隧道岩溶突水、突泥危险性评价初探

通过对渝怀线圆梁山隧道等近20座隧道岩溶突水、突泥机制的深入研究,在充分考虑方法可操作性、适用性,定性与定量评价相结合的基础上,提出了“隧道突水、突泥危险性分级体系”。建立起了以可溶岩的物质结构、地质构造条件、场效应条件、其它条件因素为一级评价指标,以断裂破碎带宽度、承压水压力条件、地形地貌特征、隧道埋深等13个影响因素为二级指标的评价体系。用层次分析法确定了各因素的权重,采用定性、定量相结合的方法确立了各指标的隶属度,并根据隧道突水、突泥危险性级别制定了相应的防治措施。最后以圆梁山隧道毛坝向斜段为例,对隧道突水、突泥危险性进行了分级评价。结果表明,毛坝向斜段隧道突水、突泥极危险区长度为992 m,约占该段总长的54.07%。      

云南万寿山地区岩溶水系统特征及隧道选线研究

岩溶地区隧道建设中常发生突水、突泥等地质灾害,危及工程和施工人员安全,故隧道线路的优化工作尤为重要。本文以三清高速万寿山隧道为例,通过大比例尺水文地质调查,查明了区域岩溶水系统的空间展布和岩溶地下水的循环特征,研究了不同隧道方案与岩溶水系统的空间位置关系,并预测不同线位方案岩溶水害的发育特征。在此基础上,选取隧道穿越断层数量、隧道穿越岩溶含水层长度、最大突水压力以及最大突涌水量作为隧道方案比选的定量评价指标,基于层次分析法,建立岩溶地区隧道线路综合评价模型。对不同线位方案进行地质比选,结果表明：C方案的岩溶水文地质条件相对较好,岩溶突水突泥风险最低。     

高风险岩溶隧道掌子面突水机制研究

在我国西部强岩溶地区,越来越多的长大深埋隧道潜在突水、突泥的风险,由于隐伏岩溶水体位置、规模以及体量的不确定性,突水模式与类型异常复杂,隧道掌子面的突水风险系数极高。对于隧道开挖后围岩结构完整性较好的掌子面,在特大体量隐伏岩溶水体作用下,当开挖面进入安全厚度内迅速发生破断突水,具备明显的突变特征。针对隧道掌子面发生破断突水的突变特征,采用数值手段探讨了施工条件对突水突变现象的影响。将隧道简化为圆形,建立了掌子面失稳的折叠突变模型,通过对系统势能函数的分析,推导了隧道掌子面发生破断的突水条件和最小安全厚度计算公式,基于系统势能突变控制参数灾变演化路径的分析,提出了掌子面突水的具体防治措施,并结合工程实例验证了其可行性。     

岩溶区隧道突水灾害防治原则及治理对策

突水已经成为我国岩溶地区隧道修建中最严重、且最常见的地质灾害。本文通过岩溶区隧道施工中突水灾害防治技术现状的调研,结合宜万铁路沿线众多岩溶隧道突水灾害治理的工程实践,总结、概括了我国近一个时期岩溶隧道施工中突水防治的基本原则和治理对策,这对今后类似隧道工程防治水技术有较大的借鉴价值和指导意义。     

基于不同渗流方程的岩溶隧道涌突水过程模拟

岩溶隧道开挖过程中突水发生机制复杂,本文以Darcy定律、Brinkman方程及Navier-Stokes(N-S)等渗流方程为基础,应用多场耦合数值分析工具,在计算模型中耦合Darcy流、Brinkman和N-S等不同的渗流控制方程,将深部含水层、隧道开挖破碎带和隧道临空面整个突水水流路径相连接,实现突水流动的全过程模拟。明月山隧道突水算例表明,在开挖扰动作用下,地下水沿节理裂隙流动导致隧道突水;单一裂隙水流速和水压较大,而多管道溶隙具有分流分压作用;隧道与断层呈小角度相交时流速较小,断层能起到截水的作用,而呈大角度相交时,断层不仅有导水的作用,更加剧了突水的流通。     

