富水岩层隧道区域涌水量预测方法及工程应用

为预测穿越富水岩层区域隧道的涌水量,依据工程实例提出随机性数学模型和确定性数学模型进行涌水量预测的方法。通过理论解析公式和数值解等确定性数学模型对比分析隧道单位长度涌水量,并讨论了围岩渗透系数、隧道半径、地下水位高度、隧道含水层厚度对隧道涌水量的影响。研究表明,除佐藤邦明公式外,各影响参数有较强的敏感性。单位长度涌水量随各影响因素的增大而增大,数值解的增长趋势最为显著,佐藤邦明公式的增长趋势最不明显。研究成果可为富水区隧道突涌水灾害治理提供理论支持。     

遗传-神经网络算法在水下隧道涌水量预测中的应用

水下隧道涌水问题受到多种因素的综合影响,具有非线性和高度复杂性。本文应用遗传算法和BP神经网络,结合工程实例,选用隧道围岩裂隙发育情况、上覆含水体富水性、上覆水压、隧道埋深、隧道围岩上覆相对隔水层强度和上覆基岩破碎带与隧道顶板的距离作为影响水下隧道涌水的主要因素,以调查的数据作为训练样本,使用遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,建立了水下隧道涌水量的遗传-神经网络预测模型,并进行了计算分析。结果表明:该模型收敛性能好,预测精度高,简单可行。该方法为水下隧道涌水量的预测提供了一条新思路。     

引汉济渭引水隧洞穿椒溪河段突涌水数值模拟

陕西省引汉济渭工程引水隧洞突涌水问题是制约工程顺利开展的关键技术问题之一。针对横穿椒溪河段的典型区段突涌水问题,采用ADINA软件建立水文地质概念模型,计算不同工况下该区段的地下水位、流速矢量、涌水量等。结果表明:断层位置受开挖扰动影响较大,出现了集中渗漏,因此在断层位置极易形成渗漏通道,发生突涌水。     

隧道涌水突泥风险分级方法及工程应用

隧道涌水突泥具有突发性和严重的破坏性，给隧道施工人员的生命安全造成严重的威胁。为了提高技术人员对涌水突泥的风险管控水平，实现涌水突泥风险的分级管理，通过对隧道通水突泥机理及其影响因素的分析，提出了隧道涌水突泥风险的分级方法。研究结果表明，隧道涌水突泥的风险等级取决于涌水突泥发生的概率等级以及涌水突泥发生后造成的后果等级两个因素；涌水突泥的概率等级取决于地下水水压、水量、围岩破碎及软弱程度、隧道设计施工管理水平等因素。     

隔水边界附近围岩渗透性变化时隧道涌水的渗流模型

根据各向同性岩石中隔水边界与水平方向的夹角,在岩石渗透性随深度呈负指数衰减条件下,分两种情况给出了二维稳定流隧道涌水量的解析解和数值解.分别对隔水边界距离和隧道埋深对隧道涌水强度的影响,以及岩体中上下水位的巨大差异进行了理论分析.此法可用于预测隧道涌水量,并给出了算例及关系曲线.     

基于人工神经网络的隧道断层带突涌水风险评估

为准确评估山岭隧道施工穿越岩溶断层带时突涌水风险，以人工神经网络为预测工具，开展了隧道断层带不良地质体的突涌水风险评估研究。在广泛参阅各类规范及文献的基础上，考虑影响岩断层带涌水灾害发生的13个主要风险因子构建了风险评估指标体系。应用工程实例数据训练、测试神经网络，采用反向传播算法计算并传递误差，在数次训练中优化网络参数，实现了隧道断层带涌水风险等级评估。泛化测试结果表明：建立的人工神经网络模型能够快速、精准地预测断层带涌水风险等级。提出的隧道断层带涌水风险评估方法克服了传统风险评估方法主观性和不确定性强、计算冗繁等问题，可为隧道施工突涌水风险评估提供参考。     

岩质隧道围岩压力影响因素分析

采用经典理论公式法、解析计算和数值模拟分析3种途径详细分析了隧道埋深、初始地应力、跨度、侧压力系数、隧道断面形状及岩体物理力学参数对隧道围岩松动压力的影响规律。结果表明:当围岩处于弹性状态时,围岩松动压力与隧道埋深、初始地应力和岩体容重呈线性正比关系;围岩竖向松动应力与侧压力系数呈线性反比关系,而水平向应力与侧压力系数呈线性正比关系;隧道断面形状对围岩松动压力有一定影响;岩体变形模量、黏聚力、内摩擦角和泊松比对围岩松动压力的影响可以忽略。同时,分析了这些方法的不足之处。     

基于属性识别理论的隧道突涌水危险性评价

岩溶突水是隧道建设面临的主要地质灾害问题,在西南地区尤为严重,为确保隧道修建顺利,实现对其的专项突涌水危险性评估,依托西南地区某隧道工程实际,结合突涌水致灾因素的统计分析成果,根据该隧道工程的水文地质情况,以围岩分级、岩石可溶性、地质构造、地形地貌等参数作为一级评价指标及其相关表征参数作为二级指标,并采用层次分析法确定对应指标的权重,建立了基于属性识别理论的隧道突涌水危险性评价模型,通过进行单指标属性测度分析、多指标属性测度分析和属性识别,实现了对该隧道突涌水的危险性评估。评估结果可为后续设计排水及施工进度安排提供理论支持。     

