基于非线性渗流模型的管道型岩溶隧道突水机理研究北大核心CSCD

管道型岩溶突水是一个复杂的多场耦合的非线性渗流问题,致灾具有突发性。为揭示管道型岩溶突水灾害的发生机理,文章基于多物理场耦合作用机理,开展了不同溶腔水压、岩溶管道内不同填充介质、不同岩溶管道宽度及岩溶管道长度条件下的多场耦合分析。得到以下结论:(1)管道型岩溶破坏模式下发生的突水灾害,根据填充介质透水性能的异同而表现不同;(2)流体从富水溶腔中流出时流速较小,流经岩溶管道后流速逐渐增加,进入隧道后达到最大值;(3)影响突水过程的因素主要有:富水溶腔水压、岩溶管道或断层裂隙带内填充介质的种类、岩溶管道的宽度、隧道与水源的距离,其中,岩溶管道宽度及岩溶管道内填充介质类型对突水影响大于其他因素。     

隔挡式背斜构造区隧道涌突水量的BP网络预测

川东隔挡式背斜区具有其特殊的岩溶地质构造,已修建的数十条隧道每每揭露背斜区,均发生较大地下水涌突水灾害,对这种特殊构造下涌突水灾害的研究具有重要现实意义.针对岩溶地下水系统具有强烈的非线性特征,建立合适的BP神经网络,评价某在建公路华蓥山隧道的涌突水灾害危险等级.结果显示,背斜两翼非可溶岩层等级为Ⅰ～Ⅲ级;核部可溶岩地层为Ⅲ～Ⅴ级,且越靠近核部危险性等级越高;西翼涌突水危险性等级高于东翼.评价结果与勘察阶段的研究相互印证.     

岩溶隧道突涌水致灾构造与前兆信息判识技术探讨

隧道突水突泥等地质灾害的发生具有一定的孕灾环境,灾害发生前往往表现出一定的前兆信息。文章基于工程实践、案例调研和理论分析,系统研究了岩溶隧道突涌水灾害源赋存规律,确定了突涌水灾害发生条件(有压含水构造、运移通道和外界干扰)的内在含义,将突涌水灾害划分为:断层破碎带突水、溶腔溶潭突水、富水裂隙突水、可溶岩与非可溶岩接触带突水、地下暗河及岩溶管道突水。通过对突涌水灾害源地质前兆信息和地球物理场前兆信息的研究,建立了突涌水灾害综合前兆信息判识体系,并成功应用于尚家湾隧道,避免了人员伤亡,降低了经济损失。     

宜万铁路隧道工程岩溶及岩溶水分析与应对

宜万铁路是目前国内外已建和在建工程中岩溶及岩溶水最发育、最复杂的工程,结合宜万铁路隧道工程对岩溶及岩溶水进行分类,根据不同类型的岩溶特征,制定相应的应对措施,从而实现岩溶治理标准化管理;同时对岩溶隧道安全施工防范突水突泥高风险进行了研究.治理方案有:针对无水洞穴和管道型岩溶宜采取回填方案,对充填型岩溶采取"注浆加固+大管棚"方案,对大型干溶洞根据不同情况采取板跨方案、钢管群桩方案、桩基+承台方案、路基填筑方案和梁跨方案;针对岩溶水,通过分析岩溶工程及水文特征,针对性地采取引排方案、注浆堵水方案、泄水洞方案、堆积体加固堵水方案和绕避方案.岩溶隧道施工防范突水突泥高风险主要措施包括:建立以超前深孔钻探和风钻加深5 m浅孔钻探为主的超前预测预报体系;保证3 m以上完整岩柱厚度,防止开挖面爆裂突水突泥;进行"降雨量-涌水量-水压力"水文专项设计、风险隧道突水突泥防灾报警系统专项设计、风险隧道施工安全逃生线路专项设计;采用专业注浆队伍进行注浆堵水加固;建立安全管理机制,进行安全等级管理、风险征兆辨识、设置专职安全员负责预警和组织逃生.     

