复杂隧道施工的地质技术工作

隧道穿越断层破碎带、岩溶和暗河等不良地质构造,存在突水、突泥等地质自然灾害,施工过程中采用超前地质预报物探技术、监控测试技术、超前水平钻探技术等,查清隧道隐伏的重大地质问题,根据掌握的地质资料,及时改进施工方法,以保证隧道施工安全。     

中兴特长隧道设计

中兴隧道位于渝沙高速公路彭武段，左洞长6105．42m,右洞长6082m，是本线最长的隧道之。隧道穿过岩溶、岩溶水发育地段、断层破碎带、岩爆及地应力、煤系地层等不良地质地段，设计难度大。本文主要介绍该隧道的平纵面选择，主体结构设计，营运通风设计等。     

羊角脑隧道施工时的岩溶灾害及处治

通过发生在羊角脑隧道施工过程中的地表塌陷及岩溶突水事故,通过微分电测、探地雷达探测与钻探等手段,详细研究了事故发生地段的工程地质情况,分析了该隧道岩溶的发育、赋存、出露以及规模等特征,提出地形地貌、岩溶溶蚀、上覆土压力以及地下水下降等是造成地表塌陷及岩溶突水发生的主要因素.并根据实际情况,建议结合超前地质预报,采用注浆处理、改进掘进措施并控制爆破作业工法等治理措施,对羊角脑隧道岩溶地质灾害进行了处治.     

川陕界—达州高速公路金竹山隧道工程地质分析

万源(陕川界)至达州(徐家坝)高速公路金竹山隧道,隧址区位于两大构造体系的复合部位,地质构造复杂,工程地质条件同样相当复杂,涉及岩溶及岩溶突水、煤层与瓦斯、断层破碎等主要工程地质问题,通过总结该隧道勘察过程中的经验与不足,对今后在此类复杂地质条件下的长大隧道工程地质的勘察工作具有借鉴作用,对设计提供真实、可靠的地质依据。     

西南山区某高速公路特长隧道岩溶水文地质分析

随着我国高等级公路的快速发展,隧道穿越岩溶区难以避免,尤其是岩溶发育强烈且复杂的地区,公路隧道的岩溶病害将更加突出。深入认识隧址区岩溶发育规律,有效规避岩溶工程地质问题就显得十分重要。以云南晋宁-红塔高速公路的光山4号特长隧道为例,通过大量调查、物探、钻探、水文试验、分析论证,基本查明了隧址区域岩溶发育的主要特征和岩溶水补给、径流、排泄等规律,分析了隧道开挖与地下暗河的相互影响关系,探讨了路线如何有效避让或减轻大型岩溶洼地、溶洞和槽谷等发育地段工程地质问题。综合工程勘察与研究结果确定,设计隧道主体处于岩溶水的水平径流区,平面上大角度与九龙池暗河相交,并高于暗河100m以上,与暗河间没有直接影响,隧道施工出现涌突水风险小。九龙池泉水的出流量主要受降雨量控制,开挖对出流量影响有限且施工污染泉水风险小。因此,根据岩溶水文地质勘测研究结果设计的公路隧道路线方案合理可行。本文成果对岩溶区公路隧道工程选线与建设具有借鉴意义。     

湖北三峡鸡公岭隧道顺利贯通

日前,湖北三峡翻坝高速公路最长隧道——鸡公岭隧道提前实现双幅顺利贯通。鸡公岭隧道为分离式隧道,右幅长4540m,左幅长4505m;隧道底部设计标高约306m到249m,最大埋深约338.5m,属深埋特长隧道。隧道穿过处地下水丰富,岩溶十分发育,施工中极易发生突水、突泥、塌方等地质灾害,安全风险极高,对全线能否如期通车具有控制作用,是三峡翻坝高速公路的控制性工程之一。结合工程施工需要,项目组成立了风险评估小组,对鸡公岭隧道施工进行跟踪风险评诂与控制,提出了施工许可机制,详细研究了鸡公岭隧道区岩溶发育规律,并利用自主研发的超前地质预报设备准确预报了多处突涌水情况,为隧道安全施工提     

