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。     

谈岩溶隧道突水与防治

简要概括了岩溶的定义,从地质、气象、施工三方面,分析了影响岩溶隧道突水的主要因素,论述了岩溶隧道突水造成的危害,提出了岩溶隧道突水的预防与治理措施,为岩溶隧道突水防治提供理论依据。     

圆梁山隧道岩溶突水特征分析

通过统计分析圆梁山隧道5 个深埋充填型溶洞的突水情况、涌出物介质,并结合溶洞涌水量和地表降雨量的关系对比,以及连通性试验和水质分析,总结归纳了圆梁山隧道岩溶的突水特征、岩溶类型和岩溶水动态特征。     

白涛隧道施工风险评价与突水灾害防治技术研究

在我国西南山区,修建隧道工程常会遇到岩溶和不良地质条件,施工中经常出现无法预料的地质灾害,如突水、突泥、坍塌等,造成极大的安全隐患。以重庆市白涛隧道为工程背景,通过系统地补充地质调查和地质分析,探讨了隧道的岩溶发育规律,综合考虑岩组岩性、地质构造、地下水位等因素,对隧道岩溶突水、突泥的风险进行了分段评价,初步提出了岩溶隧道四级风险评价体系,在风险分级的基础上,对不同风险段超前地质预报方案进行了设计,并根据预报情况制定灾害防治措施,该研究对于高风险岩溶隧道的灾害防治具有一定的意义。     

季节变动带内岩溶隧道涌突水危险性评价

季节变动带内岩溶隧道,枯水季节隧道涌水主要由含水层中的静储量以及地下暗河的枯期动储量构成,丰水季节由静储量及洪水期地下暗河动储量构成。由于降雨通过地表的洼地、落水洞迅速补给地下暗河,涌突水的剧增将对隧道施工带来极大的危害。因此,季节变动带内岩溶隧道涌突水危险性评价尤显重要。本文以滇东高原某岩溶隧道K5+850~K10+800段为例,根据段内枯水期稳定涌水量和雨季最大涌水量预测结果和岩石的可溶性(K₁)、地质构造因素(K₂)、地表汇水条件(K₃)、地下水化学特征(K₄)、隧洞埋深与地下水位的关系(K₅),分别进行了涌突水危险性评价。最后以段内地面暴雨前后实际涌水量变化验证涌突水危险性评价结果。     

岩溶隧道突水模式及其前兆信息

山岭隧道在开挖穿越岩溶地区过程中,由于受到复杂的地质条件的影响,往往隧道会遭受突水涌泥等强烈的地质灾害。突水灾害常常引发隧道被淹、开挖设备进水损毁等事故,严重的还会引起当地水土流失,地下水平衡破坏,甚至危及到施工人员的安全,是隧道开挖过程最具威胁的灾害之一。本文将隧道突水模式按破坏类型进行了分类,将其分为渗透型破坏、贯穿劈裂型破坏以及综合型破坏(综合型破坏又可分为拉剪型破坏、剪切型破坏和失稳型破坏)。据本文中划分的突水模式,对不同的破坏形式的地质前兆信息以及超前预报前兆信息进行分类总结,建立了突涌水灾害综合前兆信息判识体系,有效地预防隧道突水灾害的发生,降低施工损失。     

深埋隧道岩溶突水安全风险评价模型研究

基于诱发深部岩溶隧道突水灾害风险因子群的识别,得到了岩溶突水的安全性参评指标并构建出评价指标体系;基于层次分析法,通过专家调查建立了参评因子的判断矩阵及各级权重比较矩阵,并计算得到了各因子的权重值。在此基础上,基于模糊数学理论,建立了隧道岩溶突水安全性评价模型及评判标准。最后结合马鹿箐隧道工程实例,对深部岩溶隧道突水安全风险进行了综合评判,结果与马鹿箐隧道突水实际情况一致,证明了评价模型的正确性与合理性。研究结论可为今后类似隧道工程岩溶突涌水灾害的安全评价提供借鉴与参考。     

推覆构造带碳酸盐岩隧道突水机制及风险规避

以大坪山隧道已开挖段突水点的共性及异性特点为切入点,对武当推覆构造带隧址区的特殊地质构造环境、岩性差异变化及水文地质环境进行剖析。从推覆构造对突水的影响、对蓄水构造控制作用以及水文单元差异3个方面阐述其突水机制。在此基础上,建立包括地层岩组差异、褶皱构造、断裂构造、地形地貌以及水文地质环境等5种地质孕灾因子的风险评价模型。利用模糊优选方法选出最易孕育岩溶突水灾害的地质环境组合,即"寒武系灰岩+向斜核部+张性裂隙+丘陵地貌+充足地表水"。根据权重值进行突水危险性等级划分,提出以地质环境风险评价成果为核心,综合物探方法互为验证的"体–面–线–点"式的岩溶突水风险规避方法,并与掌子面揭露情况进行对比以验证其准确性。验证结果表明:重视地质分析法为核心的综合物探方法是复杂地质构造区域岩溶风险规避中的主要地质预报方向。     