基于三维离散-连续耦合的岩溶隧道突水破坏模式研究

岩溶隧道在修建的过程中难以避免接近溶腔甚至高承压水溶腔,而突水破坏极易引发安全事故甚至对隧道产生不可逆的影响,因此对岩溶隧道突水破坏模式的研究有利于解决相关安全问题,并对选线安全具有一定参照意义。通过三维离散-连续耦合数值技术,对微观离散颗粒物理、力学参数进行标定并验证,模拟水压作用下下伏溶腔与隧道仰拱之间的防突岩体垮塌过程。根据试验结果将防突岩体的破坏模式分为3类：剪切破坏模式、弯折破坏模式和复合破坏模式。弯折破坏模式表现为防突岩体中部和两端拉伸裂缝呈贯通状;剪切破坏模式表现为防突岩体两端裂缝呈剪切态;复合破坏模式则同时具有二者的共同特性。3种破坏模式所引起的裂缝发育规律相似,均可分为初始发育、快速发育和平缓发育3个阶段。初始发育阶段时防突岩体所存在的裂缝数量较少;维持水压力防突岩体的裂缝数量突增并进入快速发育阶段;而后防突岩体中的裂缝产生贯通效果进入平缓发育阶段,最终防突岩体整体垮塌。由此得出结论：突水破坏在岩溶隧道中是一个渐变的过程,但对岩溶隧道总体安全性有不可逆的影响。     

某艰险山区铁路隧道岩溶发育特征及涌突水危险性评价

某艰险山区铁路隧道是重要的控制工程,区域构造运动活跃、工程地质环境极为复杂,需穿越上三叠统波里拉组灰岩条带,岩溶突涌水问题突出。为了准确评价隧道涌突水的危险性,通过地质调绘、深孔钻探等手段,对隧道水文地质特征进行精细的调查和深入的分析,探明隧道岩溶发育特征及范围,将隧址区地下水径流系统分为局部表层、浅层和区域深层径流系统,并遵循多元、多层次的分析评价思路,选取不同评价指标,构建非可溶岩段和可溶岩段隧道涌突水危险性评价体系。评价结果显示,隧道涌突水问题总体以较低危险性为主,高和极高危险段仅约占隧道总长的4%和1%,主要受控于波里拉组灰岩条带和额艾顿断裂带。     

圆梁山隧道岩溶突水机理及防治对策研究

采用现场调查、数值模拟与理论分析相结合的研究方法,对圆梁山隧道岩溶突水的机理及其防治技术进行了系统地研究,揭示了隧道岩溶突水是受水压、岩溶充填物与隧道围岩塑性区范围等影响的渐进破坏过程,总结了隧道岩溶突水机理,并针对圆梁山隧道揭示的溶洞情况,制定了岩溶突水的防治原则,实现了复杂岩溶条件下安全、高效的施工效果。     

隧道岩溶水地质灾害治理

随着科技进步，铁路隧道施工工艺要求越来越高，防止水资源流失及其对隧道运营期造成的危害，显得至关重要。渝怀铁路控制工程之一的歌乐山隧道位于重庆市郊，隧道穿越地区居住有6万余人，是人口密集地带。该地区岩溶发育，设计最大涌水量达53000m^3／d，如果不采取可行的堵水治理措施，不仅会造成地下水的流失，而且将使地表生态环境遭到破坏。施工中，通过采用超前预注浆、全断面帷幕注浆及局部补注浆技术，成功堵住单孔涌水量达14000m^3，d、压力为2．2MPa的岩溶水，实现“防水堵漏”目标。     

西南典型紧窄褶皱小尺度浅层岩溶水系统特征及隧道涌水分析

西南地区典型紧窄褶皱控制下的浅层岩溶水,具有循环交替快、水量丰富等特点。精细刻画小尺度浅层岩溶水系统模式类型及其特征,对于探讨岩溶水资源量以及中—浅埋隧道涌水条件具有重要意义。本文以西南典型紧窄褶皱——重庆铜锣山背斜和遵义铜锣井背斜为研究对象,细致地梳理岩溶水系统特征的控制性因素,提出地层空间结构的细微差异导致含水介质及地下水补给、径流、排泄特征等不尽相同。据此,将研究区浅层岩溶水系统细分为四类小尺度模式,并基于各模式差异分析中—浅埋隧道涌水条件。研究认为：穿越不同小尺度岩溶水系统的隧址段,其涌水条件具有一定差异;间互式地层空间结构导致小尺度浅层岩溶水系统之间因地表水体的转换而存在联系,计算涌水量时需考虑相邻可溶岩地层外源补给,而包裹式结构则造成各系统相对独立,计算时需考虑相邻非可溶岩地层外源补给;深切河谷排泄边界,不可忽略降雨对隙流散排型模式的补给,计算涌水量时,降雨量参数应小于年均降雨量,但若边界为浅切河谷,降雨量参数可直接选用年均降雨量。     