引汉济渭秦岭隧洞突涌水原因及涌水量预测

针对隧洞开挖施工中常见的隧洞突涌水等地质灾害问题,在分析隧洞涌水区域水文地质条件、有限元渗流计算和达西定律的基础上,研究秦岭隧洞椒溪河段开挖涌水原因并预测涌水量。研究表明:在涌水发生的初期,涌水集中渗漏通道由断层泥及断层角砾填充,发生的流动为渗流,通过有限差分软件数值计算求得的隧洞开挖初期涌水量与实际隧洞开挖涌水初始阶段的涌水量非常接近;在涌水稳定阶段,涌水集中渗流通道发生类管涌的水力破坏,通过集中渗漏通道流入隧洞内的流量为1 671.55 m3/h,与现场实测隧洞涌水稳定时的最大涌水量1 700 m3/h接近。研究成果可应用于水文地质条件类似的隧洞工程涌水量计算。     

岩溶隧道涌水突泥过程演化研究

综合考虑地质构造、水文特征、施工建设等因素影响,将岩溶隧道涌水突泥过程演化抽象概化为4个阶段:①岩溶地质环境形成阶段为致灾构造的发育演化提供地质条件;②岩溶水系通道扩展阶段为涌水突泥体的储存和流动提供空间;③岩溶涌水突泥临界状态形成阶段主要受致灾泥水体和人为隧道开挖影响;④岩溶涌水突泥释能降压阶段是整个过程的结束,表明灾害已经发生。基于案例统计分析将岩溶隧道涌水突泥依据不同要素划分为3大类11种型:地质构造类(断层型、向斜型、背斜型、岩性分界面型),涌水通道类(裂隙型、管道型、溶洞型、暗河型),涌水突泥类(涌水型、突泥型、突水突泥型)。研究成果对隧道涌水突泥灾害控制的研究和隧道安全施工有一定的借鉴意义。     

不良地质条件隧道施工影响因素及超前预报方法

一、不良地质条件对隧道施工的影响因素影响隧道施工的不良地质条件有很多,比较常见的有塌方、岩爆以及突水和涌水等。(一)塌方塌方指的是围岩因为失稳而导致的突发性坍塌、崩塌以及堆塌等灾难性的地质灾害。塌方通常出现在断层破碎带、侵入岩接触带以及岩体结构面不利于组合的地段,是隧道施     

西南岩溶区深埋隧洞水文地质概念模型及突涌水研究

针对岩溶地区复杂的水文地质条件,以建立岩溶区域水文地质概念模型和隧洞涌水预测方法为目标,通过分析贵州夹岩水利枢纽工程深埋长引水隧洞工程区的岩溶水文地质资料,结合地层结构、岩性组合、地貌特征等因素,研究该工程区内岩溶地下水的补给、径流、排泄关系。在此基础上,依托实地调查的典型涌水支洞,分析研究了不同情形下涌水量对降雨事件的响应,总结得出岩溶隧洞突涌水模式。针对不同突涌水模式的特点,提出了相应的涌水量计算方法与处理措施。结果表明:岩溶隧洞突涌水模式可以分为岩溶管道控水模式、层面控水模式和断层带与暗河联合控水模式;岩溶管道控水的猫场隧洞4#支洞涌水对降雨响应迅速,宜采用水均衡法估算涌水量,层面控水的水打桥隧洞2#支洞涌水受岩体渗透各向异性影响较大,宜采用岩体渗透性各向异性的有限元渗流分析方法预测,而断层带与暗河联合控水的水打桥隧洞4#支洞涌水主要由断层从暗河导入,可采用三维有限元渗流场计算分析预测其涌水;采用上述方法对典型支洞涌水预测的误差分别为6.97%、4.81%、1.13%。研究成果对于岩溶区深埋隧洞工程的建设具有一定借鉴意义。     

西气东输延水关黄河隧道工程注浆堵水施工

随着科学技术的发展,很多特大型穿越工程已经越来越多地采用隧道方式.但在大型河流下进行隧道挖掘施工,涌水处理的方法仍为难点.涌水处理主要根据设计文件中关于隧道可能出现涌水地段的涌水量的大小、补给方式、变化规律及水质成分的资料,结合工程实际情况因地制宜,选择既经济合理,又能确保围岩不受破坏,同时保护环境的处理方法.     

