高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究
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岩溶隧道超前预报方案优化策略研究摘要:岩溶隧道是隧道工程中的一类特殊隧道,其地质灾害风险较高,施工难度较大。
为了提高岩溶隧道的施工效率和工程质量,超前预报方案的制定至关重要。
本文通过对岩溶地质特征进行综合分析,结合前人研究成果,提出了针对岩溶隧道超前预报方案的优化策略。
关键词:岩溶隧道;隧道工程;方案一、岩溶隧道超前预报方案的优化策略分析(一)岩溶地质分析优化策略岩溶地质是指石灰岩、石膏岩、盐岩等可被溶解的岩石在水和大气等自然力的作用下发生的物理、化学和生物作用的地质过程。
岩溶地质分析优化策略,是指在分析岩溶地质地貌特征和发育规律的基础上,制定出合理的岩溶地质开发和保护的策略。
首先,岩溶地质分析优化策略需要对地质地貌特征进行深入分析。
对于不同的岩溶地质地貌类型,需要进行详细的地质地貌调查,包括地形、地貌、岩体结构、岩石组成、水文地质、气象等方面的调查。
通过综合分析,可以了解岩溶地质地貌特征及其发展规律,为优化岩溶地质开发和保护策略提供科学依据。
其次,岩溶地质分析优化策略需要制定科学的岩溶地质开发和保护方案。
针对不同的岩溶地质类型,制定合理的开发和保护方案,包括对开发项目的合理选址、工程设计、施工过程中的监测和控制、开发后的环境治理和恢复等方面进行综合考虑和规划。
同时,需要注重环境保护和生态恢复,确保岩溶地质开发和保护的可持续性。
最后,岩溶地质分析优化策略需要加强监测和评估。
对于已经开发的岩溶地质地貌,需要加强监测和评估,及时发现和解决存在的问题,保障环境和生态的稳定和可持续性。
对于尚未开发的岩溶地质地貌,需要进行岩溶地质风险评估,确定开发潜力和风险等级,制定合理的开发和保护策略。
(二)隧道设计优化策略首先,隧道设计优化需要从地质条件出发,对隧道的地质情况进行详细的调查和分析。
包括对地质构造、地质岩体特征、地下水位等进行综合分析,预测隧道建设中可能遇到的地质问题,制定合理的措施,保证隧道的稳定性和安全性。
宜万铁路岩溶山区隧道施工地质灾害超前预报研究
的开题报告
一、研究背景和意义
铁路隧道在山区建设中是一种必要的手段,然而其施工却面临着山区岩溶地质灾害带来的巨大影响。
岩溶地质灾害包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等,具有突发性、不可预测性和危害性大等特点,严重威胁着隧道的施工安全和工程质量。
特别是在岩溶山区,隧道施工难度更大,施工风险也更高。
因此,针对铁路隧道施工的岩溶地质灾害超前预报研究显得尤为重要。
二、研究内容和方法
本项目将重点研究宜万铁路岩溶山区隧道施工地质灾害超前预报。
主要研究内容包括采集和分析地质资料、科学评估隧道施工的岩溶地质灾害风险、制定岩溶地质灾害监测方案以及寻找有效的超前预报方法。
在方法上,通过采用综合测井、钻探、地质雷达、地震勘探等多种技术手段,结合数学统计方法、数值模拟和GIS技术等,对隧道施工过程中的岩溶地质灾害进行科学预测和预报。
三、预期成果和应用价值
本项目研究预计可以实现宜万铁路岩溶山区隧道施工地质灾害的超前预警和风险评估,对提高隧道施工的安全性、可靠性和工程质量具有重要的指导意义。
同时,本研究也有借鉴和推广价值,可供其他类似隧道工程的地质灾害预警和风险评估参考。
岩溶地区公路隧道超前地质预报与监控量测的综合研究摘要:近年来我国在建设当中取得了巨大的成就,但是西南地区的岩溶地形施工一直是相对困难的,由于岩溶地形地下复杂,所以超前地质预报就显得尤为重要。
关键词:超前地质预报;岩溶;方法引言岩溶又称为喀斯特,广泛分布于我国西南地区,幅员也是非常辽阔,占西南地区总面积的三分之一以上,随着西南地区的开发,现在主要的问题就是在这样的地形下建造公路隧道会出现很多困难,也因为这样,就需要对岩溶地区公路隧道建立一个超前地质预报,并且对该地形进行监控量测。
一、岩溶地形与隧道超前地质预报(一)岩溶地形可溶性岩石就是可以被水流进行化学溶蚀,其中以碳酸盐岩和石膏为主要代表,这类岩石在长期被流水冲蚀、潜蚀和崩塌等一系列机械作用之下,形成了岩溶地形。
