襄渝铁路新大巴山隧道涌水量预测研究

研究目的:新大巴山隧道是襄渝铁路增建二线安康至重庆段控制性工程,由于其地下岩溶水丰富,因此隧道涌水量预测对该铁路设计和施工具有重要意义。本文采用前苏联科学家普洛特尼科夫关于天然地下水资源的"储量分类"法(三种类型:动储量、静储量、调节储量),在分析地下岩溶水垂直发育的分带性、储水构造特征、施工期间地下水涌(突)水特征等基础上,划分出地下岩溶水储量类型,研究地下水动储量与降雨的线性关系,预测隧区百年一遇降雨条件下隧道的最大涌水量。研究结论:(1)隧址区地下岩溶水可分为动储量和静储量两种类型;(2)隧道地下涌水主要为动储量释放;(3)涌水量大小与降雨量密切相关;(4)预测的最大涌水量为215×10~4m~3/d;(5)研究方法经工程实践证明较有成效,研究成果对类似工程地质条件下的隧道工程建设具有借鉴意义。     

某铁路隧道涌砂病害的原因分析及整治思路

研究目的:某铁路隧道位于西南可溶岩地区,施工过程中未发现异常情况,但开始运营后的第1年和第3年雨季分别遭遇了因涌砂覆没道床而中断行车的病害;为有效根治病害,通过研究涌砂过程,探查涌砂点岩溶发育情况,补充隧道附近水文地质测绘,详细分析岩溶及岩溶水地质环境,联系降雨量因素论述涌砂病害的产生原因及整治思路。研究结论:(1)雨季极端暴雨通过岩溶裂隙及管道下渗后,地下水位抬升并高于隧道,有压地下水携带岩溶裂隙中充填的砂土涌入隧道形成涌砂病害;(2)类似位于岩溶水季节变动带的隧道,在洞周岩溶裂隙发育且填充泥砂的情况下因水位抬升导致的洞身涌砂病害,宜采用能有效降低暴雨后洞身地下水位且维护方便的泄水洞方案处治;(3)本研究成果可供西南岩溶地区修建铁路、公路隧道工程时地质勘察人员及设计人员参考。     

黔张常铁路岩溶区水文地质选线研究

研究目的:黔张常铁路岩溶区水文地质选线通过采用多阶段、多方法、先进有效的综合勘察技术,全面系统地对岩溶区复杂岩溶形态及岩溶水发育特征进行研究,查明岩溶和岩溶水的发育特征及分布规律,提出岩溶区水文地质选线原则,确定重点工程设置的位置、高程,最大限度地识别、评估、规避工程建设和运营风险,从而指导线路选线和设计。研究结论:(1)黔张常铁路通过可溶岩段落长约155 km,受夷平面、岩性、构造等影响,岩溶水的分布具有不均一性,根据岩性、暗河、岩溶泉的分布划分了地下水类型及富水程度;(2)通过遥感、水文地质调查、示踪试验、水量监测等综合勘察手段,查明了岩溶个体形态及岩溶水的分布特征;(3)根据岩溶及岩溶水分布特征与发育规律的研究,确定了水文地质线路选线原则,为隧道高程设置、线路走向提供了科学依据;(4)本文所述的水文地质选线工作内容及方法可为岩溶地区勘察设计提供参考依据。     

沪昆客专白岩脚隧道突水致灾机理分析

研究目的:沪昆客专是国家铁路客运专线网的重要组成部分,2017年6月30日白岩脚隧道的突水事故导致营运线路停车、限速通过,造成严重的不良影响。查明本隧道的突水机制,对可溶岩隧道突水、突泥事故的根治具有重要的指导意义。研究结论:(1)本隧道地表右侧为封闭储水地形,洞身穿越向斜盆地,具备发生突水事故基本条件;(2)隧道突水水源来自地表降雨入渗的地下水和既有岩溶管道中的静储量水;(3)隧道突水量与时间的关系呈三个阶段:贯通阶段、强衰减阶段、弱衰减阶段;(4)隧道洞身位于岩溶季节变动带,拱顶以上位于垂直循环带,底板以下位于水平循环带,雨季极端暴雨后,岩溶水水头急剧升高,水平循环带排泄不及,造成季节变动带饱水,同时垂直循环带不断补给入渗的地表水,岩溶管道静水压力持续增加,最终表现为冲破洞壁薄弱部位,大量涌入隧道;(5)位于岩溶季节变动带中的隧道,在遭遇连续暴雨时,发生突水、突泥事故的可能性较大,岩溶地区的隧道勘察、设计需引起重视;(6)本研究成果可为突水突泥应急处理措施的制定提供依据。     

