隧道工程勘察阶段涌水预测的问题探讨

隧道涌水量预测对隧道的设计和施工至关重要,相关勘察规范要求在一定阶段预测隧道涌水量。目前有多种方法用于预测隧道涌水量,但每种方法都有其适用范围。通过对这些方法进行分析,结合对实际隧道工程涌水量的预测,对于裂隙岩体中的隧道,要准确预测隧道涌水量,需要解决两个问题:地下水位和渗透系数。以钻孔水位为基础,利用物探技术,建立等效的虚拟基岩裂隙水连续水位线。渗透系数一般由钻孔水文地质试验测得,在涌水预测时,应根据优势结构面产状进行修正。     

柿子园隧道在瞬时强降雨条件下的涌突水灾害分析

成兰铁路柿子园隧道于2018年8月发生了强降雨,降雨量最高达364.4 mm,强降雨后发生了特大涌突水,对隧道产生严重影响,为了研究涌突水的原因,采用水文地质调查、水文学和水文地球化学等方法对涌突水来源和过程进行了识别与分析。研究结果表明：(1)隧道涌水具有岩溶水化学特征,径流途径多为岩溶管道;(2)涌水量与降雨量具有线性响应关系,大气降雨是涌突水的主要补给来源,周边河流与涌突水水力联系较低;(3)暴雨破坏了隧道上覆岩溶含水层结构,致使渗透系数急剧增大是涌突水主要原因;(4)岩溶发育地层为隧道涌突水灾害发生主要段落,在治理时围绕预测涌水量危险较大的段落,进行重点治理。     

贵州某岩溶隧道构造特征及涌水危害分析

根据该隧道的水文地质和工程地质勘察资料,分析评价了其岩层含水岩组的划分、地质蓄水构造、地表水的发育、地下水的发育、地表水及地下水的补给、隧道高程与出露泉点高程的关系,预测了隧道各部位涌水情况,并采用径流模数法预测了隧道的正常涌水量和最大涌水量,预测结果表明隧道涌水部位主要集中在中部,正常涌水量10.3×104m3·d-1,雨季最大涌水量22.9×104m3·d-1,进而提出了隧道的施工建议。     

雁门关铁路隧道涌水量预测与防护措施研究

雁门关铁路隧道施工范围内地表水及地下水发育,为保证施工安全,应对施工范围内地表水及地下水进行评价,并对施工期的涌水量进行预测。根据水文地质和工程地质调查,结合物探及钻探资料综合分析表明：隧道区域构造发育,断层破碎带导水性好;地下水分布以断层带水和基岩裂隙水为主,一般断层带强富水,而基岩裂隙带为弱富水～中等富水。隧道集中涌水段主要发生在断裂构造发育地带。     

煤矿突水危险区疏干涌水及其对地下水流场的影响分析

以鄂尔多斯盆地西南部某井田为研究对象,在煤矿突水危险性分析的基础上,构建煤层开采冒裂带波及上覆强含水层的矿井涌突水预测的地下水三维流数值模拟模型。预测结果表明,煤层开采形成的导水裂隙带是否导通强含水层以及导水裂隙带的渗透性能强弱,对矿井涌突水量以及地下水渗流场影响的差异较大;当导水裂隙带渗透系数小于0.001 m/d,基本为原地层的正常渗透水量;当导水裂隙带的渗透系数大于0.01 m/d,反映原地层遭受较大破坏,矿坑初期涌水为突水量,后期涌水接近稳定涌水量,涌突水对强含水层地下水降深以及流场都影响很大。     

南川至道真高速三泉隧道下穿岩溶暗河涌水点特征

由于岩溶发育的复杂性,岩溶区隧道建设涌水预测难度大。本文选取以暗河下穿越的三泉隧道为研究对象,通过调查、长观等手段,总结暗河影响带涌水点的分布、类型、连通性以及受降雨影响特征。分析得出,隧道涌水点集中分在里程K7+047～K7+0130范围内;涌水量在岩层倾向方向侧涌水段增大;隧道涌水主要位于暗河来水方向侧;涌水点之间具有相对连通性;降雨影响下,溶隙涌水点水量变化幅度小,岩溶管道涌水点水量变化幅度大。     