基于岩溶突涌水风险评价的隧道施工许可机制及其应用研究

 突水涌泥是岩溶隧道施工中的主要地质灾害之一,建立基于勘察、设计和施工3个阶段突水风险评价的隧道施工许可机制是减少损失和控制风险的有效途径。通过对我国近50 a岩溶隧道(洞)突涌水工程实例资料的系统收集与归类整理,分析隧道突涌水的孕险环境和致险因子,遴选出突涌水的典型影响因素作为模糊层次评估方法的影响因子,统计分析出各影响因素与突涌水发生概率和发生次数之间的隶属函数或表征关系,采用综合赋权法确定评价指标的权重,建立岩溶隧道突涌水风险模糊层次评价模型,进行隧道施工前勘察和设计2个阶段的突涌水风险预评价和施工中的动态评价。首先,据勘察资料对隧道突涌水的孕险环境进行初步评价,以确定隧道不同区段降低致险因子影响度的施工对策;然后,为检验其有效性,在设计阶段综合考虑孕险环境和致险因子进行突涌水风险的预评价;最后,在施工过程中,基于突涌水风险预评价结果的区段特征,全程动态追踪隧道揭露围岩的水文地质、力场和地球物理场等反馈信息,辨识隧道即将揭露区段突涌水风险的孕险环境和致险因子,进行突涌水风险等级的动态修正,并通过对不同风险等级区段的风险接受准则和风险控制对策的界定,实现隧道施工期突涌水风险的实时、准确和有效的风险管理,从而建立完善的基于隧道施工许可机制的施工安全风险控制体系。经三峡翻坝高速公路3条高风险岩溶隧道试运行证明,基于突涌水风险评价的施工许可机制在岩溶隧道突水预测与灾害控制方面具有明显作用,其分析结果相对准确可靠,具有广泛的应用前景。     

一种典型的岩溶隧道衬砌压裂突水灾害成因与防治

 通过季家坡隧道衬砌压裂突水工程实例分析,研究隧址区岩溶发育特征,提出高陡倾充填型岩溶裂隙蓄水构造形式,分析其形态、充填物性质和致灾机制;采用裂隙封堵、周壁注浆、排水泄压、结构置换、信息化注浆效果评估的水害处治措施治理隧道衬砌压裂突水。高陡倾充填型岩溶裂隙蓄水构造呈高角度裂缝状产出,降雨后,极易在其裂隙空间内积水形成高水压;此外,由于其通透性较差,沉积物运移速度慢,易于在其底部堆积,在自重应力和高水压压实作用下,充填介质沉积、胶结成坚硬与半坚硬状,透水性较差,开挖揭露初期,不出水或仅少量涌水,易于被忽视;但揭露后一段时间,裂隙内充填介质不断流失,最终导致充填物产生管涌、流土或被整体挤出,进而将上方暗河水、溶腔水或地表水等导入隧道,造成衬砌压裂、隧道突水等灾害。研究成果不仅成功应用于季家坡隧道突水灾害处治,对于避免类似突水事故的发生和灾害防治亦有较强的借鉴意义。     

复杂岩溶地区隧道涌水预测方法研究

 岩溶地区隧道地下水涌水预测方法和理论是长期以来难以突破的水文地质难题。基于我国岩溶地区隧道突(涌)水实例分析,从岩溶蓄水模式角度揭示岩溶区易发生涌水的构造机制,指出当前地质超前预报手段在涌水预报方面存在的问题。就岩溶地区隧道涌水量的预测理论研究现状,系统分析各预测方法的优缺点和适用条件。对不同含水地质构造的岩溶区进行划分,提出相应较合理的隧道涌水量预测方法,并结合工程实例验证其可行性。所得结论可为岩溶隧道涌水的预测研究提供借鉴。     

煤矿底板突水评价突水系数–单位涌水量法

 在突水系数Ts基础上,引入反映充水含水层富水性的指标——单位涌水量q,并在大量突水实例统计分析基础上,对突水危险性与突水系数、充水含水层富水性之间的关系进行深入研究,得到一些规律性的认识;提出评价底板突水危险性的新方法：突水系数–单位涌水量法,作为突水系数法的补充,可为含水层富水性较弱而突水系数较大的深部开采底板突水安全评价提供参考依据。     

底板突水危险性评价专家系统及应用研究

 矿井底板突水危险性评价涉及到水文地质、工程地质、开采条件及岩石力学等诸多因素,是一个复杂的理论与技术问题,底板突水危险性评价专家系统正是针对这一难点,将底板突水领域专家经验和理论成果等与计算机人工智能技术相结合,采用突水系数法和突水优势面两条推理途径,提出并运用典型突水案例加权类比的推理策略,初步具备了底板灰岩岩溶发育状况与隐伏断裂构造的预测功能。系统建立内容较为丰富的典型突水案例、专家经验、突水研究理论成果和防治水措施等四类知识库,能够对矿井是否会发生底板突水、突水点位置以及突水类型等做出预测与评价,并具有较强的咨询功能。应用该系统进行实际突水案例的模拟分析,评价结果与实际情况吻合较好。底板突水危险性评价专家系统将对矿井底板水害防治具有一定的实用价值。     