某隧道区域地下水系统分析及涌水量预测

在碳酸盐岩广泛分布的西南地区,穿越碳酸盐岩地层的隧道,大多数都曾遭遇不同程度的岩溶突水、突泥灾害。在资料搜集与整理的基础上,通过水文地质分析方法,重点研究了某隧道水文地质条件,包括地层含水岩组的划分、岩溶水的补、径、排条件及岩溶发育规律,并划分成了两个一级地下水系统;预测了隧道在断层F5处的涌水量,施工时应备有涌水应急预案。     

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。     

盘岭隧道突水和突泥事故地质成因分析及处治措施

长大山岭隧道施工过程中不可避免地要通过断层破碎带等不良地质,在断层带地下水发育、导水性较好、补给充分的情况下,极易发生突泥涌水等地质灾害,严重影响施工安全。针对三黎高速公路盘岭隧道工程发生的突水、突泥类破坏模式进行分析,探索未胶结的富水压性断层突水、突泥的特征、模式及地质成因。并对该隧道提出了反向施工、全断面帷幕注浆的施工顺序及方法,有效地控制了隧道施工造成的地下水流失,达到了预期处治效果,保证了施工安全。     

藏东南某隧址区高原型岩溶发育特征及工程影响

在青藏高原特殊的地质构造背景下,区内岩溶发育具有其独特性。为探究高原型岩溶的发育特征,探索高原型岩溶的调查分析方法,为高原岩溶区隧道工程选线提供参考,以藏东南怒江峡谷区某隧道工程为依托,通过调查确认区内现存各级夷平面的地形、地貌、结构特征,参考其对应的古气候特点,分析该区高原型岩溶的阶段性发育特征;利用地表岩溶现象调查数据、航空电磁物理勘探及深孔钻探成果,进一步分析区内岩溶的垂直分带规律,验证基于夷平面演化分析高原型岩溶发育程度的可行性;统计隧址区出水点的分布高程,采用其流量、同位素测试结果,结合岩溶发育规律分析岩溶水的补径排特征,划分岩溶地下水的垂直分带;在此基础上,分析岩溶区隧道工程潜在风险,提出隧道选线及工程设置建议,以降低隧道工程施工中的岩溶塌陷与强烈突涌水风险。     

强降雨作用下岩溶区公路隧道衬砌破损机制分析

为揭示岩溶条件下公路隧道雨后结构病害演化过程,依托京港澳高速大宝山隧道水害案例,通过地质勘察、地表调查与雨后水连通试验,探明水害段地质信息与水力连通特性;基于“无人机航飞+三维地质建模”联合技术,构建考虑地形地貌、隧道结构与地质信息的精细化三维仿真模型,探究强降雨后地层水位骤升时结构受力与变形响应规律。研究结果表明： 1）地层岩溶发育为雨水向下径流提供了良好的水力通道,由此引发的强降雨后地层水位抬升与结构水压骤增是导致结构压溃的直接原因; 2）地形影响下左右线隧道初始应力状态已具有差异性,随着地下水位抬升,结构外水压与内力的不对称式增长使得隧道应力差异性愈发明显; 3）至水位上升60 m时,压应力超限、安全系数过低的结构风险出现于左线高山侧边墙、拱脚处,且与现场病害特征、病害位置吻合良好,验证了模拟方法的可行性与有效性。     

京珠高速公路洋碰隧道水害原因分析及安全性评价

针对降雨引发的岩溶地区隧道水害影响隧道运营安全问题,以京珠高速公路洋碰隧道为例,通过地质勘探与水连通试验,探明隧址区不良地质情况与水连通特性,采用数值仿真方法探究雨后高水压下隧道结构应力场、渗流场的特征规律,并结合病害情况提出整治措施。研究结果表明: 1)地表强降雨、地层岩溶发育、灌入式雨水下渗通道是此次水害的主要原因,而这些原因综合导致的隧道外水压力过高是病害发生的直接原因; 2)由于排水能力相对不足,地层高水头下隧道结构(尤其是隧底和拱顶)仍承受较高水压力,大幅削弱了衬砌结构安全性,易引发边墙、隧底的裂损问题; 3)采取“增设泄水廊道+地表封堵及引流+增设边墙泄水孔”的整治措施后,整治效果良好。     

