道突水突泥地质灾害成因分析与治理方法。当隧道穿越高压富水断层时,岩体的厚度发生剪切破坏,使得围岩平衡发生变化,当释放地下水所存储的能量后会发生突水问题。当地下水携带有大量泥砂时会形成突泥现象,运用堵截处理的方式将地表水补给进行截断,对地表进行封闭与注浆加固施工。堆砌止浆墙抵御淤泥压力,对隧道破碎带的围岩进行初期支护,通过二次衬砌措施完成施工。测试结果表明,小组4掌子面涌水量为1200 m3/d以下,为4个小组中最少。在施工中不容易发生突水灾害,达到良好的治理效果。

隧洞涌水量数值模拟不同网格加密方法对比研究

突水突泥事故是隧洞工程施工过程中常见地质灾害之一,因此在施工前期对于隧洞涌水量的预测和计算工作尤为重要。由于数值模拟计算法中存在关键参数选取的科学依据不足、不同网格加密方案的计算效果难以评估等问题,首先建立三维地下水稳定流模型,确定Drain模块中排水系数C的取值,再采用粗网格、细网格、Quadtree和Nested grid四种不同的网格加密方法进行隧洞涌水量数值模拟计算,分析评价各方案的优劣及其适用性。结果表明:(1)涌水量Q随C值快速增大后趋于稳定,说明C值在一定范围内影响Q的计算结果;(2)细网格、Quadtree以及Nested grid模型,比粗网格模型模拟精度高,更能准确地刻画因隧洞开挖导致的地下水位变化情况;(3)和细网格模型相比,两种非结构化网格模型的网格总数较少,模型运行时间短,在没有大幅度降低模拟精度的前提下,运行效率更高,且Quadtree网格具有逐级渐变加密的优势。

汉泉隧道突水突泥处治措施

结合汉泉隧道施工期间出现的突水突泥情况,在物探、钻探、地表调查的基础上,对隧道发生突水突泥的原因进行分析.采用排水降压、超前管棚、洞周注浆、抗水压衬砌的综合处治措施,储水带破碎围岩得到有效改善和加强,围岩变形和涌水得到有效控制,隧道安全、顺利、快速地通过突水突泥段,可为类似隧道勘察、设计及突水突泥应急处治提供一定的参考.

基于决策树模型的隧道涌水概率快速判别方法

隧道涌水突泥是隧道施工过程中较常见的灾害之一,出现这类情况后,往往会带来较为严重的生命财产损失。如何快速判别隧道涌水突泥发生的可能性,是隧道工程中比较热门的方向之一,为确保隧道施工安全,本文提出一种基于决策树模型的隧道涌水概率快速判别方法。

隧洞突泥涌水灾害处理施工

在地下工程施工过程中不可控施工风险较多,在众多灾害中,突泥涌水造成的工程损失规模一般较大,且在事故发生后,如何正确处理,避免二次灾害的发生尤为重要。通过对某隧道发生突泥涌水灾害后的处理措施进行详细介绍及总结,为后续同类工程在施工过程中遭遇突泥涌水处理时提供参考,尽可能地降低灾害影响。

高压富水软弱接触带隧道综合处治关键技术研究

基于复杂的工程地质条件及施工现状,通过深化地质、工程调研等手段,创造性的提出了钻孔注浆+水平旋喷+长管棚的长距离多维度超前加固方案,并对衬砌及支护参数进行了适应性研究,现场应用取得了成功。研究表明:a.针对多种岩性不整合软弱接触带突涌处治,应结合地层岩性、岩体物性参数、地下水、不良地质体空间分布特征等采用综合加固方案;b.围岩荷载是制定衬砌结构及支护参数的基础,可利用洞内突涌体力学平衡状态进行分析确定;c.水平旋喷桩加固厚度超过3 m时,增加加固圈厚度对于控制围岩变形效果不明显;d.全环型钢钢架+拱墙格栅钢架砼联合支护初期支护体系,以及变截面钢筋混凝土二衬结构,能够保障隧道运营安全。

尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源综合分析

通过采用长期预报和短期预报相结合的方式,准确预报尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源的规模与空间位置,结合超前钻探建立综合超前预报体系。针对发生的3次突水突泥灾害,通过现场踏勘和水文地质分析,查明突水突泥伴生灾害源的来源,揭示尚家湾隧道突涌灾害源的赋存特征、致灾模式及其致灾机理,提出突涌灾害是由压力水、泥砂相结合的伴生灾害源和突涌通道2部分组成,伴生灾害源是内在源动力,突涌通道是灾害源的优势运移路径。同时,建立集内外结合(隧道内部揭露围岩与地表环境)、综合预报、"循环推进,交叉评价"、动态补探、综合治理相结合的伴生灾害源探测及防治技术,提出相应的治理原则、治理方案及后续施工的预防措施。

断层破碎带隧道突水突泥模型试验系统研制与应用

为研究吉莲高速永莲隧道扰动作用下突水突泥灾变演化过程及破坏特征,以F2断层破碎带为研究对象,研制大型三维地质模型试验系统,该系统由模型架、地应力加载系统、水压加载系统以及信息监测系统组成,通过材料配比试验及物理力学性能参数测试,研制出适用于流–固耦合模型试验的新型断层围岩及正常围岩相似材料。采用该系统进行模型试验,揭示正常围岩开挖过程中及揭露断层后的隧道围岩渗流压力、应力应变、位移以及涌出物等特征参数的变化规律,模型试验结果与实际工程灾变特征具有较好一致性。试验结果表明该系统稳定可靠,可广泛应用于其它地下工程的模型试验研究,其研究方法及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。

