岩溶隧道突水风险评价理论与方法及工程应用

 考虑地下工程地质条件的复杂性和风险本身的不确定性,以属性数学理论为基础,提出一种可实现定量评价的属性区间评价理论与方法,其核心在于风险指标的取值是一个区间,并提出适用于该理论的综合属性测度分析和属性识别分析方法,结合工程实例给出属性识别分析方法的采用原则。选取岩溶突涌水灾害的7个主要影响因素,构成突水风险评价的指标体系,建立相应的风险评价模型,并采用综合赋权法进行突水风险指标的权重分析。针对某一隧道段落的突涌水风险,采用建立的评价模型进行计算分析,并与现场情况和属性数学模型的评估结果作对比,验证该理论与方法的合理性及可行性,为地下工程灾害风险定量评价提供一种有效的方法和途径。     

高风险岩溶隧道突水突泥灾害前兆规律与应用研究

隧道突水突泥会对工程建设带来巨大的安全隐患和经济损失,逐渐成为高风险岩溶隧道施工急需解决的关键科学技术难题。在系统收集整理大量岩溶隧道突水突泥实例的基础上,总结出包括地下水、岩组、地质结构面、岩层产状、沉积期古剥蚀面、地形地貌和降雨等7大主要地质影响因素,研究了岩溶水体和不良地质体在地球物理场上表现出的响应特征,即在地震波、电磁场的传播过程中,遇到该类介质时某种特殊的前兆信号信息,解译岩溶水体和不良地质体在地球物信息场上的响应特征,辨识导致灾变的前兆信息,并在实际隧道工程施工中得到了成功的应用,对建立突水突泥预测预报方法具有非常重要的理论价值和工程指导意义。     

基于属性识别理论的金属矿山采空区塌陷灾害风险评估

采空区塌陷灾害风险评估是保证矿区安全生产的关键,基于改进的属性数学理论建立了采空区塌陷危险性评价模型,评估了采空区塌陷灾害的风险等级。首先选取地质因素、力学性质、空区参数和施工因 素作为属性评价的一级指标;其次利用重要性原则及可获取的难易程度,将4个一级指标划分为14个二级指标;然后利用层次分析法对属性评价指标分配权重,进行属性测度分析,通过构建各评价指标的属性测度函数 来计算单指标属性测度并改进综合属性测度;最后,将数值模拟方法应用于采空区塌陷风险评估中,利用FLAC3D软件建立了采空区及其围岩的三维仿真模型,分析了塑性区的分布规律。根据上述思路,基于构建的风 险评价体系和置信度准则,对弓长岭矿区现场参数进行了工程验证,评估的塌陷危险性等级为C2,表明该采空区具有中等危险性,评价结果与现场实际条件吻合较好,验证了该评价模型的可靠性。     

灰岩单轴压缩过程中干燥与饱水状态对声发射特征的影响

为探究水岩耦合条件下的声发射规律,通过开展干燥与饱水灰岩单轴压缩条件下的声发射监测试验,并结合快速傅里叶变换、短时傅里叶变换与离散小波变换这3种常用的声发射信号分析方法,对比分析了干燥与饱水灰岩的时域参数、频率特征与典型破裂信号的时频特征。结果表明:水对于岩石的变形破坏特征影响显著,相对于干燥状态,饱水试样的单轴抗压强度下降明显,且幅值、能量以及振铃计数等基本时域特征参数均呈现出大幅降低的特点;岩样破坏前,干燥与饱水灰岩都表现出由“高主频、低幅值”向“低主频、高幅值”过渡的总体变化趋势;干燥岩样破坏前主频值高于饱水岩样,完全破坏后却低于饱水岩样,主频下降幅度大,而饱水岩样的主频值波动较小,频率较为稳定。研究结果对于工程尺度的防突机构声发射监测具有一定的参考价值。     

地震波超前探测岩层破碎带的识别方法及其工程应用

结合TSP203超前地质预报系统在湖北宜巴高速郑家垭隧道的探测情况,阐述了应用TSP方法探测岩层破碎带的判断准则,探测结果与隧道现场的开挖情况基本一致,对隧道施工进行了及时有效的指导,为类似工程提供了参考和借鉴。     

