铁路工程地热勘察关键技术研究

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。地热对于铁路工程,特别是对隧道工程有很大影响。结合拉日铁路地热勘察工作实际,对地热勘察技术进行总结和研究。在铁路工程地热勘察中,应首先针对地热发育特点制定详细的勘察大纲;其次在勘察过程中针对热储的特征开展地质调查工作,勘探方法主要以钻探和物探为主,同时开展地温测试、水质分析、岩矿分析、地温温标计算等方面的研究,确定地热特征参数;最后进行地温分级,制定施工预案。另外在施工阶段开展超前地质预报指导隧道施工;开展地热科研,以完善地热勘察方法。     

拉日铁路吉沃希嘎隧道地热异常特征与防治措施分析

地热是拉日铁路吉沃希嘎隧道施工中的主要工程地质问题,查明隧址区地热分布特征,并且制定高温热害防治措施非常重要。勘察中结合物探异常数据,布置钻孔实测地温,绘制测温曲线,揭示了隧址区地热分布规律;通过钻孔测温数据和地温梯度值对隧道地热异常区地温分级和预测。同时在分析区域地热地质背景的基础上,较为详细地评价了地热成因及高温热害对隧道建设的影响,并给出了相应的防治措施。     

多年冻土区地温测试关键技术研究

研究目的:地温测试是多年冻土地区工程地质勘察的关键,其结果是多年冻土区各类工程设计的依据,其结果的准确性直接影响着工程处理措施的合理性.青藏铁路多年冻土地区开展了大量的地温测试工作,本文研究目的就是通过对青藏铁路地温测试工作的总结来进行地温测试关键技术的研究,以供青藏高原及其它多年冻土地区地温勘察借鉴.研究结论:通过对青藏铁路多年冻土区地温测试工作的总结和研究,形成了一套经施工验证且适合于多年冻土地区勘察的地温测试关键技术,关键性技术包括:地温钻孔的钻探方法、测温管的安装及防渗水处理、钻孔地温恢复时间、地温测试元件的安装、数据采集和处理.熟悉掌握地温测试的各个环节是获取准确地温数据的关键.     

地热隧道对拉日铁路选线的影响研究

通过对拉日铁路高地热分布特征、地热形成原因、高温隧道热害对工程的影响分析,利用地热研究理论,建立计算模型,采用数值模拟技术对隧道地温场进行模拟分析,揭示隧址区地热分布规律,提出可供线路通过的地温异常区相对低温通道,并以拉日铁路吉沃西嘎隧道高地热预测和线路方案选择为例予以说明。总结高海拔地热地区选线思路及原则,为类似地区工程的设计和建设提供借鉴。     

拉日铁路地热地区综合选线研究

研究目的:铁路综合选线设计是项目设计的重点和难点,直接关系到项目建设的可靠性及经济性。本文通过分析拉日铁路地热分布及地热对工程的危害影响,总结提出地热地区选线原则及设计理念,并总结提出地热综合处理措施,对今后地热异常区综合选线和工程建设具有推广应用价值。研究结论:(1)按热害对隧道施工和运营的影响程度,将拉日铁路隧道的地温划分为5级;(2)地热会对隧道工程的施工环境、施工效率、建筑材料选取、结构安全及运营养护维修等方面产生影响;(3)通过对地热工程方案总结分析,宜坚持"先明线、浅埋深、拔高位"的选线原则和理念;(4)线路通过地热地区,首先要在设计中充分考虑地热问题,其次在施工前组织好超前地质预报工作,同时要采取科学合理的工程措施;(5)通过对地热工程的综合研究,提出铁路选线的主要设计原则及设计理念,对于类似工程具有参考价值。     

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。     

拉日铁路地热隧道方案比选研究

研究目的:通过对拉日铁路地热隧道不同的地质、地热条件的分析,确定地热隧道线路方案的选线原则,并为地热隧道线路方案的选择和完善提供依据.研究结论:从选线来看,拉日铁路色麦至仁布段地热隧道具有典型的高原山区河谷地热铁路选线的特点.选线时,线路要尽量绕避雅江两岸的滑坡、错落、泥石流、岩堆、危岩落石、断层等不良地质现象,特别是要绕避地热发育地段;线路要尽量与地热分布带大角度相交,以最短距离通过.选出的线路应符合安全、可靠、合理、经济的的原则.     