(二)隧道超前地质预报利用钻探和现代物探等手段,探测隧道、隧洞、地下厂房等地下工程的岩土体开挖面前方的地质情况,力图在施工前掌握前方的岩土体结构、性质、状态、地下水、瓦斯等的赋存情况以及地应力情况等地质信息,为进一步的施工提供指导,以避免施工及运营过程中发生涌水、瓦斯突出、岩爆、大变形等等地质灾害,保证施工的安全和顺利进行。
二、岩溶地形隧道施工的困难岩溶地形是在地下水和地表水不断冲蚀、潜蚀、崩塌等机械作用下产生的,在这样的地形中,若要修建隧道,首先地下水就是一个巨大的问题,岩溶地形地下水丰富,甚至存在一定的坑洞,在开发的过程之中,大量的水流会对建筑造成严重威胁,严重的甚至可以导致工程开掘失败。
其次就是在岩溶地形中,岩石由于长期被水侵蚀,导致岩石之间存在极大的空隙,这些空隙在挖掘的过程中,难以支撑起隧道,这就导致很多时候会出现挖掘一半的时候,隧道出现坍塌事故,同时缝隙中渗水、涌泥的现象层出不穷,对施工造成了极大的困难。
三、超前地质预报监测在施工过程中,需要在设计阶段对地质进行勘察和补充,防止出现对施工安全产生威胁的地质情况,超前地质预报就是为此服务的一项复杂的系统性工作,这是能够保证施工安全的一个重要手段。
第4卷第6期地下空间与工程学报Vol. 42008年12月Chinese Journal of Underground Space and Engineering Dec. 2008岩溶隧道综合超前地质预报应用研究3林传年1,2(1. 北京交通大学土木建筑工程学院, 北京100044; 2. 湖北沪蓉西高速公路建设指挥部湖北恩施445000;摘要:岩溶隧道灾害预报是隧道快速安全施工的重要技术保障, 以沪蓉西高速公路齐岳山隧道为工程背景, 通过地质调查和分析, 利用TSP 地震波探测方法, 地质雷达探测和超前水平钻探对YK326+790~YK329+810岩溶发育和岩性变化段进行了预报, 基本探明了掌子面前方岩溶发育情况和岩性变化带, 为及时制定处理预案提供了科学的依据。
关键词:综合超前地质预报; TSP ; 地质雷达; 超前钻探中图分类号:P64文献标识码:A文章编号:167320836( 0621086205R esearch on Application of L 1,2(1. School of and , B ei j ing J iaotong Universit y , B ei j ing 100044, P. R. China;2. Const of West S ection of H u 2Rong Ex p ressw ay , Enshi , H ubei 445000, P. R. ChinaAbstract :disaster forecast of karst tunnels is an important technical support to safe and fast tunnel constructions. Based on the engineering background of Qiyue Mountain Tunnel in the west section of Hu -Rong Highway , through geological survey and analysis , and using Tunnel Seismic Prediction method , ground penetrating radar , an advanced drilling geological prediction detection was done on the area of YK326+790~YK329+810, and in f ront of the tunnel face , karst development area and lithology changes belt have been essentially detected. A scientific basis of timely treatment plans are provided.K eyw ords :comprehensive advanced prediction ; TSP ; ground penetratingradar ;advanced drilling geolog 2ical prediction1引言长大隧道由于埋深大、洞线长, 往往施工前期的勘查工作十分困难, 难以查清隧道沿线的水文、地质条件, 这将直接导致施工期间隧道地质灾害的突发。
超前地质预报在岩溶隧道施工中的研究伴随深长山岭隧道等高难度隧道工程施工建设的需要,给工程地质勘察工作带来了更高的要求。