开滦范各庄井田突水特征及煤层底板 突水地质条件分析

 煤层顶底板突水危险性预测与评价是煤矿突水灾害防治的基础和依据,以开滦范各庄井田为依托,从促发与阻抗突水2方面系统分析矿井突水特征和12～14煤层间砂岩裂隙含水层厚度及其特征、突水介质条件(岩性、层间距)和突水构造条件,建立煤层底板突水与地质条件之间的相关关系和模型,并探讨控制机制。研究结果表明,本区发生突水的水源以12～14煤层间砂岩裂隙承压含水层为主,其砂岩裂隙含水层的厚度由井田的浅部向深部增厚;含水层水压随其埋藏深度的增加而增高,呈线性相关关系,且富水性增强。煤层底板隔水性能取决于隔水层厚度及其泥岩百分比含量,底板泥岩极限厚度与水压之间呈正相关关系,随着底板泥岩厚度的增加,泥岩层抵抗水压的能力增强,隔水性能变好,且完整底板泥岩层的抗水能力明显大于含裂隙的底板泥岩层。突水与构造密切相关,突水点最大涌水量与断层密度呈正相关关系。断层突水是由于断层对煤岩层的破坏作用导致在断层附近煤岩层裂隙和孔隙增加,力学强度大幅度降低的结果,且受控于区域构造和现代构造应力环境。这些成果为井田12煤层底板突水危险性评价与预测和井下突水防治提供理论依据。     

新驿煤田奥灰顶部相对隔水性及底板 突水危险性评价

 为探索华北石炭二叠纪煤炭资源,特别是大量受奥灰水威胁的“下组”煤的安全开采问题,根据“奥陶系顶部存在隔水层并可作为隔水关键层”的观点,通过对新驿煤田奥灰顶部岩性、裂隙岩溶充填情况及钻探漏水、测井出水段等各方面的综合研究措施,论证奥灰顶部相对隔水性。在此基础上,分析并评价煤层底板阻水能力的主要影响因素,并对影响下组煤开采的底板奥灰突水危险性进行分区评价。研究结果为新驿煤矿区下组煤开采的防治水工作提供了参考。将奥陶系顶部相对隔水层作为整个煤层底板隔水层的一部分进行底板突水危险性评价,可以使评价结果更准确。     

裂隙岩体深埋长隧洞断裂控水模型及突、涌水量多因素综合预测

 由于深埋长隧洞围岩的力学、水力学特性明显区别于浅埋隧洞,且深部岩体不易勘探,因此深埋隧洞突、涌水量预测难度较大。针对高地应力、高水力梯度和高地温等复杂的深部地质环境,结合南水北调西线工程,提出了以断裂控水模型为基础的多因素综合评判方法。该方法是以大型断裂带为主要地下水通道的宏观地质模型作为基础;再分别研究对突涌水有影响的各种深部地质环境因素的影响规律;最后对宏观模型估算的突、涌水量进行综合修正。该方法为评价深埋长隧洞突涌水和隧洞施工与防护提供一种新的思路。     

高速公路连拱隧道超挖预测及评价研究

通过对金丽温高速公路红枫连拱隧道区的结构面地质特征进行详细分析和现场调查,得出隧道区岩体结构面的特征参数值,在超挖预测中的结构面网络模拟理论及块体理论基础上,利用分析得出的结构面特征参数值对连拱隧道超挖情况进行预测,同时,预测不同块体体积出现的概率以及块体在连拱隧道中可能出现的部位。从分析结果看,连拱隧道的超挖部位主要分布在中导洞与隧道的连接部位;在结构面连通性较好的情况下,在隧道的侧边墙同样会出现较大方量的超挖。最后对隧道超挖预测的结果与现场开挖情况进行对比分析,分析连拱隧道超挖产生的原因,通过验证得出连拱隧道超挖预测的结果与实际结果具有较好的一致性,为连拱隧道的合理开挖提供理论基础。     

断层及滑动构造复合构造区煤层顶板含水层渗流特征及突水危险性分析

 断层及褶皱的存在乃是导致煤矿突水的最重要的因素。为了研究均存在断层及滑动构造的华北型煤田的直接充水含水层的渗流特征,以平煤集团梨园矿宁庄矿井为例,应用有限差分软件MODFLOW,在空间离散、应力期确定、源汇项嵌入处理的基础上,对同时存在断层及滑动构造的内部边界进行了WALL的处理,建立煤层顶板砂岩含水层渗流场模型,并预测了第5,10年后的渗流场的变化规律。研究结果表明,认为在平煤宁庄矿井四7煤底板含水层的水位仍然保持较高的水平,尤其当WN方向开拓经过滑动构造时,突水的危险性仍然较大。