大相岭隧道涌水预测数值模拟分析

隧道作为地下建筑物,修建过程中不可避免地穿越不同水文地质体。涌水是隧道施工中常见的地质灾害,同时也是其它很多地质灾害的主要诱因之一,如突水、突泥、翻浆冒泥等等,对隧道工程的涌水量预测具有重要的实际意义。以雅安至泸沽高速公路大相岭泥巴山隧道为研究对象,以地质及水文地质分析原理为基础,建立数值模拟模型,对隧道涌水特征和涌水量进行预测。分析结果:隧道整体涌水量为41 366 m3/d,在主要断层处最大涌水量可达3 100 m3/d,在断层段施工,要提前采取措施严加防范,保证安全。     

顶部溶洞水压对隧道突涌水灾害影响的数值分析

岩溶地区地质条件复杂,在隧道修建中存在溶洞突涌水安全隐患,而顶部溶洞带来的灾害性更加明显,溶洞水压是其重要影响因素。针对隧道顶部溶洞,建立数值模型,将溶洞水压作为工况因素,分析围岩中的孔隙水压力变化规律,揭示隧道开挖过程中突涌水通道的分布情况。基于数值模型中单元孔隙水压力突变最大值判断方法,溶洞与掌子面围岩达到塑性状态后,监测两者之间的单元孔隙水压力随开挖步变化速率,找出每一行单元中的最大值,从而确定不同溶洞水压下的突水通道及安全厚度。研究表明,随着顶部溶洞水压增大,突水通道距离溶洞底部由近及远,而安全厚度也随之增大。     

重庆仰头山隧道区岩溶水系统划分与系统特征研究

为了查明黔恩高速公路仰头山隧道隧址区岩溶水发育特征，在分析工程地质环境的基础上，将仰头山隧道岩溶水系统进行划分，并对各系统的含、隔水介质、水文地质结构、岩溶发育情况及排泄量等进行了研究，揭示了各岩溶水系统与隧道的关系及对隧道施工的影响。     

铁路隧道疑难工程地质问题分析——以30多座典型隧道工程为例

以30多座在施工中发生与地质因素有关的工程事件为例,归纳为15类疑难工程地质问题： 高压富水岩溶、软弱围岩大变形、太古界硬质变质岩大变形、侵入岩脉蚀变风化破碎岩体塌方和突泥、富水逆掩断层破碎带大规模突泥、层状地层大规模顺层塌方、中更新统老黄土崩塌、新第三系地层突泥涌砂、泥岩页岩可燃气体燃烧和爆炸、白云岩剪涨裂缝突砂涌砂、岩溶地面沉降、含石膏地层围岩变形、断层破碎带与软岩层面组合围岩变形、新第三系粉质黏土岩（土）垂直节理坍塌变形及石英砂岩断层破碎带突水涌砂。分析各类疑难工程地质问题发生的原因,总结其工程地质特征。针对高压富水岩溶的分类、断层破碎带突水涌砂和大变形问题、高压地下水的防治、高位选线、大变形及大变形分级标准、挤压大变形和卸荷大变形、隧道顺层偏压构造的危害、5种围岩变形失稳类型的特征对比、隧道围岩压力现场实测、岩溶地面塌陷、Q2老黄土和N2黏土层垂直节理渗水崩塌、N2弱胶结地层“流变”、石膏地层隧道衬砌开裂以及非煤系地层的可燃气等14类问题进行讨论,并从依法合规性、地质不确定性、专项地质工作、工程劣质岩、修订围岩分级和纳入规范等方面提出6条建议。     