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。     

拉日铁路主要地质问题及成因分析

研究目的:拉日铁路位于雅鲁藏布江缝合带,地质条件复杂,尤其是雅江峡谷区,地形陡峻,垂直通过当雄-羊八井-尼木-多庆错地热活动带,断裂构造发育;地热、危岩落石与风沙是沿线的主要地质问题。通过对地热、危岩落石与风沙的成因、分布范围研究,为线路方案合理选择及工程设计提供依据。研究结论:(1)拉日铁路雅江峡谷段垂直通过当雄-羊八井-尼木-多庆错地热活动带,地热异常明显,隧道洞身范围内地热以低温-中高温带为主,雅江峡谷区地表下约6~8 km分布的岩浆熔融体是峡谷区地热形成的热源,深大断裂为地热的形成提供了良好的储存、运移空间;(2)峡谷区两岸危岩落石发育,地质构造与新构造运动、地层岩性及地形地貌是其发育的主要地质因素,气象条件、卸荷与风化作用是其发育的外部因素;(3)风沙主要分布于拉萨河宽谷区、雅鲁藏布江宽谷区及吉琼垭口越岭段,风沙类型主要有活动沙丘、半固定沙丘、新月型沙丘、沙垄、半固定沙地、流动沙地等,其形成、分布与沿线特殊的气候、环境及人类活动密切相关;(4)本研究成果可用于拉日铁路的地质选线及工程设计中,对类似工程有参考和借鉴意义。     

中尼铁路高地温分布特征及地质选线探析

拟建中尼铁路地形复杂,岩性多变,区域深大断裂发育,新构造运动活跃,地震频发,岩浆多期侵入;线路走行于雅鲁藏布江地热活动带和雅鲁藏布江谷地地热活动带,沿线地热极其发育,且具有温度高、天然热流值大的特点。在收集、调查沿线高地温分布特征、研究高地温对工程的影响及高地温热害分级标准及相应治理措施的基础上,从地质角度研究其选线原则。研究认为:拟建中尼铁路地热以中高温-超高温带为主;线路必须绕避可能大范围出现严重热害的高地温地区;当线路必须通过规模较大的高地温地区时,应选择地热边缘地带、构造简单、地热强度弱的地段以桥梁、路基工程通过;隧道通过高地温区时,宜减少隧道埋深。     

拉日铁路吉沃希嘎隧道地热影响分析及工程对策

吉沃希嘎隧道为拉日铁路控制性工程之一,地处青藏高原雅鲁藏布江峡谷区,全长3 985 m,洞身岩性主要为闪长岩,构造极为发育,为典型的地热隧道,洞身实测最高温度可达52.8℃。在查明隧道工程地质条件基础上,采用调查、钻孔、测温及物探等综合工程地质勘察方法,通过地温梯度计算及物探低阻分析,获得了隧道的地热分布及洞身温度,分析了隧道通过区地热的特征及产生的原因。在线路选线、工程地质勘察、施工超前预报、原材料选取及施工工艺控制等方面提出了对地热影响的工程对策,并在施工中得到验证。     

高速铁路深埋隧道石煤层瓦斯勘察测试与评价

为了查明湖杭铁路紫荆隧道掘进过程中瓦斯突出等问题,在勘察设计阶段采用工程地质调查、深孔钻探、孔内测试、取样试验等多种勘察手段,并对石煤岩芯进行现场瓦斯解析试验、煤质化学工业成分分析试验、钻孔内瓦斯压力测试、瓦斯浓度测试、瓦斯气体成分分析试验。研究表明,该处石煤属高灰、低碳、高硫、低热值劣质煤。钻孔石煤现场气体解吸量为0,钻孔内瓦斯浓度、瓦斯压力为0,钻孔内气体成分主要为CO、CO₂。综合评价认为,由于经历长久地质构造活动,湖杭铁路紫荆隧道隧址区石煤已不具备大量赋存瓦斯的地质条件,隧道掘进过程中无煤与瓦斯突出危险性,石煤层不具有爆炸性;石煤层在开挖后堆积于隧道内和弃渣场时,自燃可能性低。     