特长隧道岩溶涌水量预测方法分析

由于岩溶区隧道穿越空间的复杂性、多变性和特殊性,加之地区差异性和水文循环系统的不确定性,各类预测方法均存在其自身的缺点,致使涌水量预测与实际存在一定差异。从水文机理和岩溶水的运动特征出发,结合岩溶区快速补给与慢速补给的差异与特征,采用水均衡法、地下水径流模数法和隧道涌水专家评判系统3种方法,对金奎地特长隧道岩溶涌水进行预测分析。结果显示,水均衡法计算结果值最大,径流模数法计算结果值最小,专家评判系统计算结果值在二者之间。经验证,专家评判系统更为精确,该方法强调次降雨对隧道岩溶涌水的作用,提高了隧道岩溶涌水量预测的精度。     

沪蓉高速公路乌池坝隧道区岩溶发育特征及其涌水分析

乌池坝隧道区有6种岩溶地貌类型,涉及2个岩溶水系统（3条地下河）。其中白岩坝地下河发育受碳酸盐岩层组类型控制,管道结构单一,具有侧向补给、纵向排泄的水文地质特征;龙潭和毛田地下河发育受构造控制,具有多分支、多级排泄的特征。本文将乌池坝隧道分成3部分5个岩溶区段,评价了各区段岩溶发育对隧道涌水的影响,认为从ZK256＋300至ZK257＋000段,岩溶涌水可能性极大。采用大气降水入渗系数法和地下水疏干法,对各岩溶区段隧道涌水进行计算预测,其中ZK256＋300至ZK257＋500段涌水量达31．3×10^4m^3／d。[      

鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田典型顶板水害防控技术与应用

黄陇侏罗纪煤田厚煤层开采导水裂隙带发育高度大,易导通上覆白垩系洛河组巨厚砂岩含水层,区内青岗坪煤矿回采期间出现典型的“脉冲式”涌水特征,给矿井的安全回采造成严重影响。以青岗坪煤矿42105综放工作面为研究对象,采用3DEC离散元模拟、钻孔冲洗液漏失量、综合物探以及钻孔电视相结合的实测方法,对工作面回采过程中覆岩导水裂隙带和离层发育规律进行研究,探究该典型地质条件下矿井的涌水机制与导水裂隙带发育特征。结果表明：42105工作面导水裂隙带受覆岩周期性垮落影响不断向上发育,洛河组孔裂隙砂岩静储水不断释放,间歇性涌入工作面,形成幅值稍低的“脉冲式”涌水;在采动影响下巨厚砂岩含水层内不断出现离层,导水裂隙带导通砂岩含水层离层积水区,致使涌入工作面的瞬时涌水量突增,形成幅值较高的“脉冲式”涌水。结合现场钻孔冲洗液漏失量实测、综合物探以及钻孔电视结果,揭示了青岗坪煤矿洛河组孔裂隙砂岩静储水与离层水叠加影响的“脉冲式”涌水机理,确定导水裂隙带的最大发育高度为316.83~333.00 m,裂采比为30.17~31.71。研究结果对于类似地层条件下矿井涌水的防治和安全高效回采具有指导意义。

     

重庆南山隧道工程涌水隐患研究

运用地下水动力学法计算隧道涌水影响半径,采用地下水动力学法、古德曼经验公式,经验解析法公式计算涌水量,并比较中梁山铁路隧道修建对漏水的影响,得到以下结论:(1)从涌水半径来看,南山隧道涌水半径(642m)比轻轨隧道涌水半径(727m)小。轻轨隧道高程较南山隧道高程低,因此轻轨隧道拦截了一部分集雨面积,使得南山隧道涌水量降低。(2)科斯加科夫渗透入量法结果与调查结果更为接近。(3)涂山湖大湖漏水的影响远远小于小湖。这可从中梁山隧道引起的漏水得到启示。涂山湖在南山隧道的影响半径之内,其中大湖因为泥沙淤积时间长,因此受影响小,涂山湖的小湖因为成湖时间不长,因此受影响大。同时要注意南山隧道漏水,浮托力消失,在隧道漏水影响范围内注意岩溶塌陷的隐患。在积极面对南山隧道漏水可能存在的隐患之外,还应该调动群众的力量,将损失影响减少到最小。     

双连拱隧道围岩变形有限元与BP神经网络耦合分析

以浙江金(华)-丽(水)-温(州)高速公路永嘉鹿城段的红枫双连拱隧道为工程背景,建立了基于神经网络的连拱隧道围岩变形预测模型.利用施工过程中左洞量测的围岩变形进行反分析,确定出围岩的力学特性参数,再通过数值分析方法对隧道右洞围岩变形和稳定性做出合理的评价和符合实际的预测,从而更有效地对支护参数和施工方法进行反馈设计.通过预测值与实际监测值的比较可以看出,其预测精度满足岩土工程的要求,具有一定的工程意义.     

