高陡倾岩溶裂隙构造中隧道突水突泥机理及防控方法研究

依托重庆石柱至黔江高速公路七曜山隧道工程,结合施工过程中的突水突泥灾害统计,阐述高陡倾岩溶裂隙构造中隧道突水突泥的发生机理及有效防控措施,对其致灾构造形态、突泥物源、灾变机制、防控措施等内容进行研究。研究结果表明:高陡倾充填型岩溶裂隙是一种致灾性极强的突水突泥致灾构造;七曜山隧道突水突泥的主因是动态河水流入落水洞,通过水体运移网络流向掌子面并形成高水压;通过对七曜山隧道裂隙封堵、排水泄压、泄水洞等措施来处治涌水突泥灾害,新建泄水洞有效保证了隧道安全。     

隧道突水突泥致灾构造及其多尺度精细观测技术

隧道突水突泥致灾构造作为灾害发生的控制因素,具有复杂的多尺度特性,而深长隧道山高洞长、传统野外地质踏勘面临艰难险阻且不能满足精度要求。通过百余例隧道突水突泥案例的统计分析与现场调研,识别概化了2类5种隧道突水突泥致灾构造,即富水夹泥断裂带（富水断裂破碎带及夹泥断裂带）与充水充泥岩溶体（深部充水岩溶、表层裂隙岩溶带及充填岩溶洞穴）,总结分析了不同突水突泥致灾构造的典型地质特征,提出了不同突水突泥致灾构造的判别理论方法。其中,气候湿热的碳酸盐岩地区表层裂隙岩溶带也可能诱发隧道突水突泥灾害。针对突水突泥致灾构造的复杂和多尺度特性,从大尺度到小尺度整体剖分地质结构,结合无人机高空航测、数字摄影测量、钻孔电视等先进技术手段,探索了隧道突水突泥致灾构造的多尺度精细观测技术,提出了一套空中（Air）-地表（Outcrop）-孔中（Borehole）-隧道（Tunnel）的地质行迹与致灾构造观测方法（AOBT）,并在多个隧道工程中进行应用。结果表明：空-地-孔-隧（AOBT）地质行迹与致灾构造观测技术可实现不同尺度结构面的高精度、快速测取,改进了传统地质调查方式。研究成果可为隧道突水突泥灾害防控提供参考。     

长大隧道施工过程中突水突泥灾害预测预报技术研究

在岩溶地区深埋长大隧道的施工过程中,由于深层岩溶发育的复杂性,造成施工过程中突水突泥灾害频繁发生,对工程造成很大影响,所以进行施工地质预测预报是必要的,这项工作主要包括预测和预报两个阶段。预测主要是根据岩溶水文地质与工程地质的基础理论,对岩溶洞穴管道集中发育地段进行判定,确定突水突泥灾害的危险地段,预报工作是在危险地段应用地质探测方法对施工掌子面前方的岩溶洞穴管道分布状况进行探测,在这方面主要方法有水平钻探和物探手段,探地雷达作为近年来发展起来的一种物探方法,由于其探测过程的连续性和定向性,在中短距离的探测预报中具有突出的优势。文章探讨了岩溶形成条件综合判识、水平钻探与探地雷达相结合进行岩溶隧道突水突泥灾害超前预测预报的方法。     

隧道断层突水突泥前兆信息演化规律数值模拟研究

为研究隧道穿越断层突水突泥灾害发生机制，在分析渗流诱发断层突水突泥机制的基础上，依托江西永莲隧道断层破碎带突水突泥灾害工程实例，采用数值模拟方法，建立可模拟隧道动态开挖穿越断层带过程的有限元计算模型，分析隧道开挖过程中渗流场、应力场、隧道涌水量、塑性区分布等灾害前兆信息的演化规律。研究结果表明，当掌子面接近断层时，应力场、位移场、渗流场、塑性区分布等前兆信息均发生了突变。主要表现在： 1）应力集中现象达到最大，增幅接近1倍，高应力集中极易导致隧道施工至断层附近区域围岩失稳； 2）隧道围岩位移包括拱顶沉降与拱底隆起急剧性、突变性增大； 3）渗流速度急剧增大，地下水更容易向洞内渗透，地下水对围岩的蚀溃破坏作用加大； 4）围岩塑性区范围覆盖了整个洞周范围并且屈服深度有所增加； 5）隧道开挖接近断层时极易造成突水突泥灾害，施工中应积极采取有效的防控措施。     

