长大深埋隧道工程地质综合勘察技术应用研究

研究目的:高速铁路、客运专线等长大干线经过的地域广、地形地质条件十分复杂,勘察中仅采用地质调绘、钻探等勘察手段,难以在短时间内查清山区铁路一系列长大、深埋隧道的工程地质、水文地质条件,为线路方案比选、工程设计等提供详细的工程地质资料。通过采用综合勘察技术可解决上述问题。研究结论:实践证明,山区铁路长大、深埋隧道采用综合勘察技术,以遥感结果为指导,大面积地质调绘、水文地质调查等为基础,利用综合物探解译成果、结合必要的地质钻探、综合测试,并通过综合分析、研究,可以缩短工期、减少勘探量,取得显著的技术、经济和社会效益。     

艰险山区铁路“天空地井”综合勘察技术

研究目的:西部艰险山区受地形、气候及复杂地质情况的影响,制约了铁路勘察精度,以往的研究仅仅是天空地技术的简单组合,对于方法的综合应用论述不够,本研究基于西部山区铁路勘察的关键问题与实际需求,提出融合地质体时空演化过程识别的四维勘察体系,旨在为西部山区铁路勘察领域的科学研究和勘察工作提供参考。研究结论:(1)构建了一套“天空地井”的四维勘察体系,将传统的现状勘察提升为地质体灾变演化勘察;(2)详细阐述了不同地质问题下“天空地井”技术组合原则;(3)采用“天空地井”融合勘察技术将大大提高西部山区岩性、构造、地质灾害、深部地质特征的勘察精度,该技术可广泛应用于复杂艰险山区铁路勘察中。     

复杂山区铁路“空天地内信”勘察技术研究

研究目的:伴随我国西部大开发、"一带一路"、"高铁走出去"等重大工程战略的深入推进,我国西南部以及跨境长大区域复杂山区环境下的各类轨道交通项目越来越多。为应对复杂山区铁路工程勘察技术挑战,获取更加详细的勘察信息和资料成果,提高山区铁路勘察工作效率和精度,构建"空天地内信"综合勘察技术体系,并研究不同勘察手段的适用条件、优缺点,为同类工程建设提供技术支持。研究结论:(1)提出了"空天地内信"一体化综合勘察技术体系,构建了更加系统的复杂山区勘察解决方案:"空""天""地""内""信"不同勘察方法的技术要点和适用条件各有侧重;(2)提出了"空天地内信"一体化综合勘察工作流程,满足山区铁路勘察需求;(3)结合铁路工程不同类型工点的勘察要求,提出有针对性的勘察方法;(4)"空天地内信"一体化综合勘察方法,可广泛应用于艰险复杂山区铁路勘察,并可拓展至公路、民建等工程项目中。     

音频大地电磁测深法在大金山隧道勘探中的应用

隧道的勘探技术研究,一直是我国铁路隧道勘探研究的热点和难点,传统钻探及调绘等手段在隧道勘探中有较大的局限性,采用新方法技术是提高隧道勘察水平的重要手段之一。结合玉(溪)磨(憨)线特长隧道—大金山隧道音频大地电磁测深工作,阐述了音频大地电磁测深的方法原理、资料采集、地形校正等内容。以音频大地电磁法为主、结合钻探及地质调绘等手段,宏观上查明隧道的地质条件,为深孔钻探孔位布置和隧道设计提供了详实的基础资料。     

向莆铁路长大隧道群地温预测和测试分析

研究目的:向莆铁路戴云山脉越岭隧道群中4座长大深埋隧道在施工期间均出现高地温灾害,本文欲寻找一种深埋隧道洞身原始地温的测试方法,通过深埋隧道洞身的实测地温与勘察期间采用综合测井预测的地温进行对比、分析,验证长大深埋隧道高地温危害预测的准确性。研究结论:通过研究,得出以下结论:(1)通过在深埋洞室内钻水平深孔、埋设测温探头和注浆封堵,并通过长期观测和数据分析,才能获得真正的原始地温数据;(2)勘察期间预测的最高地温和高地温范围与施工期间的实测值相比偏小;(3)在预可、工可阶段,福建地区深埋洞室可按地温梯度3~4℃/100 m预测,初设、施工图阶段,宜在综合测井的地温梯度基础上提高1.5~2.0℃/100 m;(4)本研究成果可供华东地区其他铁路、公路等深埋洞室工程借鉴和参考,进而提高勘察期间地温预测的精度。     