隧道涌水量的类型划分及预测方法

根据工程应用的目的不同将隧道的涌水量划分为施工涌水量和长期涌水量,针对涌水量预测方法常常存在使用不当的问题,在全面分析隧道涌水量预测方法的适用条件的基础上,按不同的水文地质条件提出了正确选择隧道涌水量预测方法及其计算参数的建议。     

偏压状态下非对称连拱隧道有限元分析

非对称连拱隧道是一种特殊隧道,具有几何不对称、结构不对称等复杂的力学特征。而非对衬连拱隧道的修筑不可避免要穿越偏压地形,偏压地形又会对隧道的受力状态产生较大的影响。采用有限元单元法对偏压地形条件下非对称连拱隧道进行数值模拟分析,根据大洞径隧洞和小洞径隧洞的左右位置不同的情况下围岩及衬砌结构受力变形特点,得出在偏压状态下非对称连拱隧道中的小隧道应设计在埋深大一侧的结论,为隧道的设计提供了一定的理论依据。 关键词：非对称隧道;偏压状态;连拱隧道;数值模拟     

软岩巷道围岩流变大变形有限元计算方法

本文针对软岩工程中围岩流变大变形问题，以有限变形力学理论为依据，采用更新拖带坐标法编制非线性大变形有限元计算程序，对软岩巷道流变大变形问题进行了数值模拟计算。在计算中，选用了适合描述软岩流变大变形的物性方程，并考虑了锚杆和拱两种支护方式。结合表明，本文采用的理论和计算方法合理，计算程序具有精度高、收敛速度快等优点，展示了良好的应用前景。     

Visco-Plastic Behaviour around Advancing Tunnels in Squeezing Rock

Summary  The visco-plastic behaviour of rocks plays a relevant role in the tunnelling works, especially for deep tunnels subjected to large initial stresses for which squeezing conditions may develop. A rheological model is discussed that accounts for visco-elastic (primary) and visco-plastic (secondary) contributions to rock creep. The effects of tertiary creep are included in the model by way of a gradual mechanical damage governed by the cumulated visco-plastic strains. The parameters of the intact rock are first identified based on laboratory test results presented in the literature. Then, after scaling them to those of the rock mass, the potential applicability of the model is tested through axisymmetric and plane strain finite element analyses of the full face excavation of a deep circular tunnel. The results are discussed with particular reference to the short term redistribution of stresses around the opening and to its convergence. The analyses show the relevant influence of tertiary creep on the tunnel closure. In addition, those based on an axisymmetric scheme turn out to be crucial for the correct long term prediction of the interaction between the rock mass and the supporting structure of the opening.     

Alteration of the oceanic crust: Implications for geochemical cycles of lithium and boron

Fresh tholeiitic basalt glass has been reacted with seawater at 150°C, (water/rock mass ratio of 10), and fresh diabase has been reacted with a Na-K-Ca-Cl fluid at 375°C (water/rock mass ratios of 1, 2, and 5) to understand better the role of temperature, basalt composition, and water/rock mass ratio on the direction and magnitude of B and Li exchange during basalt alteration. At 150°C, slight but nevertheless significant amounts of B and Li were removed from seawater and incorporated into a dominantly smectite alteration phase. At 375°C, however, B and Li were leached from basalt. B behaved as a “soluble” element and attained concentrations in solution limited only by the B concentration in basalt and the water/rock mass ratio. Li, however, was less mobile. For example, at water/rock mass ratios of 1, 2, and 5, the percent of Li leached from basalt was 58, 70, and 92% respectively. This suggests some mineralogic control on Li mobility during hydrothermal alteration of basalt, especially at low-water/rock mass ratios. In general, these results, as well as those for B, are consistent with the temperature-dependent chemistry of altered seafloor basalt and the chemistry of ridge crest hydrothermal fluids.Based on the distribution and chemistry of products of seafloor weathering, low (≤ 150°C) and high-temperature hydrothermal alteration of basalt, and the chemistry of ridge crest hydrothermal fluids, it was estimated that alteration of the oceanic crust is a Li source for seawater. This is not true for B, however, since the hot spring flux estimated for B is balanced by low-temperature basalt alteration. These data, coupled with B and Li flux estimates for other processes (e.g., continental weathering, clay mineral adsorption, authigenic silicate formation and formation of siliceous skeletal material) yield new insight into the B and Li geochemical cycles. Calculations performed here indicate relatively good agreement between the magnitude of B and Li sources and sinks. The geochemical cycle of B, however, may be affected by serpentinization of mantle derived peridotite in oceanic fracture zones. Serpentinites are conspicuously enriched in B and if the B source for these rocks is seawater, then an additional B sink exists which must be integrated into the B geochemical cycle. However, until more data are available in terms of areal extent of serpentinization, serpentite chemistry and isotopic composition, the importance of B in these rocks with respect to the B geochemical cycle remains speculative at best.     