小三峡岩溶隧道围岩防突层安全厚度有限元分析

针对小三峡隧道岩溶发育的工程地质特征,采用有限元方法建立典型隧道断面数值计算模型,分析充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离时隧道围岩位移和塑性区变化规律,并结合围岩的位移变化情况和塑性区分布情况作为评价隧道围岩突水的判据,得出防止隧道围岩突水的岩层最小安全厚度。研究结果表明：在岩溶水压力作用下,当洞径比一定时,随着溶洞逐渐远离隧道,溶洞对隧道的影响在逐渐减弱;当间径比一定时,溶洞直径越大对隧道的影响越明显;同时根据围岩的位移和塑性区计算结果得到了隧道围岩最小防突厚度。研究成果可为小三峡隧道安全施工提供技术支撑。     

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。     

基于变权重−云模型的岩溶隧道涌突水灾害风险评估——以中梁山隧道为例

针对岩溶隧道涌突水的致险因素的不确定性、复杂性和隧道涌突水风险评价的主观性,以成渝中线中梁山岩溶隧道工程为背景,建立基于正态云模型的隧道涌突水风险评价方法。通过选取地层岩性、地质构造、地表汇水条件、隧道空间位置、地下水循环交替条件作为风险影响因素,构建涌突水风险评估体系;基于正态云模型确定的各影响因子数字特征及变权向量计算综合隶属度,最终判定岩溶隧道涌突水灾害风险等级。结果表明：成渝中线中梁山隧道涌突水灾害为“II级”与“Ⅴ级”之间,涌突水灾害发生可能性大且危害高,与实际开挖结果一致。文章构建的岩溶隧道涌突水灾害风险评估方法,实现了多元决策下的隧道涌突水灾害风险分级客观性,适合岩溶隧道的风险评估,为日后隧道质量控制和寿命评估提供参考。     

深埋特长隧道岩溶高压涌水灌浆封堵技术研究与实践

以贵州省德江至务川高速公路德江特长分离式隧道岩溶高压涌水为例,探讨了隧道高压涌水封堵的钻孔设备、灌浆材料选择和封堵施工工艺。对双洞连通型、单洞独立揭露型、单洞独立未揭露型高压涌水采取引排泄压反堵法,止浆墙结合轴向、径向封堵法,超前预灌浆法等方法进行处理,成功处治了德江隧道多个断面高压岩溶涌水问题,使隧道掘进工作得以恢复,保障了工程安全,缩短了建设工期,取得了良好的经济和社会效益。      

地下水多元示踪试验在岩溶隧道水害预测中的应用——以张吉怀高铁兰花隧道为例

以张家界—吉首—怀化高速铁路兰花隧道为例,在岩溶水文地质调查基础上结合地下水多元示踪技术,查明了兰花隧道隧址区各岩溶地下水系统以及地下暗河管道的空间展布。结果表明:（1）兰花隧道及其附近区域全部为寒武系碳酸盐岩裸露区,以峰丛洼地为主,地表和地下岩溶极为发育;（2）兰花隧道隧址及其附近区域共发育有呆业洞和兰花洞两个独立的地下暗河系统,其中Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号三个岩溶水系统属于兰花洞地下暗河系统的子系统;Ⅳ号岩溶水系统属于呆业洞地下暗河系统;（3）Ⅳ号岩溶地下水系统在平面和剖面上都没有与兰花隧道相交,不会对隧道突涌水构成威胁;（4）兰花洞地下暗河系统以中部兰花洞暗河天窗为界分为上游和下游两段,上游段Ⅰ号和Ⅱ号岩溶水系统在平面和剖面上都没有与兰花隧道相交,不会对兰花隧道突涌水构成威胁;下游段Ⅲ号岩溶水系统在平面上与兰花隧道相交（交点里程为DK60+100）,可能存在隧道突涌水风险;（5）依据高分辨率降雨-水文动态监测数据,采用降雨入渗系数法预测在极端暴雨情况下兰花隧道揭露Ⅲ号岩溶管道的最大涌水量为7.08×104 m3?d-1。      

岩溶地区隧道施工综合预报技术案例分析

由于岩溶地区隧道地质条件的复杂性,在隧道施工过程中实施准确及时的隧道综合地质超前预报是非常有必要的,并且对隧道内不同段落进行风险评价和风险分级,以实现和提高对岩溶隧道不良地质灾害的综合预报。此次研究以伊家岩隧道为工程背景,通过严格实施该综合超前地质预报方案,成功预报了隧道掌子面前方的岩溶,结合预报结果和实际揭露的对比分析,其综合预报准确率可到90%以上,证实了该综合预报方法具有较高的系统性和工作效率,有效地指导了隧道的安全施工,为同类工程提供了技术资料和经验。