深埋隧洞开挖过程中突水的水力劈裂研究

突水是隧洞工程施工过程中常遇的主要灾害之一。文章简要介绍了采用水力劈裂理论分析隧洞突水的研究进展情况,并从水力劈裂的机理入手,分析认为隧洞突水现象的水力劈裂研究应考虑多物理场耦合作用。在Biot固结理论基础上,引入了损伤的概念,考虑了岩体渗透性的动态演化;试图通过分析掌子面推进过程中隧洞围岩力学条件变化导致的渗透性改变,来判断突水发生的可能性。研究结果表明:围岩的损伤破坏导致其渗透性发生了改变,而渗透性的改变为突水提供了通路,提高了围岩突水的可能性;裂隙带等强透水带的存在是隧洞突水的前提条件,高水力梯度则是隧洞突水的根源。     

隧道施工突水致灾构造及其分类

隧道施工期突水具有普遍性、突发性和灾害严重性等特点,为隧道工程界所广泛关注。文章基于以往隧道施工突水灾害与引发突水灾害的不良地质体之间的关系,总结提出了包括充水(泥水混合充填)岩溶、未胶结富水压性断层强烈挤压破碎带、未胶结富水张性断层、地下向斜蓄水构造、富水顺层错动(节理密集发育岩体)破碎带和充水废弃矿巷等6种可能导致隧道施工突水灾害发生的突水致灾构造;根据突水致灾构造构成、可能的隔水岩土盘类型和工程处理措施适宜性,提出了突水致灾构造分类的三项原则,将突水致灾构造划分成完全充水体构造和裂隙空隙/孔隙含水体构造,并提出了相应工程处理措施。     

多尺度综合探测技术在岩溶隧道突水成因判定中的应用

隧道穿越岩溶富水区时易发生突水事故,给施工安全带来威胁,如何准确、快速地分析突水成因,是治理突水事故的前提和关键。文章结合渝广高速华蓥山隧道突水实例,基于时空多尺度的概念,提出了"多尺度综合探测"岩溶隧道突水成因的判定方法,以时间尺度上突水前后的水文长观数据为依据,进行空间尺度上从点(掌子面)到面(区域)的综合分析。通过该方法,准确查明了突水成因为掌子面前方3.0~7.6 m处层间裂隙导通+180~+420 m标高范围的中深层水平循环岩溶水,且水源补给条件一般,此结论为后期采取开挖后径向注浆的治理措施提供了依据。     

锦屏水电枢纽辅助洞(B洞)高压水处理施工技术

锦屏水电枢纽工程是一项大型的水电工程,它的建设将为国家特别是西部的电力行业做出巨大贡献,该水电枢纽辅助洞工程是水电站前期工程的控制性关键项目。文章介绍了施工中遇到的高压涌突水问题,以及根据不同的地质和涌突水情况确定的不同处理措施,可为今后解决类似的工程问题提供借鉴和参考。     

TRT6000超前地质预报系统在新铜锣山隧道中的运用

超前地质预报是保证隧道施工安全的重要手段.南渝高速公路铜锣山隧道穿越煤层米空区、巨型断层带,地质条件极为复杂,施工中极易发生煤与瓦斯突出、涌突水等地质灾害.隧道施工中引进了TRT6000超前地质预报三维空间反射层析成像技术,通过获取掌子面前方较长距离内的围岩及地下水赋存情况信息,为隧道施工安全提供预警,其预报成果对业主确定实施设计变更提供了科学依据.     

深长隧道突水致灾构造及其突水模式研究

突水灾害是深长隧道施工最严重的地质灾害之一,而突水灾害的发生与隧道施工开挖工作面接近前方存在的含水体或隧道开挖临空面外存在的含水体密切相关。文章在分析了国内外深长隧道突水灾害产生原因的基础之上,系统地提出了深长隧道五种突水致灾构造及其致灾模型,即未胶结的富水压性断层上盘强烈破碎带、未胶结的富水张性断层带、未胶结的富水顺层错动(节理密集发育)破碎带、充水岩溶、地下向斜储水构造含水体及其突水模式,剖析了五种突水致灾构造突水灾害。     