由于地表勘察技术手段有限以及地形地质条件复杂等原因,在隧道施工前期,难以全面准确地掌握工程区域的工程地质情况,再加上破碎岩体、溶洞、断层等不良地质存在较强的隐蔽性,对隧道沿线不良地质情况很难做到准确揭示。
因此,对超前地质预报在隧道施工中的应用展开相应研究具有极为重要的作用。
标签:隧道工程;地质勘察;超前地质预报;研究隧道施工,特别是复杂地质条件下的施工面临着很多地质灾害问题,如岩溶地段的突水突泥、断层破碎带的塌方等,为了避免这些灾害事故的发生,开挖前必须对掌子面前方的地质条件有一个较好的了解,从而采取相应的防范措施。
本文主要针对酉沿高速中的酉阳2号隧道施工所使用的超前地质预报体系进行讨论分析,常规的单一地质探测方法已很难满足当前隧道施工的高精度要求,只有根据隧道实际地质情况来因地制宜,结合各种不同探测方法的优缺点来组合形成一个超前地质预报系统[1],才是了解掌子面前方地质条件最好保证,是提高预报精确度和效率最佳可行策略之一。
1国内地质预报相关技术研究与应用现状国内目前在隧道超前地质预报中常用方法有以下几种:①超前地质的钻探与导坑法[2]。
这种方式事实上就是直接探测方法,该方式可以直接呈现施工中掌子面的前方地质实际情况,要探测准确需要加大探孔密度,准确但费时费力②物探法。
主要是从岩土体间不同物理性质进行分析,借助不同探测方式与仪器,对水文地质状况进行判断,属于间接测试。
因为物探法在掌子面的施工方面基本没有影响,在地质破坏方面的程度较轻,近几年发展速度较快③地质法[3]。
就目前而言,我国隧道施工中超前地质的预报过程比较常用的方式就是地质法,主要就是根据掌子面、地表与隧洞调查实际结果来实施超前的预报,直观而粗略。
2岩溶隧道施工中超前地质预报技术体系2.1超前地质预报技术所谓超前地质预报技术就是指合理结合不同的预报技术与方法,比如地质法与物探方法结合、多种物探方法结合等,通过多种分析方法和处理手段,相互补充、相互验证,从而达到预报隧道施工期间对前方地质状况变化的综合技术。
岩溶隧道综合超前地质预报与溶洞处置技术随着我国中西部发展战略的实施,隧道(洞)及地下工程是交通、水利水电等国家基础设施工程建设的关键控制性工程,涉及公路、铁路、水电、跨流域调水以及矿山资源等诸多工程领域。
交通路网向遍布崇山峻岭的西部纵深拓展,强岩溶地区修建隧道及地下工程,遭遇的突水涌泥灾害丰富类型及其不确定动态演化堪称世界级工程难题。
据相关统计,我国交通和水电领域隧道建设中80%的重大安全事故由突水涌泥灾害造成,造成的人员伤亡和经济损失在各类地质灾害中居首位。
岩溶地区因受其特殊的地质构造影响,往往具有高水压、富水、溶洞及断层的特征。
在岩溶地区隧道施工过程中,经常出现无法预料的地质灾害,如突水、突泥、坍塌等.因此,研究岩溶发育规律,进行隧道风险评价和分级,采取必要的预防措施具有重要的现实意义.在岩溶地区修建隧道时极易发生大规模的突水、突泥等地质灾害,为避免岩溶地区地质灾害的发生,就要提高超前地质预报的预报精度,但是要得到一个好的预报结果并非易事,需要解译人员同时具备丰富的物探知识和地质知识。
在物探方面,利用各种原理(地震反射波、电磁波、红外辐射场生产出的物探仪器,现在已经很常见,不同的仪器针对不同的地质情况各有自己的优缺点。
在岩溶地区单一的预报方法难以全面准确地预测不良地质情况。
本文通过比较现场地质编录,地质雷达、红外探测及超前钻探等隧道超前地质预报方法的各自特点,结合实际工程隧道超前地质预报工作,介绍了上述各自超前地质预报手段在实际工程中的运用,研究了不同方式的预报基本原理和解译理论,并结合工程应用最终形成岩溶地区综合超前地质预报技术。
1工程概况1.1工程及水文地质概况隧址区为构造侵蚀、溶蚀中低山区,海拔一般为640~860m,为越岭隧道,相对高差50~200m,通过区地形起伏较大,植被以灌木及杉树为主。
隧道起讫里程514.04~917,总长402.96m,为双线隧道,洞身最大埋深约65m。
出露地层有第四系全新统坡积粉质黏土,奥陶系下统南津关组、分乡组、红花园组灰岩。
岩溶隧道超前地质预报技术探讨摘要:隧道地质条件非常复杂,施工中常遇有不确定的地质因素,容易造成各种突发事故,应用超前地质预报技术,可以防止和减少突发事故的出现,确保施工质量和安全。
本文针对岩溶隧道超前地质预报技术进行了探讨,其中主要分析了地质雷达法的应用。