戴云山隧道涌水量的预测和验证分析

研究目的:戴云山隧道是向莆铁路特长高风险隧道之一,正确预测隧道的涌水量对设计和施工至关重要,本文通过隧道施工期间实测涌水量与勘察期间采用多种方法估算的涌水量进行对比、分析,寻找一种以陡倾角构造裂隙水为主的块状硬质岩体长大深埋隧道的涌水量预测方法。研究结论:(1)戴云山隧道采用的地下水动力学法中的陡倾斜含水层潜水非完整井涌水量公式预测的正常涌水量与施工期间的正常涌水量吻合较好,预测精度为98.6%,洞内各出水点的最大涌水量之和与预测的最大涌水量比值为1.61;(2)实测最大涌水量偏大的原因是初期发生最大涌水时的水源主要来自裂隙、孔隙等的静态水;(3)涌水点的实际分布位置与勘察报告的预测差异较大,今后应重视压扭性断裂附近的次级断层、羽状张性裂隙形成的高压裂隙水;(4)本研究成果可供铁路、公路、水电等行业以陡倾角构造裂隙水为主的块状硬质岩体长大深埋隧道工程勘察借鉴或参考。     

沪昆客专何家地隧道出口煤矿采空区沉降分析

研究目的:沪昆铁路客运专线何家地隧道出口D1K976+780～D1K977+208段在施工过程出现二衬变形开裂病害,地表产生长大贯通裂缝,严重影响隧道正常施工及开通运营。本文通过地质调查、煤矿资料收集、下井实测、物探、钻探、变形监测等综合勘察手段,对引起病害的煤矿采空区进行综合勘察,从而为何家地隧道病害整治提供可靠依据。研究结论:(1)通过综合勘察查明了引起隧道病害的煤矿采空区位于隧道左侧,最近距左中线约32 m,路基面以下183～225 m;(2)综合分析确定了煤矿采空区移动参数、变形参数及垂直分带;(3)基于变形监测成果,分析煤矿采空区从初始期、活跃期到衰退期的沉降特征,评价采空区沉降对铁路隧道的影响;(4)本研究成果可为类似煤矿采空区工程地质勘察及分析采空区沉降规律提供参考。     

综合勘察与超前地质预报技术在兰渝铁路长寿山隧道中的应用研究

长寿山隧道为特长隧道,其工程规模大,埋深大,需勘察范围广,地形地质条件十分复杂,为了详细查清隧道的工程地质与水文地质条件,并及时对地质勘察资料进行补充和完善,指导并保证隧道施工的安全顺利进行,通过在勘察阶段采用遥感、大面积地质调绘、物探、钻探、综合试验、测试相结合的地质综合勘察技术,在施工阶段,采用地质编录、TSP、地质雷达、红外探测、超前水平钻探等相结合的综合地质超前预报技术,提高勘察效率及质量,补充地质资料、指导及保证安全施工,取得很好的效果。实践证明,山区长大、深埋、地形地质复杂隧道,在勘察及施工阶段分别采用综合勘察与地质超前预报技术,其方法是必要、合理、恰当的。     

地热勘察中地温测试关键技术分析

研究目的:拉日铁路在雅鲁藏布江峡谷区色麦至仁布段,近垂直地通过那曲—羊八井—尼木水热活动带,在铁路隧道的地热勘察中,采用钻孔内地温测试的方法对地温场进行评价,并对其地温测试关键技术进行总结和研究。研究结论:(1)拉日铁路地温测试的关键技术主要包括:地温测试元件选择、钻孔及孔内结构、测试时间以及数据处理;(2)地温元件选择热敏电阻,其精度高,操作简单,反复利用性强;(3)钻孔施工要注意孔斜控制,孔内要安装测温管以便地温测绳反复利用,地温测试时间在终孔后30 d为宜;(4)地温测试数据的处理主要包括:确定恒温带深度、大地热流值、隧道洞身温度推算等;(5)本文的研究成果可以为同类地区地热地温测试工作提供依据和借鉴,对地热勘察工作及地热研究有一定的参考意义。     

大地电磁技术在太行山隧道勘察中的应用

全长27．87km的太行山隧道，最大埋深为450m，为国内目前最长的铁路山岭隧道。隧道区内存在大量特殊地质问题。介绍了可控源音频大地电磁（CSAMT）、高频大地电磁（HMT）技术方法的原理，以及在解决太行山隧道洞身附近的地层、地下水、构造及岩溶发育等地质问题方面的应用。通过深孔钻探，对发现的构造、地下水等异常进行了验证。总结出了各种不同地质问题所反映的大地电磁异常特征，为长大深埋隧道的勘察提供了一种有效的勘察手段。     