山区铁路隧道超长定向钻探关键技术研究

研究目的:山区铁路地形地质条件极为复杂多变,工程地质问题突出且隐蔽性强,加之交通不便,人迹罕至,陡倾岩层分布范围广,生态环境脆弱,环境保护要求高,钻探是最直接、最准确、最有效的隧道工程勘察方法,传统的铁路隧道竖向钻探实施困难,导致隧道长大段落勘探资料空白,严重制约勘察设计工作,亟待开展铁路隧道超长定向钻探技术,特别是超千米水平孔绳索取心定向钻探关键技术研究。研究结论:(1)超长水平孔绳索取心定向钻探是一种不提升钻杆柱而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法,是复杂艰险山区长大深埋铁路隧道勘察的关键技术;(2)通过开展定向钻探方法与技术、装备及器具、绿色工程材料研究,构建了铁路隧道超长水平孔绳索取心定向钻探技术体系;(3)建立了铁路隧道超长水平孔绳索取心定向钻探方法及流程,创造了中国铁路勘察史上最长水平孔钻探纪录1 888.88 m;(4)本文研究的超长水平孔绳索取心定向钻探技术在新时代“西部大开发”、“交通强国”战略、“一带一路”建设中具有广阔的应用前景。     

瓦纳温泉发育特征及其对隧道工程影响分析

瓦纳温泉是当地有名的温泉之一,西南某新建铁路隧道距离该温泉约1. 5km,温泉对隧道工程带来的影响是勘察设计人员重点关注的问题。在收集相关资料与结合现场调查的基础上,分别从地热背景、水化学特征、同位素特征、热储温度、埋藏深度及地热水成因类型等方面进行分析,得出瓦纳温泉的发育特征。在该温泉是断裂型成因的结论上,重点结合隧址区构造发育特征,宏观上对隧道高地温风险进行初判。通过钻孔实测温度数据分析隧道热害等级,并进一步分析预测隧道高地温分布段落及其分布规律。针对隧道高地温段落提出相应的施工建议。     

川藏铁路高地温隧道建设技术

以川藏铁路一超高地温隧道为工程依托,结合现场实践经验探究高地温隧道的超前地质预报、高温爆破和通风降温技术。研究结果表明:高地温隧道的超高地温源于地层高地热值以及地层裂带间的高温水和水汽;综合使用超前地质钻孔法和红外探水法能够有效探明高地温段掌子面前方围岩温度场和水文地质情况;掌子面前方围岩温度随着探孔深度的增加而增高,增长速率先大后小,深度大于11 m后围岩温度基本维持不变;炮孔内温度可分为小于等于50℃,50～70℃和大于70℃3个等级,应分别进行爆破方案设计;综合式通风降温可将环境温度降低10～12℃,能有效改善施工作业环境。     

高地热铁路隧道造价分析研究

研究目的:在山区铁路隧道工程建设中,高地热将导致隧道施工环境的恶化并增加工程投资,可在铁路工程现行的造价标准体系中高地热危害对隧道工程建设投资影响的定量关系仍是空白。本文以向莆铁路中戴云山、青云山、高盖山和金瓜山隧道为研究样本,分析高地热铁路隧道的造价特殊因素,同时结合现场测定数据进行对比分析,综合确定高地热铁路隧道施工费用的补充定额,以期为同类工程提供借鉴。研究结论:(1)根据隧道地热在不同围岩级别、环境温度情况下测定的基础数据,量化人工、机械消耗的差异和变化规律及采取降温措施对隧道施工费用的影响;(2)根据分析得到的量化结果编制相应的补充定额或费用标准;(3)将补充定额或费用标准运用于现场施工的投资测算,其测算值与实际发生费用的差值控制在5%以内,两者契合度高;(4)本文研究对今后高地热铁路隧道概预算的准确编制及投资控制具有一定意义。     