新方斗山隧道岩溶发育特征及铁路选线研究

研究目的:新方斗山隧道穿越川东隔挡式褶皱,受地层岩性组合、构造、地形地貌控制,形成独特的岩溶地貌景观和岩溶水循环模式,隧道施工涌突水风险高,对地表环境影响大。通过对方斗山岩溶发育特征研究,选择合理线路穿越位置,以期达到有效降低隧道施工风险和对环境影响的目的。研究结论:(1)方斗山背斜岩溶发育深度一般在150～200 m之间,但是在接触带岩溶发育深度较深;(2)方斗山断层属压性断裂,断层倾角陡,两盘强烈挤压,岩溶不发育;(3)北西翼地下水排泄量大,富水性好;南东翼岩溶发育程度相对较弱、发育深度浅,富水性相对较差;(4)方案选择宜靠近既有隧道,利用降落漏斗,一方面可以降低岩溶水风险,另一方面可以减小地表水疏干范围,降低对环境影响;(5)方斗山背斜属川东平行岭谷区典型隔挡式褶皱,本研究成果对川东隔挡式背斜岩溶区隧道勘察及地质选线具有指导意义。     

大方山隧道岩溶水分带综合分析

研究目的:岩溶发育的垂直分带性已得到普遍认同,目前多数研究主要集中在分带现象的描述及如何规避岩溶风险进行选线上,而针对实际工程项目如何进行分带,采用何种方法进行分带的研究则较少。本文通过对大方山岩溶隧道采用工程地质及水文地质调绘、物理勘探、钻探等综合勘察方法,对隧道所在位置地下含水的强弱,泉点、暗河、岩溶洼地之间地下水相互关系,岩溶地下水的补给、径流、排泄条件,雨季、旱季岩溶洼地及隧道洞身地下水位测量等进行综合分析,以确定隧道所处分带。研究结论:(1)岩溶地下水分带应根据岩溶发育情况采用综合手段开展,遵循遥感、地质测绘、物探、钻探、监测、测试等各项工作的程序,循序渐进,相互配合;(2)大方山隧道岩溶段落地下水可划分为季节交替带和水平循环带;(3)根据地下水分带结果结合水文地质单元及选用相应的计算方法预测隧道涌水量,对施工时涌水、突泥风险进行预判;(4)本研究成果可对岩溶地区隧道所处地下水分带、涌水量计算方法的选定以及水量预测提供指导作用。     

秀山隧道水文地质特征分析研究

研究目的:玉蒙铁路秀山隧道受云南特殊地质构造影响和异常活跃的地壳运动作用,溶蚀管道与宽大裂隙发育,岩溶水、构造裂隙水相互混杂并形成复杂的地下水网络系统。通过对隧址区域工程地质与水文地质条件以及施工开挖揭示的洞身涌水特征进行系统分析研究,查清隧道涌水来源及其与杞麓湖的水力联系。研究结论:(1)通过对隧道洞身涌水量最大段落进行综合分析及水样同位素测试,表明地下水来源于隧址区接受的大气降水;(2)杞麓湖湖水与隧址区地下水在来源上存在明显差异,隧道涌水与湖水联系较弱;(3)隧道穿越曲江、杞麓湖两个水文地质单元,施工至不同洞段水文地质特征表现出较大的差异性;(4)本文研究结论可为同类地质环境隧道工程勘察设计施工提供参考借鉴。     