三峡库区典型岩溶隧道突涌水灾害防治与应用

三峡翻坝高速公路沿线水文地质条件极其复杂,岩溶不良地质十分发育,隧道施工突涌水风险极高。为控制突涌水风险,经过大量工程实践,依托三峡翻坝高速公路,提出一套高风险岩溶隧道突涌水防治体系。首先,通过岩溶水文地质调查方法,分析地层岩性、地形、地貌等信息,揭示区域岩溶发育特征和补排通道,并对降雨量、水流流量等数据进行长期观测,确定区域岩溶水的补径排特点;然后,通过分析突水风险孕险环境与致险因子,结合施工工程动态信息,对隧道突水进行动态风险评估,提出并成功实施一种基于隧道施工风险评估的超前地质预报体系;最后,根据综合超前地质预报结果,对突水治理方案进行动态优化设计,确定治理区段与治理方案,并在施工过程中进行开挖、支护和注浆的质量控制。经三峡翻坝高速典型岩溶隧道鸡公岭隧道的应用证明,该体系可有效规避大型突涌水等地质灾害,可为三峡库区和清江流域内其他工程所借鉴,具有广泛的应用前景和工程实用价值。     

导洞超前开挖施工性态空间效应分析

围岩变形机制及稳定性控制是隧道施工过程中关键技术之一。针对导洞超前开挖施工性态空间效应,采用有限差分软件FLAC3D模拟分析隧道施工过程中围岩变形规律,并与全断面法、上下台阶法作对比分析。研究表明:导洞超前开挖施工引起的水平收敛、拱顶沉降位移变化速率最小,开挖形成临空面之后产生的水平收敛和拱顶沉降值最小,有利于隧道围岩的稳定;水平收敛值随隧道埋深、侧压力系数的增大呈线性增大;拱顶沉降值随埋深的增大呈线性增大,随侧压力系数的增大呈非线性增大趋势;隧道埋深越大,水平收敛、拱顶沉降先行位移占总位移比例越大;侧压力系数越大,水平收敛先行位移所占比例越大,而拱顶沉降先行位移所占比例越小。结合宜巴(宜昌至巴东)高速公路石门垭隧道施工现场监测数据,验证所得结论的可靠性,可为同类工程借鉴,具有一定的科学意义和工程实用价值。     

特长深埋隧道裂隙水综合预测方法与应用

隧道涌水是施工过程中经常遇到的一类地质灾害,给隧道施工带来安全隐患和经济损失,因此,对隧道掌子面前方的裂隙水发育情况进行准确及时的超前预报,具有重要意义。总结了常用隧道涌水量计算方法和裂隙水超前预报方法,并对各方法优缺点及适用范围作了比较。依托宜(昌)-巴(东)高速公路石门垭隧道工程,利用地质分析方法对隧道全段进行裂隙水发育情况和超前预报方案的划分,并结合涌水量计算与TSP 预报系统对裂隙水进行预报,收到了良好的预报效果,对类似工程具有一定的指导意义。     

超大断面小净距隧道工法适用性研究

超大断面小净距隧道往往处于洞口段,具有地质条件差、工序多、干扰强等特点。施工中分部过多会影响工效、分部过少易导致失稳,所以合理的开挖工法至关重要。依托济南绕城高速连接线大岭隧道工程,采用数值分析、现场实测方法对半步CD法、CD法和双侧壁导坑法三种可能的开挖工法进行适用性比选研究。以拱顶沉降、夹岩水平位移、夹岩应力为指标对不同工法的施工力学行为进行分析,发现大岭隧道后行洞施工对先行洞产生影响,不同工法的影响程度排序：半步CD法>CD法>双侧壁导坑法。但半步CD法影响程度并未显著高于CD法和双侧壁导坑法,其增加量最大为12%,现场可采用半步CD法进行施工。最后钢架应力、位移等监测数据表明：半步CD法可以保证工程安全、缩短工期、降低成本,是三种工法中最适用的工法。半步CD法的使用产生了较好的经济效益和社会效益,可为类似地质条件下超大断面小净距隧道的设计和施工提供技术指导。