成贵铁路川南、川西南浅层天然气勘察

研究目的:成贵铁路需穿越乐山、宜宾红层地区多个油气田及含油气构造,浅层天然气严重威胁着铁路隧道、深基坑工程的施工及运营安全,本次勘察为查明本区天然气的产、储、运移的基本规律,为铁路工程设计提供依据。研究结论:(1)成贵铁路位于川南、川西南气田内,四川红层下伏三叠系、二叠系、震旦系地层中共发现9~11个产气层,工业气藏埋深806~2 358 m;(2)油气储集主要为裂隙-孔隙型,油气垂向运移、浸染上部盖层,使得浅表红层砂泥岩中普遍含有天然气,且在垂向上深度与含气量呈正相关关系,部分深大裂隙具有导气功能;(3)地面以下70 m可作为本地区瓦斯风化带界线;(4)通过隧道浅层天然气单位时间最大涌出量估算确定3座高瓦斯隧道、22座低瓦斯隧道;(5)线路选线采用桥梁、路基工程最优,如以隧道形式通过,应采用浅埋、短隧道群并绕避气田核心区,选择矮小丘包、傍山地段通过;(6)本勘察成果适用于天然气地区的线路、地下工程、深基坑(井)勘察施工。     

拉萨-日喀则铁路吉沃西嘎隧道高地温预测

拉日铁路吉沃西嘎隧道地处雅鲁藏布江峡谷地段,地热是吉沃西嘎隧道施工中的主要地质问题。通过对地质环境资料的分析,确认了地热的形成机制,利用现场测温数据采用数值模拟的方法研究了隧址区地热分布规律。计算表明,吉沃西嘎隧道岩温最大值为57℃。     

吉沃希嘎隧道地热预测物探方法研究

拉日铁路建设中存在高岩温(地热)异常,最为典型的是吉沃希嘎隧道。勘察阶段发现吉沃希嘎隧道钻孔内最高温度达65.4℃。隧道施工中,进口DK117+910处掌子面孔内最高温度达50.8℃。从进口向大里程方向,随着隧道洞深的增加,温度呈上升趋势,严重影响隧道施工安全。通过隧道开挖段实测温度与多种物性参数对比分析,发现已开挖段岩体温度与电阻率之间的关系,并成功预测了未开挖段岩体温度,与开挖实测最高温度仅差0.5℃,实践证明物探方法是高岩温隧道预报的有益尝试。     

隧道地热发育特征分析及地温预测

隧道高地温热害是一种典型的不良地质现象,是铁路综合选线设计的难点,直接关系到隧道工程建设的安全性、技术性及经济性。通过地质调查、地质勘探、水化学分析、地温测试及理论计算等方法,研究三百山隧道地质条件、地热特征及地热发育特征。研究结果表明：三百山隧道隧址区整体在三百山地区中生代以来火山盆地中穿越,受区域内多期次的构造运动以及岩浆活动、火山活动的共同影响,从下而上形成火山岩与火山沉积岩三元地质结构。深部岩浆热源距离地表相对较近,为地热水的形成提供了有利的热源条件。地热水以SO₄·HCO₃-K+Na型为主,HCO₃-K+Na和HCO₃·SO₄-K+Na型为次。地热水普遍含有氟、氯、镁、铀等多种微量元素。钻孔实测温泉温度32～78℃,总流量8.704 L/s,地温梯度在1.65～2.34℃/100 m内变化,平均值为2.06℃/100 m,总体上,地温随着深度的增大而递增。采用二氧化硅温标方法开展热储温度估算,利用热储温度和通过钻孔资料得到的地温资料,对区域地热的热储深度进行估算。计算...