充填型岩溶突水突泥灾害源的核磁共振表征与泥水识别方法

隧道穿越富水岩溶地层时,为预报可能遭遇的突水突泥灾害类型、水量以及突出物信息,需提前探明掌子面前方地层含水量、渗透系数、导水系数等水文地质参数,从而对灾害源进行泥水识别。核磁共振探测（Magnetic Resonance Sounding,MRS）是一种能够直接探明地层水文地质特征的物探方法,基于MRS方法的这一优势,提出一种针对充填型岩溶突水突泥灾害源的核磁共振表征与泥水识别的方法,以期对突水突泥灾害进行预报并加以区分。通过引入Log-Gauss分布函数构建MRS弛豫时间的时空分布函数,用以表征不同灾害所对应的充填物特征;并对掌子面前方电阻率、含水量以及MRS弛豫时间分布进行三维离散,实现了对充填型岩溶突水突泥灾害源的核磁共振表征与建模。在此基础上,正演模拟了不同类型突水突泥灾害源的MRS响应信号,并分析了其响应特征与影响因素。基于灾害源的MRS响应信号特征,利用充填物含水量和MRS弛豫时间的时空分布函数建立了以充填型岩溶突水突泥灾害源的泥水识别因子作为对灾害源进行泥水识别的判据。     

富水风化花岗岩隧道帷幕注浆技术研究

富水风化花岗岩具有强度低、水稳性差,隧道在此类地层施工经常面临突水突泥灾害风险,迫切需提出有效的防治技术。以广西均昌隧道为工程案例,在详细调查隧道地质条件基础上,分析历次隧道突水突泥发生过程,在认清强风化花岗岩突水突泥致灾机理的基础上,提出采用全断面帷幕注浆技术方案对富水风化花岗岩进行治理,并结合数值计算确定帷幕注浆厚度及注浆方案,提出了帷幕厚度取5m是较为可行的方案。施工期采用瞬变电磁法、检查孔法、P-Q-t曲线法等对注浆效果进行检查,确保了工程安全顺利贯通。     

岩溶隧道侧部岩盘突水机制研究

我国岩溶地区广泛分布,隧道建设穿越岩溶区域极易发生突水突泥灾害。为防止灾害的发生,采用隔水关键层原理对断层段岩盘突水力学机制进行了理论分析研究。就岩溶隧道断层段岩盘力学破坏机制探讨建立了溶腔位于隧道侧面条件下断层突水力学模型,推导了岩溶隧道断层段岩盘最小安全厚度计算公式,并结合工程实例对岩盘最小安全厚度的确定进行了讨论。对于压性断层,最小安全厚度计算依据以水压0.8 MPa为分界,小于0.8 MPa时应按抗弯强度分析,反之则应按抗剪强度分析,同时不能忽略零水压情况;对于张性断层,最小安全厚度计算需考虑侧方岩体上下部长度,较长部分更易被破坏,等长时下部易被破坏。确定岩盘最小安全厚度,综合考虑岩盘力学性质、溶腔水压及隧道半径等因素,对侧部岩溶隧道断层段设计施工提供了具体参考。     

岩溶隧道突泥机制与防治技术研究

为规避和降低岩溶隧道的突泥风险,采用归纳分析方法总结岩溶与隧道的位置关系,基于力学分析方法揭示岩溶隧道的突泥机制和主要影响因素,并以贵都高速公路九条龙隧道突泥现场实例,对突泥事故原因、处理方案和防治措施展开论述。得出以下结论:1)岩溶与隧道的位置关系可划分为隧道周围存在岩溶、隧道整体穿越岩溶和隧道部分穿越岩溶3种类型;2)从宏观和微观2个方面揭示岩溶隧道的突泥机制,其宏观机制是指岩溶隧道不同的突泥类型,其微观机制是指地下水对地层的小尺度物理力学作用;3)针对岩溶隧道不同工程地质特征,应重视工程勘察和隧道施工作业中的超前预报,采用合理的开挖方法和超前支护措施,规范施工作业流程,预防岩溶隧道突泥事故的发生。     