引大济湟工程隧道三维超前地质预报

引大济湟工程引水隧洞线路长、埋深大、地下水位高,且沿途穿越多条大断层,主要工程地质问题突出。为了减少和有效预防地质灾害发生,准确预判掌子面前方地质条件和可能出现的地质灾害,现场开展了TGS360 Pro隧道三维超前地质预报与分析,成功预报了可能发生涌水、突泥和坍塌等地质灾害的隧洞桩号洞段,并采取了应急处理措施,为施工开挖方案和支护措施提供了有效依据。     

基于 ＧＭＳ的红崖山隧道渗流场分析与涌水量预测

以云南省昭通市红崖山隧道为研究对象,通过对隧址研究区地勘资料分析与研究,利用谷歌移动服务（ＧＭＳ）建立了红崖山隧道地下水渗流三维数值模型。隧道在完全开挖未封堵情况下,分析不同水力传导系数下的地下水水头等值线的变化过程及规律,结果表明随着隧道水力传导系数不断增大,隧道周围呈现左边水头逐渐减小右边水头逐渐增大的趋势;利用ＭＯＤＰＡＴＨ模块在可能发生突水危险的隧道洞段设置粒子追踪井,分析粒子在不同涌水量下的迹线,反演出隧道涌水对地下渗流场影响范围,随着隧道突水点涌水量的不断增加,影响范围由“束”状逐渐向“扇”状变化,不断扩大;并采用数值模拟法、大气降雨入渗法和地下水径流模数法进行涌水量预测为隧道后续排水设计及施工组织管理提供可靠依据。     

填充颗粒占比对砂岩破碎带突涌水通道形成的影响

隧道修建在穿过导水危险性断层时易发生充填体渗透破坏型突涌水。利用 ＥＤＥＭ-Ｆｌｕｅｎｔ耦合计算方法,探究了填充颗粒和骨架颗粒质量比例不同对突涌水通道形成的影响,考虑了固体颗粒间和流体－颗粒之间的相互作用以及流固耦合过程。研究表明,贯通突涌水通道的形成是由于填充颗粒的大量流失。模型中较高的填充颗粒质量占比使得颗粒平均粒径减小,骨架颗粒间接触数量减少,临界水力梯度提高。但当达到临界水力梯度后,在渗流力作用下填充颗粒更易涌出,颗粒流失速度和流失质量增加,骨架颗粒网络较为稀疏,最终孔隙率较大,形成的突涌水通道相对更为贯通。     

引黄工程北干线支北01号隧洞段工程地质,水文地质问题分析

北干线０１＃隧洞段开工以来，隧洞涌水量大一直困扰着施工的顺利进行。结合前期勘察资料、施工地质编录资料以及施工现场多次调查，认为１＃、２＃斜井近年来该区域地下水位抬升，三个断层带涌水是造成１＃、２＃斜井开挖洞段被淹的主要原因。并提出在地下水比较丰富的洞段，应遵循开挖后紧跟衬砌，必要时对隧洞围岩进行灌浆，在大量涌水的断裂构造带，应进行超前探测，必要时进行超前灌浆封堵措施等建议。     

深埋长大引水隧洞Ⅳ类围岩光面爆破设计

锦屏二级水电站引水隧洞处于高山峡谷岩溶地区,上覆岩体一般埋深1 500～2 000 m,最大埋深约2 525 m,具有埋深大、洞线长、洞径大的特点,地质条件复杂,主要工程地质问题有高地应力、岩爆、突涌水、高地温、有害气体、围岩稳定性差及隧洞穿越多条断层破碎带等。钻爆开挖的质量好坏直接影响工程的整体施工进度和施工安全。控制好开挖质量,将有效减少高地应力影响、岩爆的发生和围岩稳定性差引起的塌方等地质问题。     

红层地区飞仙关隧道特大涌水模型试验

大型隧道涌水常发生于岩溶发育地区,在传统认为缺水、贫水的红层地区实属罕见。飞仙关隧道作为雅康高速公路关键性控制工程之一,在施工至K23+708标段时发生特大涌突水,涌水量高达1.74×10~6 mL/s,经过一个周期性涌水,稳定流量约为3.48×10~5 mL/s。以飞仙关隧道为例,结合前人对隧道涌水的水化学分析成果,采用自主研发的专门用于模拟隧道涌水过程的渗流试验槽装置,将飞仙关隧道K23+658～883段(225m)原型按一定比例缩小为模型,选取飞仙关向斜两个典型剖面进行物理模拟试验。通过对试验涌水量的拟合分析,对比隧道实测涌水特征,验证了顺层顺轴向、顺层绕轴向两种涌水模式,确定了涌水来源与通道。试验结果表明该模型稳定可靠,研究方法及结果对今后类似工程的研究具有指导和借鉴意义。     

深埋隧洞突水、突泥机理研究

突水、突泥是隧洞施工过程中的重要工程灾害，对隧洞突涌水机理的研究有助于预报突水灾害和减少隧洞突、涌水事故的发生。本文利用离散元法在模拟动态问题及破碎物质方面的优势，采用颗粒流PFC3D软件，结合流体动力学数值模拟的有限体积法，建立了由裂隙岩体及断层组成的围岩隧洞突、涌水三维数值模型，模拟隧洞突水、突泥的全过程；探讨了集中水源（断层）水压力、岩体裂隙性状等对隧洞突水突泥的影响。据此提出了工程突水、突泥预防中两个重要的概念：突水临界水压力和前方临界突水距离。并提出了隧洞突水、突泥的发生机理，认为突水发生的前提是存在集中的高压水源。水源压力的大小、开挖面至集中水源的距离、岩体强度、岩体裂隙性状是影响突水的主要因素。