岩溶隧道瞬变电磁三维超前探测技术研究

针对岩溶发育地区隧道开挖时现有地质预报技术对岩溶突水较难做出准确预测的问题,设计出大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测技术。依据岩溶发育特点,采用数值模拟方法对隧道掌子面前方25 m和50 m处不同体积富水溶洞进行模拟,研究掌子面前方不同距离和规模的低阻异常体瞬变电磁响应特征。基于数值模拟结果,在张吉怀铁路古丈隧道岩溶发育段进行探测验证,结果表明： 1）溶洞模型在二维视电阻率等值线断面图上25 m和50 m处形成闭合、视电阻值小于60 Ω·m的低阻区,低阻区与设计的模拟体的位置和范围一致; 2）大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测三维显示结果与现场实际揭露情况基本吻合,采用该技术能够准确预报掌子面前方17~30 m、隧道两侧20 m到隧道中轴线的充泥含水溶洞。     

某隧洞工程TBM不良地质处置探究

为解决某隧洞工程面临的断层破碎带、软弱围岩大变形、塌方、大坡度、涌水突泥、岩爆、高地热等不良地质问题,设计具有电液混合脱困、刀盘扩挖、护盾延长、超前钻机、应急排水、空气冷却装置等功能的敞开式TBM,并在实际应用中增加螺旋清渣机、钢拱架顶升等功能,与拦水坝、超前注浆、管棚支护等施工手段相结合,有效度过最大涌水量达772.57 m3/h的涌水段、232 m的岩爆段、445 m的蚀变段、塌方段、60 m的涌泥涌沙段,最后根据实际应用效果,指出针对性设计存在的不足和需要改进的地方。     

齐岳山隧道岩溶发育特征与溶洞处治技术研究

为解决复杂岩溶隧道溶洞处治难题,以利万高速公路谋道连接线工程齐岳山隧道为依托,调研隧道施工过程中揭露的26处溶洞,分析溶洞的发育规模、充填特性、含水特性、发育位置与地质成因,采用数值模拟的方法研究特大型溶洞对隧道围岩变形的影响规律,通过案例分析探讨隧道不同位置溶洞处治技术。结果表明： 1）隧道揭露中型溶洞最多,大型溶洞次之,小型和特大型溶洞最少,揭露溶洞多为无充填或部分充填的干溶洞,发育位置主要集中于掌子面; 2）隧址区气候和水文地质条件利于岩溶发育,但由于隧道高程较高,地下水位接近或低于隧道设计标高,未揭露含水溶洞; 3）溶洞与隧道交接部位隧道围岩位移量最大,需加强支护; 4）形成隧道不同位置、不同规模溶洞的处治技术与原则并应用到工程实际中,后期运营结果证明溶洞处治效果良好。 溶洞处治应建立规范化超前探测、标准化处治流程、模块化处治技术及针对性处治方案。     

云桂线富宁隧道围岩分级变更分析

为提高隧道勘察围岩分级的准确性,减小施工阶段围岩变更率,对云桂线富宁隧道围岩分级变更进行分析,主要结论与建议如下： 1）造成该隧道围岩分级变更的主要原因是物探解译不准、岩溶发育、岩体层间挤压破碎和地下水发育,其中物探解译不准的原因有异常段飘移、断层破碎带解译过宽及解译错误等; 2）岩溶发育造成的变更量也较大,应重视可溶岩段围岩分级的确定,避免出现长段高围岩分级; 3）因岩体层间挤压破碎及地下水发育造成的围岩变更率一般较小,需在施工阶段结合超前地质预报进行变更; 4）地质条件复杂的长大深埋隧道采用可控源音频大地电磁法是适宜的,但应解决物探解译过程中存在的问题,布置钻孔对物探异常区进行验证,提高解译精度; 5）目前采用的综合勘察手段仍是确定铁路隧道围岩分级的主要方法,施工中应重视超前地质预报及施工地质工作。