岩溶隧道突水涌泥致灾机理研究

为防治岩溶隧道突水涌泥给隧道施工造成灾难性后果,以广佛肇高速公路罗仔山隧道为例,研究管道型岩溶隧道突水涌泥致灾机理及预测计算。通过分析发生突水涌泥的灾害特征和机理,建立相关力学模型,以研究隧道突水涌泥的极限状态。研究得出:1)隧洞发生突水涌泥时围岩最小防突厚度的界限条件;2)充填体在充填介质渗透、滑移失稳时的稳定系数K,以此来判断该处是否发生突水涌泥的情况。     

富水断层隧道突水突泥注浆治理关键技术研究

突水突泥是隧道富水断层地段施工常发生的地质灾害,注浆是灾害治理的重要技术方法。注浆工程隐蔽性强,控制浆液在加固区范围内有效扩散是灾害治理的关键。依托永莲隧道断层突水突泥治理实例,提出了注浆治理关键技术体系,包含整体、细部结合,精细化探测地质信息;采用引排泄压、注浆材料复合使用、注浆压力梯度控制和隐伏高压泥水腔体定域注浆等进行控制性注浆;综合应用注浆参数分析、检查孔分析、钻孔雷达探测技术和数值计算,全面地检查评估注浆效果。开挖和监测结果表明,注浆治理关键技术体系实现了隧道断层突水突泥的有效治理,有一定的工程参考借鉴意义。     

综合超前预报方法在岩溶区隧道不良地质体探测中的应用

岩溶区隧道施工过程中易发生涌水突泥等灾害事故,为保证岩溶区隧道的施工安全,降低施工灾害发生的概率,施工前有必要对隧道进行超前预报。依托湖北省保宜高速公路尚家湾隧道,通过地质分析研究了尚家湾隧道的岩溶发育特征,利用 TSP超前预报系统和地质雷达等物探手段对尚家湾隧道的地质缺陷体进行了探测,并结合短距离钻探进行对比分析,探测结果与现场实际揭露情况基本吻合。综合采用 TSP 超前预报系统和地质雷达可较为精确预报岩溶区隧道的不良地质,其预报手段可供类似工程借鉴。     

矿山岩溶巷道突水突泥事故分析及对策

以重庆市黔江区军跃采石场主平硐巷道突水突泥事故调查项目为依托,基于工程地质和水文地质资料分析,对岩溶巷道突水突泥事故的发生机理进行研究,对发生突水、突泥事故的主要原因进行分析,并提出相应的处治措施和规避风险的建议。     

超前水平钻探在岩溶隧道地质预报中的应用研究

如何精准确定岩溶区隧道施工掌子面前方是否存在岩溶破碎带、溶腔、赋存水状态,并据此判断是否可能造成瞬间突水、涌泥及冒顶塌方的灾害,成为岩溶地区山岭隧道施工中亟待解决的关键问题。传统地质预报方法因预报距离短、受主观影响大使得预报准确率偏低。该文以在建岩溶区某隧道突泥涌泥事故为工程依托,采用超前水平钻探技术对里程桩号ZK451+810～ZK873段范围内的围岩地质情况进行预报,详细阐述超前水平钻探地质预报的实施流程,并根据预报结果提出相应的处治措施,保障处治施工时的安全,同时避免了更大规模的突水突泥事故。     

岩溶隧道突水灾害与防治措施探讨

探究岩溶隧道突水灾害发生的主要原因并据此制定防治措施,能够实现对突水灾害的有效预防,对确保岩溶隧道施工的有序进行,具有重要帮助。本文在对岩溶隧道突水灾害的发生机制进行深入分析的基础上,论述了岩溶隧道突水灾害的防治办法,以期为相关人士提供借鉴和参考。     