跨流域调水工程突发事件及应急调度措施研究

跨流域调水工程规模大线路长,沿线可能存在多种复杂地质条件,地理环境和气象条件差异较大。当发生自然灾害、交通事故及其它突发事件时,要求紧急截断水流或短期内大幅度改变流量,及时控制突发事件造成的危害,通过有效的应急调度,保证工程安全、平稳和连续的输水运行。针对正常供水过程中可能出现的突发事件进行归纳分类,分别从水质安全、渠道及建筑物结构安全、设备故障和社会安全等4个方面提出相应的闸门应急调度措施。同时,提出应急调度的目标原则和技术思路,可为下一阶段深入研究提供技术铺垫。

地下工程建设安全面临的挑战与对策

详细介绍我国地下工程建设的安全管理现状和我国地下工程建设安全的严峻形势。从事故发生的类型和原因等对工程建设事故进行分析,指出责任事故及主观原因是构成地下工程建设安全管理巨大挑战的主因。结合海恩安全金字塔、海因里希安全法则、约翰逊的工程变化-失误理论模型等工程事故管理理论,提出工程事故预防的可行性和工程建设安全管理实施的对策。对重大地下工程建设中最突出的突水突泥地质灾害和岩爆地质灾害进行详细阐述,主要介绍突水突泥灾害的严重挑战、发生发展的科学规律、事故前兆信息分析以及地质超前预报等事故对策;介绍岩爆地质灾害的定义和分类、岩爆的预测机制、岩爆监测预报的理论基础和工程实践以及岩爆灾害的施工对策等。最后,针对地下工程建设的事故预防提出技术方法和管理手段的一些意见和建议。

复杂岩溶隧道突水突泥防灾报警系统设计

2006年1月21日,宜万铁路马鹿箐隧道突发大规模突水突泥,造成了重大经济损失和人员伤亡,从而引起了部各级领导的高度重视。宜万铁路是在建的地质条件最为复杂的线路之一,隧道工程多发育岩溶,具有突发性突水突泥的可能,修建风险大。为了进一步规避施工风险,减少施工过程发生突水突泥造成经济损失和人员伤亡,设计中根据隧道工程地质、水文地质,以及隧道工程特征,对岩溶隧道进行了风险等级划分,并针对Ⅰ级风险隧道进行突水突泥防灾报警系统设计(系统包括预测预报、注浆堵水、安全逃生三个方面),该设计在国内外尚属首次,设计成果在宜万铁路进行了应用,并取得了一定的成效。

狮子山隧洞突涌介质特性与致灾模式

为了掌握玄武岩地层向斜构造不良地质体构造特征与突泥突水机制,以滇中引水工程狮子山隧洞穿越乌龙坝向斜构核部附近突水突泥灾害为例,研究了该段突水突泥灾害演化与致灾地质构造、致灾介质基本特征与致灾动力及诱发机制。结果表明:①突涌原因为构造向斜上盘节理裂隙密集带储水构造使下位凝灰岩裂缝扩展发育崩解软化、泥化,连接上部储水构造体,导致致灾介质体突涌;②突水突泥致灾介质类似稀性泥石流,瞬时爆发涌出,携带巨大能量;③隧洞卸荷坍塌、地下水作用及应力释放等共同作用导致了灾害形成。研究成果对隧道穿越褶皱构造防治突泥突水灾害具有一定指导意义。

川藏铁路交通廊道地质调查工程主要进展与成果

川藏铁路是我国正在规划建设的重点工程,由于其位于地形地貌和地质构造都极为复杂的青藏高原东部,在铁路规划建设中面临一系列迫切需要解决的关键地质问题:区域性活动断裂与断错影响、地质灾害、高地应力及其引起的岩爆和大变形、高温热害、断裂带高压水与涌水突泥、高陡边坡稳定性等。为满足技术支撑川藏铁路规划建设、精准服务国家重大战略实施的需要,中国地质调查局部署了“川藏铁路交通廊道地质调查工程”,聚焦制约川藏铁路规划建设的关键问题,充分发挥地质调查工作对国家重大工程规划建设的支撑作用。2019年主要完成铁路沿线1∶5万区域地质调查1350 km 2、1∶5万地质灾害调查5000 km 2,建设6口大地热流地质参数井、8个地温监测站,完成地应力测量20孔,编制完成11份地质调查专报,提出的大渡河大桥段、理塘车站段、毛垭坝盆地段等线路优化建议/防灾建议被采纳;首次将1∶5000大比例尺航空物探技术引入复杂山地铁路工程勘察,创新形成千米级超长水平钻孔定向取心钻进技术,实现500 m深的水平孔地应力测量突破等。该工程通过2019年调查研究,全力提升了铁路沿线地质调查程度与精度,并创新了复杂艰险山区重大工程地质问题与探测技术、地质灾害风险防控理论与减灾关键技术,有效支撑服务了川藏铁路规划建设。

突发水灾害事件应急管理参与主体的界定及其互动关系

为了提高突发水灾害事件应急管理决策的科学性,减少灾害损失,详细分析了突发水灾害事件应急管理的参与主体及各其职能,以博弈论为基础,构建了多个参与主体之间的囚徒困境博弈关系模型和委托-代理博弈关系模型。分析结果表明:在囚徒困境博弈关系模型中,由于突发水灾害的无规律性,要改变囚徒困境的博弈结果,只能加大对消极应付方的惩罚力度和对积极参与方的奖励力度,同时发挥好上级政府部门的监督作用;在委托-代理博弈关系模型中,良好治理的实现要使良好治理时的收益、虚假治理被发现时的处罚及造假的成本这三者之和大于良好治理时的成本;必须加大惩罚力度和奖励成本,同时动员社会力量减少监督成本,才能同时实现各参与主体利益与社会利益最大化。