地震波CT技术在高铁岩溶勘察中的应用

在岩溶发育区域进行高铁地质勘察工作时,为了解决传统的钻探勘察方法周期长、成本投入高等问题,基于跨孔地震波CT成果和钻探成果进行综合分析,得出了可靠的勘察资料。研究表明,(1)将地震波CT技术应用于沪昆高速铁路桥梁工程的桩基勘察中,岩溶结果符合率达到75%以上;(2)采用该方法可以快速揭示岩溶发育区域的地层情况,弥补了钻探勘察周期过长的不足;(3)综合分析地震波CT和钻探勘察成果,认为该墩台处存在较大的古岩溶槽;(4)受被探测岩土体空间赋存条件的限制,后期需要结合钻探成果进行二次或多次复解,以提高解译成果的可靠性。     

高压气体及弱成岩地层山区铁路综合选线

研究目的:近年来,我国在西部铁路建设过程中的复杂地质问题逐渐显现,西部地区广泛分布的三叠系板岩、新近系砂岩地层极大地增加了隧道建设难度。本文依托新建西宁至成都铁路穿越拉脊山隧道工程,针对高压气体、弱成岩地层等复杂地形地质条件和山区铁路施工运营特点,对复杂地层中长隧道选线及工程问题开展研究。通过对拉脊山地质特征及设置长大隧道工程适应性分析,提出艰险山区铁路选线原则和方法。研究结论:(1)结合工程地质条件和类似工程经验,确定线路方案选择原则,从施工难度与风险、辅助坑道设置、隧道设置和工程投资等方面对比分析了不同方案适应性,结果表明绕避高压气体、最短通过弱成岩地层设隧方案最优;(2)结合工程建设难点,对隧道修建、施工方案、高压气体以及弱成岩地层隧道结构设计等关键问题分别研究,并给出了对应工程措施;(3)本文结论可为后续类似工程建设提供参考。     

铁路煤矿采空区综合物探技术研究

研究目的:结合我院近年来对采空区的勘察经验,对采空区综合物探方法进行系统的讨论和总结,提出铁路采空区综合物探工作模式,以有效指导今后的采空区勘察工作,优选适宜的综合物探技术,发挥其高效、经济等技术优势,提高地质勘查精度,为高风险采空地区铁路设计和施工安全提供重要支撑。研究结论:(1)工程物探现已成为解决采空区铁路工程地质问题的首选技术,在调查基础上,对疑似采空区路段物探工作,可用物探结果指导钻探布置;(2)通过研究总结,提出了综合考虑地形、采空区埋深及物探方法适宜性等条件下的采空区勘察综合物探模式;(3)勘察中优选适宜的综合物探技术,清晰揭示了采空区的不良地质体;(4)本研究成果可为采空区铁路、公路、工民建勘察设计提供借鉴。     

阳安铁路增建第二线山区地质选线

近年来随着我国山区铁路的大量修建,山区铁路地质选线的重要性日益凸显。阳安铁路是典型的山区铁路增建第二线项目,该项目进行地质选线对于降低后期勘察设计难度、减少投资、降低后期维护费用等方面起决定性作用。针对既有河谷线地段,增建第二线线路穿越区域性大断裂等工程地质问题,采取何种地质选线的技术原则进行研究。研究结论:(1)本次地质选线过程中,综合采用遥感解译、地质调绘、钻探、试验等勘探方法,查清沿线的工程地质条件;(2)对线位比选起决定性作用的工程地质条件主要是断层、滑坡等不良地质,线路通过断层应以大角度、简单工程通过,其余不良地质应以绕避为主;(3)在充分总结汲取山区铁路综合选线技术经验的基础上,提出地质选线、定线原则;(4)通过对阳平关至响水、西乡至石泉、石泉至池河三段线路方案的比选,得出推荐方案。     

煤层采空区铁路工程地质综合勘察技术研究

研究目的:在高速铁路、客运专线和铁路路网配套建设中,线路经过地段往往难以绕避一些时间久远、分布无规律且地面痕迹不明显的小煤窑等古老采空区。此类采空区对铁路建筑物的危害极大,如何准确地查明其空间位置、塌落、回填和充水情况、残留的有害气体成分和分布情况等,一直是困扰铁路工程地质勘察的一大难题。本文以赣龙复线铁路小密隧道出口段为工程实例,采用综合勘察技术查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数,为采空区加固处理设计提供可靠依据。研究结论:(1)采用地质调绘、综合物探、结合必要的地质钻探、综合测试,并通过综合分析、研究等综合勘察技术可准确查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数;(2)小密隧道施工已近四年,经施工验证,采空区地质勘察成果与实际地质条件相当吻合;(3)提出了铁路工程采空区综合勘察存在的问题和相关建议;(4)本研究结论可为类似采空区工程地质勘察提供一定的指导和参考。     