关键词:岩溶隧道;超前地质预报;技术;地质雷达法前言随着经济水平以及科学技术的增强,地铁包括隧道等一系列地下工程也得到了相应的进步,由于隧道的地质条件非常复杂,所以,在施工过程中应用超前地质预报技术非常重要。
1超前地质预报的目的(1)复查隧道地质情况,以便更好的指导隧道施工。
(2)降低地质灾害发生的机率和危害程度。
(3)为优化工程设计提供依据。
(4)保障施工安全,预防质量事故和安全事故的发生。
(5)为编制竣工文件、绘制竣工图提供依据和相关资料。
2超前地质预报技术的方法目前,人们普遍都很关注隧道超前地质预报问题,其预报技术和方法也非常多,各种方式都具有其自身的特征,怎样得到更加准确合理的预报结果,关键是要按照地质条件和环境使用相应的预报方法。
岩溶隧道超前地质预报是以地质调查法为基础,采用钻探法、物探法相结合的综合超前地质预报方法。
2.1地质调查法地质调查法是一种传统的、实用和基本的超前地质预报方法,具有综合和指导其它预报方法的作用。
此种方法操作非常简单,对施工不会造成很大影响和干扰,可是其适用范围非常有限,一般多用在埋深浅并且地质条件简单的隧道,准确性非常高。
如果隧道构造非常复杂或者属于深埋性,那么这个方法操作难度非常大,只能进行定性分析,所得结果准确性有所欠缺。
2.2物探法(1)地震波反射法(TSP)TSP技术是通过事先在隧道里使用小量炸药,把其用作震源,当震源传出的地震波遇到节理面和地层界面时,会有相应的反射波存在,而有关界面产状以及其性质关系到反射波的传播方向、波形、速度、延迟时间等。
通过数据采集系统收集和处理,然后实施计算,最后形成能够体现地质体或者界面状况的平面图、隧道剖面图以及地震记录图。
概论岩溶或地质复杂隧道隧洞地质灾害超前预报技术摘要概略论述了岩溶或者地质复杂隧道隧洞广义的施工地质灾害超前地质预报技术,其中包括TSP探测解译、断层参数预测法预报隧道断层和地面不良地质体投射法等三种长期超前地质预报新技术,包括地质雷达探测解译、掌子面编录预测法、不良地质前兆预测法等三种短期超前地质预报新技术,还包括施工地质灾害监测、判断和警报新技术。
关键词隧道隧洞施工地质超前地质预报1 前言广义的隧道隧洞施工地质灾害超前地质预报技术,包括隧道隧洞不良地质体超前地质预报和重大施工地质灾害临近警报两个部分。
由于涵盖内容太多,本文只能简介如下。
2隧道隧洞不良地质体超前地质预报技术隧道隧洞施工地质灾害的发生,与不良地质体的存在和施工辅助工法不当密切相关,首先是不良地质体的存在。
所以,超前预报施工地质灾害,首先要进行隧道隧洞不良地质体的超前预报。
隧道隧洞不良地质体超前地质预报,依据预报距离,分为长期(长距离—下同)和短期(短距离—下同)两种预报形式。
2.1 长期超前地质预报长期超前地质预报的预报距离为掌子面前方100米~300米以上。
对于隧道隧洞不良地质体的长期超前地质预报来说,国内外主要采用TSP (隧道地震勘探—下同)或浅层地震仪等仪器探测方法来进行。
石家庄铁道学院桥隧施工地质技术研究所综合国内外科研成果,经过30多年的深入研究,分别研制出三种长期超前地质预报技术,并研制出将三种预报技术紧密结合、可以相互验证的高精度、高质量的综合长期超前地质预报新技术。
2.1.1三种长期超前地质预报技术简介(1)TSP探测解译技术TSP该设备是由瑞士安伯格开发生产的、当前国内外最先进的隧道隧洞长期超前地质预报设备,也是超前地质预报的重要技术手段。
其基本原理是:首先,在隧道隧洞内,人工制造一系列有规则排列的轻微震源;震源发出的地震波遇到地层界面、节理面、特别是断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等不良地质界面时,将产生反射波,它的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关界面的性质以及产状密切相关,并通过不同数据表现出来;通过设备设置的震源反射波的数据采集系统(传感器和记录仪),将这递增数据经微机处理后储存起来。
综合超前地质预报技术在高风险隧道施工中的应用摘要:集义隧道将多种超前地质预报技术相结合,成功穿越高瓦斯工区和断层破碎带,本文将该隧道的多种超前地质预报技术加以分析和研究,着重对超前水平探孔、加深炮孔以及 TSP超前地质预报技术进行了阐述,结合工程实例指出运用综合超前地质预报技术在高风险隧道施工中的重要性。
关键词:隧道;高瓦斯;断层破碎带;综合超前地质预报;风险;安全1 工程概况集义隧道位于黄龙山中低山区,地处关中盆地的东北边缘和陕北黄土高原的南缘,隧道全长15412米,为单洞双线隧道。