连拱隧道施工过程的三维空间效应模拟与分析

采用三维有限元方法动态模拟了连拱隧道的施工过程,并分析和探讨了隧道在开挖过程中围岩变形的时空效应以及左右洞施工的相互影响。分析结果表明,对单洞施工,开挖面对围岩变形的影响范围为其前后方2.5 B（B为隧洞净宽）;考虑右洞开挖,对左洞围岩位移的影响范围分别为开挖面前方（未开挖）2 B和开挖面后方（已开挖）1 B。最后分析了拱顶最大沉降量随开挖面推进的变化和产生的位置以及右洞开挖的影响。     

深部隧道爆破开挖诱发围岩损伤与扰动效应数值分析

现阶段,不同地应力条件下深部岩体受爆破作用的损伤破坏分析尚显不足。为了研究深部隧道围岩爆破开挖损伤破坏规律,基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用Riedel-Hiermaier-Thoma本构模型,对不同地应力环境下隧道爆破效果影响因素、围岩扰动范围等问题进行数值分析。结果表明：双向等压隧道的断面损伤程度与地应力水平呈负相关;随着地应力上升,地应力对隧道底板的损伤抑制作用渐为明显;隧道腰部围岩受爆破扰动较为突出,其应力和振动速度均随侧压力系数增大而大幅升高,且振动速度增幅超过40%,明显高于顶部围岩;在垂直应力20 MPa条件下,腰部测点应力、振动速度幅值随侧压力系数增加而增大的趋势较缓;当垂直应力升高至60 MPa时,侧压力系数对围岩扰动的影响较大。相关结论对实际工程施工具有重要指导意义,同时对隧道围岩稳定性监测与支护参数优化具有一定参考价值。     

不同埋置深度的山岭隧道地震响应分析

根据大量震害资料的调查分析发现,地下结构埋置深度对其地震破坏程度影响很大。通过有限元方法计算8种不同埋置深度条件下的山岭隧道地震响应,并对计算模型的地震输入方法进行了验证,证明地震波输入处理方式的合理性。讨论埋深对结构动力响应的影响,提取衬砌关键节点的竖直向和水平向加速度、位移峰值,分析随着埋深的增大,加速度和位移峰值的变化情况,并以拱顶为例,计算每个埋深变化段的加速度和位移峰值变化率,得到了一定的规律性,如埋置深度从5 m增大到50 m,衬砌结构动力响应峰值大小下降较快。此外,还分析了埋深增大对衬砌结构内力峰值的影响。最后,提出在高烈度地震区修建隧道时其埋置深度尽可能不小于50 m,这为相关工程的修建提供了参考依据。     

浅埋隧道围岩应力场的计算复变函数求解法

对于受地表边界和地面荷载影响的浅埋隧道的围岩应力场,由于在数学处理上存在一定的困难,很难用解析解来进行分析,而通常采用边界元或有限元的数值方法来解答。为了求解浅埋隧道的应力场,采用边界配点来确定边界条件,同时用保角映射将一个含圆孔的半无限空间区域映射为圆环域,然后把这个区域内的解析函数展开成Laurent级数的形式,利用Muskhelishvili的复变函数理论和最小二乘法来确定解析函数的各项系数,从而求得浅埋隧道围岩压力的半数值、半解析解,最后通过算例给出了围岩应力的分布情况。计算结果表明,该方法计算精度高、计算量小,具有应用价值。