中浅埋隧道综合物探勘察模式研究

研究目的:国民经济的迅猛发展对铁路的运能及运行速度提出更高要求,铁路等级的不断提升造成线路桥隧比的增加,隧道尤其中浅埋隧道的勘察成为铁路勘察中的重点。浅地表物探勘察方法较多,不同地质要求及勘察条件所采用的方法多样、效果不一,亟待综合考虑工期、地表条件、噪声干扰情况、地质目的及精度要求并兼顾工程造价等开展中浅埋隧道综合物探勘察模式的研究。研究结论:(1) 0～50 m埋深隧道以地震折射波法、地震层析法沿隧道平面线位贯通勘察,直流电测深法补充、核查;(2) 50～100 m埋深隧道以直流电测深法(高密度电法、直流激电法)或瞬变电磁法沿隧道贯通,地震折射波法补充、核查,复杂地段开展孔内综合测井;(3) 100～200 m埋深隧道以高频(音频)大地电磁法沿隧道贯通,在隧道进出口及垭口地段布置地震折射波法,复杂地质段结合钻孔开展孔内综合测井;(4)中浅埋隧道勘察受地表地质条件影响较大,野外施测必须密切结合现场实际,选择适宜的物探方法,建立合理、规范的中浅埋隧道综合物探勘察模式;(5)本研究结论适用于地质勘探领域,中浅埋隧道物探勘察。     

综合勘察方法在麻粒岩地区长大隧道工程勘察中的应用

大尖山隧道是新建呼和浩特至张家口快速铁路的控制性工程。该隧道长度大,地质情况较为复杂。为了查明大尖山隧道的地质情况,采用了航片判释、野外工程地质和水文地质调查、物探、浅孔钻探、深孔钻探、水文地质试验、综合测井等多种勘察手段,综合多方法得到的信息,查明了隧道区地层岩性、构造的分布及特征,为选线、工程设计及施工提供了较为准确的地质资料。     

中欧铁路隧道标准差异性研究与制修订建议

为进一步推动中国铁路“走出去”,吸纳欧洲铁路标准先进经验，适时将我国标准总结上升为国际标准，对比分析了中欧铁路隧道标准差异性。在整体上，我国铁路隧道已形成从勘察、设计、施工、验收到运维阶段的系统规范体系，而欧盟标准对隧道设计的侧重点在安全性、通用性设计，且相关的规范条文多为开放性、原则性内容，定量指标较少。研究结论：(1)进一步推动我国铁路隧道设计方法向极限状态法转化；在提升我国列车制造水平的基础上，优化我国的隧道限界、轮廓及断面布置；(2)根据我国铁路隧道建设经验，将复杂地质围岩分级方法、结构设计措施、施工方法(钻爆法)等提升为国际标准；结合超长大规模隧道群等重大项目，开展现场实测分析，形成强有力的科研成果支撑，适时推动我国防灾疏散救援相关标准被采纳形成国际标准。     

张吉怀铁路土峪隧道危岩落石特征及防护措施研究

山区铁路隧道进出口常面临危岩落石的威胁，依托张吉怀铁路开展高陡边坡危岩落石勘察及防护措施研究。土峪隧道进出口山体陡峭，竖向节理发育，岩体破碎，分布大量危岩落石，对铁路施工及运营构成巨大威胁。通过遥感解译、三维激光扫描、现场调查等“空-天-地”综合勘察手段，查清了土峪隧道进出口的危岩落石分布范围和特征；采用落石模拟软件Rockfall对洞口落石的运动轨迹进行模拟，分析落石的影响范围、冲击速度、弹跳高度和冲击能量，结合土峪隧道进出口地形、地质条件，提出“清除锚固+棚洞/明洞+主被动网”的综合防护措施；最后，总结形成了山区铁路隧道口硬质岩陡峭边坡危岩落石的勘察方法和加固防护设计原则。     

太行山特长隧道综合勘察技术的应用与效果

研究目的:太行山隧道地形地质条件极为复杂,通过采用综合勘察技术以查明隧道的工程地质和水文地质条件。研究方法:针对隧道复杂的地质条件与设计要求,阐述各种勘察方法的使用原则、工作内容、工作程序和应用效果。研究结果:综合勘察结果表明,太行山隧道岩溶、地下水不发育,不会发生大的突水突泥、岩爆、有害气体等地质灾害;全隧道除长约4.5 km的膏溶角砾岩和部分断裂破碎带工程地质性质较差外,整体上工程地质条件较好。目前隧道施工进展顺利,综合勘察技术的应用取得了显著的技术、社会和经济效益。研究结论:对于地形地质条件复杂的长大隧道,以地质调绘为基础,发挥遥感的宏观作用,利用物探解译、钻探验证,开展综合勘察技术研究和分析评价是做好隧道地质勘察工作的关键。