宜万铁路齐岳山隧道选线、施工与管理

宜万铁路横穿南北向的齐岳山山脉,设计总长10 528 m的齐岳山隧道。隧道进口至宜万铁路终点万州站航空直线距离40 km,高差约900 m,地面坡降达0.023。隧道进口段穿越齐岳山背斜,为灰岩地层,占隧道长度的47%,岩溶、岩溶水极其发育;出口段为碎屑岩地层,节理裂隙发育,富含高压裂隙水。区内发育有15条断层,其中F11断层规模宏大。隧道灰岩地段、可溶岩与非可溶岩接触带、灰岩地段断层破碎带等极可能发生涌突水突泥等地质灾害。针对坡降大、岩溶发育、穿越规模宏大的F11高压富水大断层等3个不利条件,通过对单面坡和人字坡方案从安全、投资、运营等多方面考虑,最终确定了单面坡方案。齐岳山隧道工程实践证明,选线方案是正确的。施工过程中,针对极其复杂的岩溶及岩溶水、高压富水大断层、砂岩段高压裂隙水,研究并采取了注浆堵水、注浆加固、先排后填、泄水洞排水、释能降压、信息化注浆、绕行规避等多项施工技术,成功地解决了隧道施工难题,丰富了高压富水岩溶及断层区隧道修建技术。齐岳山隧道建设过程中,建设单位充分发挥了核心主导作用,组织参建各方决策方案、现场落实方案、建立系统的安全体系,这是齐岳山隧道获得成功的关键所在。     

长庆坡隧道岩溶高风险段预控制措施

全隧道穿越可溶岩,部分地段属地下水垂直渗流带和季节变动带,隧道施工时局部地段可能揭示岩溶腔或水囊,突水突泥风险高。对岩溶发育段、富水及破碎带等突水突泥高风险地段,采取超前周边预注浆堵水,固结围岩,尽量减小地下水涌出,以确保施工安全。     

贵广铁路坪山隧道岩溶发育情况分析

研究目的:通过对贵广铁路坪山隧道勘察与施工期间揭示的岩溶现象,分析该隧道岩溶发育情况及特点,提出地质勘察使用的勘察方法及施工阶段的工程措施意见,对类似地质条件的工程的勘察与施工提供一定的参考。研究结论:(1)线路尽量绕避岩溶强烈发育区,若无法绕避,线路应尽量远离典型岩溶微地貌单元区;(2)勘察时须充分利用区域地质资料开展大范围地质测绘,采用综合勘察手段进行隧道工程地质勘察,基本查清地表各种岩溶形态发育位置、高程、与线路关系等,有针对性布置勘探点及物探段落核实岩溶发育情况;(3)对于地下暗河附近的岩溶隧道,应充分调查研究暗河空间位置形态,分析暗河成因及特点,类比推测暗河对隧道洞身围岩稳定性的影响;(4)施工时可采取洞周超前预报、基底地质雷达探测及洞底地质钻孔相结合的方式进行。     

成贵铁路岩溶特征及线路选线

研究目的:成贵铁路途经云贵川三省,可溶岩占研究区总面积的55%,段落总长197 km,沿线地表岩溶塌陷、溶洞、暗河等岩溶形态发育,规模普遍较大。为保障铁路施工及运营安全,以及为线路方案及工程设置选择提供依据,勘察需查明线路各方案的岩溶发育情况。研究结论:(1)研究区可分为3个区(四川盆地边缘褶皱带区、四川盆地-云贵高原过渡带区、云贵高原区)、4种不同的岩溶体系(栖霞茅口组岩溶体系、水平缓倾层间岩溶体系、倾斜岩层岩溶体系、倾伏褶曲封闭式岩溶体系);(2)通过不同水文地质单元、体系内岩溶发育环境的差异研究,找出岩溶发育的薄弱区及发育高程,使线路平面及竖向上得以最大程度绕避岩溶;(3)通过岩溶发育情况及岩溶水的量化研究,为线路方案选择、工程治理可行性提供了依据;(4)本研究成果可为岩溶区铁路、公路、地下工程、深基坑(井)勘察设计提供参考。     

枫香坡隧道岩溶发育规律及涌水量预测

枫香坡岩溶隧道地处武陵山低中山区,为黔江至张家界至常德线关键性控制工程之一,全长4 780 m,工程地质及水文地质条件均较为复杂。在野外勘察的基础上,分析评价了其地质构造、地下水类型、含水岩组划分及富水性、地下水循环、地下河管道分布等水文地质特征,并采用降雨入渗法、地下径流模数法以及宜万铁路关于岩溶隧道的研究成果对比分析。预测结果表明,隧道正常涌水量和最大涌水量分别为16 846 m3/d和115 710 m3/d,为隧道设计及施工提供了依据。     