隧道围岩以砂岩、泥岩为主,隧道先后经过11条大的断裂带,设计有5个段落共2413m为高瓦斯工区,施工中有较大的安全风险。
设计要求采用超前地质预报技术对全隧进行风险监控指导施工,避免发生地质灾害。
2 超前地质预报的内容内容包括:地层岩性预测预报;地质构造预测预报;不良地质预测预报;瓦斯含量、瓦斯压力、涌出量探测。
3 超前地质预报方法及工艺针对集义隧道的不良地质以及高风险隧道的特征,结合目前国内隧道施工地质预报现状,采用地质法、物探法、钻孔法相结合的综合方法进行地质预报,以相互验证,有效指导施工。
施工中集义隧道全隧运用地质素描法、地质雷达法、TSP和加深炮孔等预报方法,高瓦斯工区采用超前水平钻孔法进行钻探。
3.1 地质素描地质素描对开挖面前方岩体进行短距离预报,是一种直观、准确的预测资料。
掌子面地质素描在隧道作业每一开挖完成后立即进行。
每一开挖完成后,应立即对掌子面地质情况进行观察和测定,使用罗盘仪测定岩体的产状,采用强光手电观察岩体的裂隙数量、宽度和裂隙水的出流状况,利用地质锤敲击崩落的洞渣据以判断岩石的强度和类型,并用数码相机拍摄地质摄影图,通过采集到的掌子面地质数据及时准确的填写掌子面地质素描记录表,根据不同循环开挖面的地质变化情况及时调整支护参数,指导施工。
若在开挖面采集数据时发现地质状况明显变差时,应根据应急预案采取措施防止危险发生。
第27卷第7期岩石力学与工程学报V ol.27 No.7 2008年7月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July,2008高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究李术才1,薛翊国1,张庆松1,李树忱1,李利平1,孙克国1,葛颜慧1,苏茂鑫1,钟世航1,李貅2(1. 山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南 250061;2. 长安大学地质工程与测绘工程学院,陕西西安 710054)摘要:在对综合超前地质预报方法研究基础上,优化综合超前地质预报的流程,并提出隧道地质灾害四色预警机制,制定相应的应急预案。
研发了性能更强的具有自主知识产权的陆地声纳第三代仪器,开发了具有自主知识产权的雷达数据处理软件,全空间地质雷达处理解释系统1.0(FSGPRP1.0),优化了对水的判断准则。
并利用综合地质预报方法及四色预警机制在多个工程中得到成功应用,避免了人员伤亡和重大经济损失,对类似工程具有指导意义。
关键词:隧道工程;岩溶隧道;地质灾害;综合地质预报;四色预警法;预报预警中图分类号:U 45 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2008)07–1297–11KEY TECHNOLOGY STUDY ON COMPREHENSIVE PREDICTION AND EARLY-WARNING OF GEOLOGICAL HAZARDS DURING TUNNEL CONSTRUCTION IN HIGH-RISK KARST AREASLI Shucai1,XUE Yiguo1,ZHANG Qingsong1,LI Shuchen1,LI Liping1,SUN Keguo1,GE Yanhui1,SU Maoxin1,ZHONG Shihang1,LI Xiu2(1. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering,Shandong University,Jinan,Shandong250061,China;2. College of Geology Engineering and Geomatics,Chang'an University,Xi'an,Shaanxi710054,China)Abstract:Four-color warning method of tunnel geological disasters is proposed,and corresponding contingency plans are developed based on comprehensive geological prediction and optimization of a comprehensive process