基于圆形薄板力学模型的隧道隔水岩墙弯曲破坏涌水机制分析

隧道施工突水灾害严重威胁着隧道施工的安全。隧道施工掌子面前方存在突水致灾构造时,留足一定厚度的隔水岩盘——最小安全隔水岩盘,对确保突水致灾构造中水不至突出以及加固隔水岩盘和处理突水致灾构造至关重要。文章以沪蓉高速公路垫邻段明月山隧道K5+398处突水事件为例,基于隧道断面形式和隔水岩层为近直立泥岩层实际情况,将掌子面隔水岩墙简化为圆形薄板,以弹性力学薄板理论为基础,通过隔水岩墙受力分析,推导出临界隔水岩墙(盘)厚度——最小安全隔水岩盘厚度计算公式,并计算得出明月山隧道K5+398处突水位置最小安全隔水岩盘厚度。通过数值模拟分析验证,明月山隧道K5+398处掌子面隔水岩墙临界厚度为1.4~1.55 m,与实际涌突水情况总体吻合。     

基于地表沉降的岩溶发育区分析

受岩溶地质复杂性的影响,岩溶隧道施工中常常发生突水灾害,从而往往诱发地表沉降。基于此,文章提出了一种根据岩溶隧道突水诱发的地表沉降分析岩溶发育区的方法,其主要包括:以地表沉降图为基础分析地表沉降特点,在此基础上分析岩溶发育区的地质构造,并结合沉降区附近的地质资料分析岩溶发育区边界;根据沉降中心与河流的关系,分析隧道突水与河流的补给关系。文章依据龙厦铁路象山隧道YDK24+098岩溶突水诱发的地表沉降资料,通过对该隧道岩溶发育区的地质构造、隧道纵向岩溶边界、隧道突水与河流的补给关系的分析,验证了上述分析方法的可行性。     

砂板岩互层隧道掌子面突水灾变发生模型试验研究

为深入研究砂板岩隧道突水灾变机制及规律，以中老铁路新平隧道为工程背景，通过模型试验再现了隔水板岩渐进破坏型突水灾变演化过程，分析了围岩应力-应变特征、渗透压力与流量随隔水层厚度减小的变化规律。结果表明：（1）砂板岩突水灾害经历了渗流、涌突和衰减3个阶段，本质上是在开挖卸荷和应力-渗流耦合作用下，隔水层中薄弱部位裂隙逐步扩展、贯通直至突水通道形成，隔水层稳定性逐渐丧失的渐进过程；（2）围岩的应力-应变曲线及渗透压力和流量的关系均具有明显的前兆特征和阶段性特征，其变化规律反映了灾害的孕育、发展和演化过程；（3）渗透压力和流量变化过程中均存在一个突变点，突变点可作为隔水层阻水能力劣化的特征点，该点所对应的隔水层厚度即为隔水层临界安全厚度。     

一种随机数学方法预测隧道涌突水量研究

涌突水灾害是隧道工程中常见的灾害,准确预测涌水量的大小对于保证隧道施工、降低隧道施工风险具有重要意义.通过实例研究,分别利用理论计算法和层次分析一模糊综合评判方法预测隧道涌水量.与实际发生的涌水量对比,理论计算法操作简单,但预测不够准确.随机数学方法考虑影响隧道涌突水多方面因素,并用权重来控制各因素对隧道涌突水的影响程度,预测结果和实际发生的涌突水能较好地吻合.由此证明了层次分析一模糊综合评判方法的适用性.     

长凼子隧道岩溶突水、突泥特征及控制因素分析

长凼子隧道横穿长江支流大溪河分水岭--齐耀山复式背斜,为非单一碳酸盐岩溶区.区内岩溶及岩溶水受自然地理、地形地貌、地文期、地层岩性、构造地质控制,岩溶发育,岩溶地下水丰富,给隧道施工带来很大危害.文章对长凼子隧道岩溶突水、突泥特征及控制因素进行了分析,其分析结果对类似岩溶隧道的勘察、设计、施工,以及综合超前地质预报具有重要的指导作用和参考价值.     

在圆梁山隧道高压富水区应用的地质超前预报技术

在隧道施工过程中,由于岩溶发育的不确定性,易造成突水、涌泥沙等突发事故,会给施工带来极大危害.为保证施工安全,在圆梁山隧道毛坝向斜高压富水区采用了超前地质预报技术,并确定了相应的施工方案.文章针对本隧道PDK354+256段处的岩溶地质情况,阐述了超前地质预报技术在施工中所起的重要作用.     