云桂线新莲隧道涌突水成因分析

研究目的:涌突水是隧道施工中比较常见的工程灾害,隧道涌突水不仅影响施工掘进,而且会对沿线生态环境产生影响。对涌突水成因进行分析既是隧道涌突水防治的重点难点,也是解决涌突水问题引起生态环境问题的关键所在。本文以云桂铁路新莲隧道为工程背景,通过区域水文地质条件分析和地下水水化学数值分析,研究该隧道的涌突水成因。研究结论:(1)新莲隧道出水段为松茂向斜玄武岩夹凝灰岩段,水源主要为深层裂隙水;由于向斜核部玄武岩节理裂隙发育,接受表层降雨入渗补给和岩溶水渗流补给后,在向斜核部区存储富集;(2)隧道各出水点水和区域泉水的径流路径相似,都位于松茂向斜玄武岩和凝灰岩地层内,隧道内长时间排水将破坏区域内原有的水循环系统;(3)本研究成果可用于指导隧道施工工法及堵、排等措施安排,并对类似玄武岩富水构造涌突水危险性分析具有一定的借鉴意义,也可进一步用于隧道周边区域生态环境评价,以及后期水环境恢复方案的确定。     

岩溶隧道涌水影响因素、预测方法及危害分析

研究目的:隧道涌水量预测计算方法众多,计算成果与实际涌水都有较大的差距,尤其是非均质的岩溶隧道,因此有必要仔细分析其影响因素,选取合理的预测方法,提高预测精度,降低其危害.研究结论:(1)隧道涌水量预测的影响因素较多,可大体归纳为客观因素、人类活动因素及时空因素这三种;(2)岩溶隧道由于其独特的地下水特征,与非可溶岩隧道的区别很大;(3)非可溶岩隧道的涌水量预测,一般按层流理论的地下水动力学法计算,可溶岩地层隧道涌水量预测不能采用层流理论,应根据其边界条件有针对性地选取预测方法;(4)由于岩溶隧道涌水地质灾害的的危害极大,呼吁建设、设计、施工等单位应从实际出发,转换观念,坚持可持续发展战略,尽量降低工程建设对于自然环境的影响.     

高速铁路隧道基底岩溶探测及处理

在可溶岩地区,高速铁路隧道基底下存在隐蔽溶洞时,容易发生基底下沉或不均匀沉降,威胁运营安全。采用物探、钻探等综合勘察手段,结合断面控制法探测隧道基底隐蔽岩溶,并采用向钻孔内压烟的方式探测基底隐蔽岩溶的连通性。隐蔽岩溶处理技术主要包括基底注浆加固、施作泄水洞、梁板跨越法等;当基底下岩溶弱发育、岩溶水不发育时,可采用注浆方式加固基底;当岩溶埋深较大且岩溶水发育时,可采用泄水洞处理隧道基底隐蔽岩溶;当岩溶埋深较浅且地下水发育时,可采用梁板跨越。     

某高铁隧道岩溶水文地质特征及施工病害分析

研究目的:贵南高铁朝阳隧道穿过区域性的水利背斜构造,可溶岩分布于背斜两翼,洞身位于岩溶水水平循环带。隧道施工过程中,可溶岩段发生较大规模的涌水涌泥现象,并伴随出现泉水漏失、地面塌陷等环境地质问题。隧道掘进的风险评估、岩溶水及泥砂的引排工程设计、环境保护设计,都需要在分析涌水涌泥、泉水漏失及地面塌陷的相关性的基础上进行岩溶水文地质条件综合评价。研究结论:(1)隧道内的涌水涌泥均发生于岩溶水主通道附近,涌水涌泥规模与降雨量密切相关;(2)隧道施工排水完全截断了隧道进口端立新水库和出口端鱼胆水库的补给水源,造成水库干涸;(3)隧道施工排水部分截断了进口端鱼村大泉补给水源,造成泉水减流;(4)岩溶地面塌陷发生于隧道涌水水源补给区(洞丢村)岩溶谷地内,洞身开挖排水降低地下水位导致地面塌陷集中产生;(5)本研究成果对岩溶发育区隧道工程勘察具有指导意义。     