geological prediction. The third-generation land sonar instrument with stronger performance and independent intellectual property rights is developed. The radar data processing software,i.e. full spatial,GPR processing and interpretation system1.0(FSGPRP1.0) with independent intellectual property rights is developed,and water criteria are optimized. The comprehensive geological prediction method and four-color warning method have been applied successfully to many projects to avoid casualties and serious economic losses,which have guiding significance to similar projects.Key words:tunnelling engineering;karst tunnel;geological hazards;comprehensive geological prediction;four- color warning method;prediction and early-warning收稿日期:2008–01–29;修回日期:2008–04–08基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2007CB209407);国家自然科学基金重点项目(50539080);国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA11Z131);港、澳青年学者合作研究基金项目(50729904)作者简介:李术才(1965–),男,博士,1987 年毕业于山东矿业学院土木工程系矿井建设专业,现任教授、博士生导师,主要从事裂隙岩体断裂损• 1298 • 岩石力学与工程学报 2008年1 引言近年来,随着西部大开发进程的加快,在地形、地貌及地质背景复杂、水能及矿产资源丰富、陆路交通网密度远低于全国平均水平的西部地区,在铁路、公路、水电、跨流域调水及矿产资源等领域将会修建更多的长大隧道工程[1],隧道的规模也是越修越长、越修越宽,技术越来越难、越复杂。
CIVIL ENGINEERING&TRANSPOU'I A[1()\|土木交通摘要:在岩溶地区,受到富水、断层等各类不良地质条件的影响,隧道施工活■动会受到多个方面的阻碍,带来安全隐患和质量问题。
在这种情况下,如果能够灵活使用综合趨前地质预报技术,那么就可以较好地提升施工的安全性与整体质量。
文章阐述了综合超前地质预报技术在我国岩溶隧道施工中的重要应用意义,在明确具体应用内容的基础上,结合当前我国实际情况.探讨了有效发挥该项技术作用的有效策略,有利于这项技术在我国岩溶隧道施工体系中的应用。
关键词:岩溶隧道;隧道施工:地质预报;地质调查I综合超前地质预报技术在岩溶隧道施工中的应用■文/唐志杰1.综合超前地质预报在岩溶隧道施工中的应用意义在当前我国岩溶地区的隧道施工体系中,综合超前地质预报技术具有较为显著的战略应用意义。
一方面,这项技术的使用能够结合岩溶地区的实际情况,灵活使用最合适的勘察探索技术,掌握岩溶地区的地质情况,明确区域内不良地质环境的具体位置,给后续施工活动提供较好的数据支撑,保证施工活动可以规范进行,避免出现各类安全隐患和质量问题。
另•方面,这项技术的广泛应用也能够显著提高施工安全。
这主要是因为超前地质预报能够在施工活动开始之前,进行岩溶隧道区域的地质探测,提前感知区域内的不良地质问题,充分保证施工安全性。
特别是在使用了超前地质预报技术以后,施工团队就可以提前感知可能存在的安全隐患,并做好相应的安全防范工作。
2.综合超前地质预报在岩溶隧道施工中的应用实例为明确综合超前地质预报技术的具体应用,这里也分析了单一技术和组合技术在实际工程项目中的应用,探索这项技术的应用细节内容,有利于提高我国岩溶地区隧道施工的整体技术水平。