大断面岩溶隧道贯通段地质情况的无线电波透视试验探测

大断面岩溶隧道贯通段施工安全风险极大,常常存在突水、突泥、塌方等安全风险。准确探测贯通段地质情况是大断面岩溶隧道安全、高效贯通最重要的技术保障之一,但是传统的反射类地震波、电磁波等物探方法难以满足其探测准确度的要求。基于透视类物探方法的高可靠性和隧道贯通段的空间特征,文章采用无线电波透视法对大断面岩溶隧道贯通段地质情况进行了透视试验探测研究,并提出了一种基于大断面隧道的小点距定点法的无线电波透视探测方法。该方法成功应用于重庆渝北至四川广安高速公路华蓥山隧道建设工程中,取得了良好的应用效果,有效地避免了突水事件发生。     

推覆构造区变质片岩隧道塌方、涌水特征及地质成因分析

隧道塌方、涌水往往发生在地质条件差的地段,有必要从地质角度研究该类灾害发生机制。文章以十房高速(十堰—房县)通省隧道塌方、涌水为例,分析了灾害发生过程,归纳总结了其典型的围岩大变形—塌方—涌水—突泥四阶段特征。在此基础上,结合隧道地质条件分析、隧洞内及地表地质调查、TRT探测等,从工程地质和水文地质角度探讨了隧道塌方、涌水灾害机理,认为主要有四个方面的原因:(1)隧道穿越压性断层破碎带,断层破碎带由含水破碎岩块及粘土构成,直接导致隧道开挖后塌方、涌水、突泥的发生;(2)推覆构造导致围岩呈层状-碎裂结构;(3)片岩中粘土矿物含量较高,遇水易泥化;(4)断层破碎带中含有承压地下水。最后,提出了加强超前地质预报及地质分析等风险规避建议,研究结果可为同类工程提供借鉴。     

基于马尔科夫随机场的隧道岩溶发育规律分析

岩溶发育规律是岩溶地质灾害最基本的问题,地质分析和地球物理勘探是其常用的方法。为综合考虑物探数据中岩土体物性参数重叠问题,文章从地质学角度出发,利用地层的马尔科夫性质和贝叶斯框架下的最大后验概率进行反演岩相识别。文章以南宁轨道交通2号线石子塘车站岩溶发育区域为例,根据岩溶发育条件和实际钻孔资料对溶洞、溶蚀裂隙等进行解译和验证,结果发现:受地下水水平循环带和断裂构造影响,溶洞以及岩溶裂隙空间展布大致呈现水平方向;溶蚀现象主要发育在泥灰岩中,距离车站底板10 m以外范围,但溶洞尺寸大且连通性好,需要在施工过程中加以重视。     

侧部高压富水溶腔与隧道间岩柱安全厚度的研究

岩溶区隧道周围不可避免地存在一些中小规模的隐伏溶洞,由于隧道的开挖、卸荷改变了隧道与溶洞间岩柱的应力状态,溶洞中的高压岩溶水进一步恶化了其稳定性,造成隧道突水、突泥等岩溶灾害的发生,带来了重大安全危害和经济损失.成为岩溶地区隧道施工中亟待解决的重要问题.除施工扰动、高水压作用外,隧道与溶洞间岩柱厚度不足是引起这一工程问题的主要因素,建立隧道与溶洞间岩柱安全厚度预测模型具有重要的理论意义和重大的工程实用价值.针对常见的中、小尺度的侧部高压富水溶腔,综合考虑安全厚度的影响因素,以隧道周围的塑性区和溶洞周围的高渗透带的贯通与否作为中间岩柱稳定的判断标准,建立了中间岩柱安全厚度力学预测模型,在此基础上分析了各因素对最小安全厚度的影响规律.以忠垫高速公路岩溶隧道为例,利用最小安全厚度预测公式判断中间岩柱的稳定性,其结果同基于现场量测判断的结果一致,从而说明上述方法具有一定的可行性.