龙厦铁路象山特长隧道主要工程地质问题研究

象山隧道左右洞全长分别为15 898 m、15 917 m,是龙厦铁路最长的隧道和重要的控制工程.在象山隧道区域地质条件及其对隧址区地层影响分析的基础上,对该隧道建设过程中可能出现的主要工程地质问题进行了研究.研究表明:象山隧道穿越地区位于大田--龙岩拗陷带和政和--大埔深大断裂上,地质构造极其复杂.在其影响下,隧址区地层内构造发育,围岩完整性差,有较好的地下水渗流通道,隧道施工期间可能出现大量渗、涌水;沉积岩地段围岩等级变化频繁,埋深大的地段可能出现较大的围岩变形;隧址区硅灰岩具有形成岩溶的基本条件,在地表有较好汇水条件的断层、地层不整合接触带附近可能发育岩溶.     

南太行隧道区域泉域特征及隧道水文分析

研究目的:太原至焦作城际铁路于晋豫省界以南太行隧道越岭,区内奥陶系、寒武系碳酸盐岩建造发育,岩溶地下水条件复杂。为研究南太行隧道水文地质特征,准确预测隧道施工水文条件,本文主要分析区内三姑泉域、延河泉域及其他散泉泉域的地貌特征、构造联系、岩性特点、泉域水位及补给、径流、排泄条件等。研究结论:(1)三姑泉域、延河泉域及其他散泉泉域的水文条件与隧址地貌特点、地层岩性条件相似,泉域水文对隧道建设有一定影响;(2)隧道修建虽不受地表径流影响,但区内地下水储量相对较大,隧道修建切断了地下水渗流通道,导致部分段落涌水量预计较大,需采取堵排结合的措施,避免引起环境水文问题;(3)该研究结论对隧道工程施工、区域水文研究有一定的参考价值。     

在建铁路隧道和路基基底岩溶物探技术探讨

研究目的:2013年11月17日中国铁路总公司工管中心下发《关于开展在建铁路隧道、路基基底岩溶探测工作的通知》,要求对在建铁路的隧道和路基基底岩溶开展物探。近3年来在贵广等线的在建铁路上通过开展大量的物探工作,在取得一些效果的同时也发现诸多问题,如物探成果资料难以满足岩溶病害整治设计的需要等,因此本文研究探讨所存在的问题,从而为物探工作正确定位和改进今后隧道和路基的岩溶探测方案提供依据。研究结论:(1)对于在建铁路隧道和路基基底岩溶物探,由于现场难以具备地球物理勘探前提条件、所选物探方法的局限性以及采用物探不能直接探测地下裂隙水等原因,只能部分解决隧底和路基基底的岩溶探测问题;(2)物探属于间接性勘探手段,并且为排除物探结果的多解性,应采用综合岩溶勘探手段,即选择30%的物探异常进行开挖揭示或验证性钻探;(3)当验证钻探资料表明岩溶特别发育时,应选择跨孔电磁波(地震波)层析成像法对岩溶进行比较精细的探测,为后续隧道和路基岩溶整治设计提供可靠的基础资料;(4)本研究成果可用于铁路隧道和路基的岩溶探测领域。     

岩溶弱发育地层隧道衬砌水压规律及结构安全性研究

当地层岩溶弱发育时,地表水下渗速度相对较慢。这种条件下,隧道常规防排水方案是否能够有效排导地下水,降低衬砌背后水压,还需要进一步研究。以重庆市某岩溶弱发育高铁隧道工程为依托,设计衬砌拱顶水头高度为10,15,20 m及30 m四种工况,采用三维数值模拟方法对常规隧道防排水方案条件下岩溶隧道衬砌水压分布规律及结构安全性进行研究。研究结果表明：(1)正常排水条件下,隧道衬砌水压折减率拱顶比仰拱高,且随着水头高度增加,折减率也随之减小;(2)在水压和围岩压力共同作用下,初始水头高度为10 m和15 m时,衬砌结构能够满足安全性要求,当初始水头超过20 m时,衬砌结构不能满足安全要求;(3)当常规隧道防排水方案用于岩溶弱发育段隧道时,需要对仰拱的排水方案进行改进或优化,以达到结构安全的要求。