改进优度评价理论在岩溶隧道中的应用

河(池)-百(色)高速公路上的隧道地处喀斯特地区,可能发生岩溶或突水突泥等事故,所以提供可靠的风险评价具有重要的指导意义。该文对影响岩溶隧道围岩不良地质情况的因素进行分析,基于优度评价理论建立了岩溶隧道围岩不良地质情况的评估模型,采用人工神经网络法对各因素进行权系数分析;为解决不良地质指标难以量化的难题,提出基于TSP法获取的实测数据作为优度评价模型的输入参数。结合河百高速公路拉物隧道进行了案例分析,结果表明:拉物隧道围岩不良地质情况等级为t=3,根据隧道开挖实际结果反馈发现,该评价模型评估准确,具有良好的适用性。     

考虑质量迁移的全风化花岗岩隧道突水突泥试验

为研究全风化花岗岩隧道突水突泥变质量渗流特征及灾害演化机理,自行设计了一套可考虑质量迁移及三向应力状态的大型室内突水突泥试验系统。该试验系统主要由加载系统、渗流系统、泥水回收系统组成,具备模拟地层三向应力状态的特点,且设计的渗流系统能较好地模拟颗粒迁移特性。利用该装置系统开展不同水压力及围压下的突水突泥演化试验。结果表明：①全风化花岗岩隧道突水突泥灾害演化是渗流-侵蚀强耦合过程,岩体颗粒在水力作用下发生侵蚀流失,致使岩体孔隙、渗透率增长,进而再次加快颗粒迁移,促使涌水量不断增长;同时,随颗粒物不断迁移,水流流态可能由线性流向非线性流发生突变,最终诱发突水突泥灾害。即,颗粒迁移是突水突泥演化的内因,水流流态的转换是灾变的关键;②突水突泥灾变风险随水压力增加而增加,特别是当水压力达到0.6 MPa时,颗粒流失量达到总质量的11%,涌水量更达到395.84 mL·min^-1,是低压力（0.4 MPa）条件下的4.3倍,且水流流态也由线性流向非线性流转变,表明存在临界水压力促使灾害发生;③突水突泥灾害演化随围压加大而逐步加快,尤其是对灾害演化的初始阶段,表征围压的增长显著加快灾害的初始演化速率并缩减灾害预防时间,因此在高围压环境下须重点监测初期的渗流侵蚀特性。     

红岩寺隧道工程地质勘察成果总结

拟建的红岩寺隧道是一座特长公路隧道,构造发育,处于灰岩区,且隧道与暗河基本上处于同一高程,故隧道开挖过程中可能出现突水突泥、塌方等工程事故。在勘察工作中充分分析总结了区域地质及现场地质调查资料、岩溶水文地质调查研究资料、钻孔勘探及试验资料、EH4电磁勘探成果资料及地应力测试资料,形成了工程地质勘察报告。该报告为隧道设计提供了必需的参数;对围护方案提出了建议;对可能突水突泥及塌方的段落做出了预测。     

大支坪隧道岩溶水文地质分析

文中结合大支坪隧道勘察阶段的成果及施工阶段的涌水特征,对隧道区岩溶水文地质条件进行了分析和总结:隧道岩溶发育较深,不同岩溶水文地质条件对隧道产生的影响不同.建议对隧道进、出口段和中部,应采取不同的工程措施,才能有效地达到处理和防范目的,以避免施工中的涌水和突水突泥的风险,使隧道施工得以安全顺利进行.     

隧道塌方处理工程技术方案研究

隧道施工过程中经常遇到塌方、变形、岩溶和突水突泥等事故,其中塌方是最为常见和比较典型的一种事故,给隧道施工带来很多困难。以云南省内某在建高速公路在施工过程中出现的塌方事故为例,本文针对隧道塌方处理的施工方法及技术措施,进行了介绍和探究。本次塌方事故处理效果较好,研究成果可为隧道勘察、设计、施工提供技术支撑。     

低水压隧道涌水突泥迸发灾害简明分析法研究

低水压隧道经常发生涌水突泥迸发灾害。本文通过低水压隧道水压与岩强的分析,阐明了其发生该灾害的原因;并对水压岩强比K值进行分区,确定了五级灾害级别;对隧道开挖断面及段落划分了影响区域,并进行了影响程度排序,推算了影响程度排序R值,将排序R值与K值结合,得到灾害发生可能性系数。解答了隧道是否会发生涌水突泥迸发灾害、级别有多大、可能性有多高、如何应对等一系列设计与施工过程遇到的难题。