2.1单一技术的应用综合超前地质预报包含的技术有很多,这里也针对地质雷达法的单一技术应用进行分析。
我国向家包二号隧道工程项目处于岩溶地区,存在大型溶洞、落水洞等不良地质情况。
高风险岩溶隧道灾害地质体预报技术与应用摘要:在我国的的西南地区岩溶地质发育广泛,岩溶灾害地质体是隧道施工过程中遇到的主要地质灾害之一。
为确保隧道施工安全,按期完工,可通过综合超前地质预报技术对掌子面前方的地质异常体进行科学预测。
本文主要对高风险岩溶隧道灾害地质体预报技术的应用进行简要的分析,希望可对相关从业者具有一定的借鉴意义。
关键词:隧道工程;地质灾害;地质预报;地质雷达前言:在我国交通基础设施不断增加的同时,隧道工程的比例也是越来越大,工程安全等级的要求也是更高。
在工程项目的勘察阶段通过过程地质调绘、遥感、物探、钻探等方法很难准确无误的查明线路工程所经地段的不良地质体的位置、规模、性质等,例如:突泥、涌水、断层破碎带等。
地质灾害的发生会对隧道中机械设备造成毁坏,并且危及施工人员的安全,事故后续处理工作难度大,从而影响工程进度,增加工程成本。
为保证岩溶隧道施工安全,对岩溶体的位置及发育情况进行及时准确的超前地质预报,是保证隧道施工安全的关键。
一、案例工程概况分析X隧道(DKll+740—DKl5+405)位于A县b乡内,长3 665 m。
隧址属低山区构造剥蚀地貌,穿越X山体,测区沟谷相间,层峦叠嶂,连绵不断,山高坡陡,沟谷深切。
山脊呈波浪状,测区地形起伏较大,高程介于605~865,相对高差260 m,其中最近的位于隧道洞顶上部20 m左右的位置。
当前掌子面距离洞口405 m,桩号DKl2+145,埋深92 m左右。
隧址区地层岩性以二叠系下统茅口组(P。
m)灰岩为主,层面产状平缓且变化小,围岩除洞口外以Ⅱ、III级围岩为主。
二叠系茅口组是全线岩溶发育程度最强的地层,隧址区出露多条宽数百米的溶蚀破碎带和一条宽69 m的陡立断层,溶蚀破碎带内岩体节理裂隙较发育,裂面见泥质充填,局部充填方解石脉。
断层破碎带内岩体极为破碎。
该区溶槽、溶缝发育,岩体裂缝较发育,裂缝与岩溶交织,以裂隙、溶隙汇集为主要形式的含水结构,岩溶水较发育。
第27卷第7期岩石力学与工程学报V ol.27 No.7 2008年7月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July,2008高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究李术才1,薛翊国1,张庆松1,李树忱1,李利平1,孙克国1,葛颜慧1,苏茂鑫1,钟世航1,李貅2(1. 山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南 250061;2. 长安大学地质工程与测绘工程学院,陕西西安 710054)摘要:在对综合超前地质预报方法研究基础上,优化综合超前地质预报的流程,并提出隧道地质灾害四色预警机制,制定相应的应急预案。
研发了性能更强的具有自主知识产权的陆地声纳第三代仪器,开发了具有自主知识产权的雷达数据处理软件,全空间地质雷达处理解释系统1.0(FSGPRP1.0),优化了对水的判断准则。
并利用综合地质预报方法及四色预警机制在多个工程中得到成功应用,避免了人员伤亡和重大经济损失,对类似工程具有指导意义。
关键词:隧道工程;岩溶隧道;地质灾害;综合地质预报;四色预警法;预报预警中图分类号:U 45 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2008)07–1297–11KEY TECHNOLOGY STUDY ON COMPREHENSIVE PREDICTION AND EARLY-WARNING OF GEOLOGICAL HAZARDS DURING TUNNEL CONSTRUCTION IN HIGH-RISK KARST AREASLI Shucai1,XUE Yiguo1,ZHANG Qingsong1,LI Shuchen1,LI Liping1,SUN Keguo1,GE Yanhui1,SU Maoxin1,ZHONG Shihang1,LI Xiu2(1. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering,Shandong University,Jinan,Shandong250061,China;2. College of Geology Engineering and Geomatics,Chang'an University,Xi'an,Shaanxi710054,China)Abstract:Four-color warning method of tunnel geological disasters is proposed,and corresponding contingency plans are developed based on comprehensive geological prediction and optimization of a comprehensive process geological prediction. The third-generation land sonar instrument with stronger performance and independent intellectual property rights is developed. The radar data processing software,i.e. full spatial,GPR processing and interpretation system1.0(FSGPRP1.0) with independent intellectual property rights is developed,and water criteria are optimized. The comprehensive geological prediction method and four-color warning method have been applied successfully to many projects to avoid casualties and serious economic losses,which have guiding significance to similar projects.Key words:tunnelling engineering;karst tunnel;geological hazards;comprehensive geological prediction;four- color warning method;prediction and early-warning收稿日期:2008–01–29;修回日期:2008–04–08基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2007CB209407);国家自然科学基金重点项目(50539080);国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA11Z131);港、澳青年学者合作研究基金项目(50729904)作者简介:李术才(1965–),男,博士,1987 年毕业于山东矿业学院土木工程系矿井建设专业,现任教授、博士生导师,主要从事裂隙岩体断裂损• 1298 • 岩石力学与工程学报 2008年1 引言近年来,随着西部大开发进程的加快,在地形、地貌及地质背景复杂、水能及矿产资源丰富、陆路交通网密度远低于全国平均水平的西部地区,在铁路、公路、水电、跨流域调水及矿产资源等领域将会修建更多的长大隧道工程[1],隧道的规模也是越修越长、越修越宽,技术越来越难、越复杂。
许多特长隧道、大跨度扁平隧道、双层隧道、沉管隧道、盾构隧道、高海拔隧道和寒区隧道相继建成[2]。
一大批在岩溶地区修建的长大隧道更是将我国隧道建设规模推上了新的高潮,但在岩溶地区隧道施工中80%遇到水害,因水文、地质问题引起的施工地质灾害造成停工的时间,约占施工总工期的30%。
隧道突水、突泥已成为施工过程中最常遇到并具极大危害性的地质灾害,据1988年以来修建的铁路隧道统计,涌水量在1×104m3/d以上的有31座。
在运营中有1 300余座产生渗水,有漏水问题的隧道占隧道总数的30%,因此而造成停工的时间约占施工总工期的30%。
如京广线大瑶山隧道穿过9#断层时,突水量达3×104m3/d;成昆线沙木拉达隧道最大总涌水量达 1 9550 m3/d,最大突水量达36.11 m3/min,曾造成停工达32 d之久;京广线南岭隧道曾发生3次较大突泥共11 738 m3、最大突水量达11 143 m3/d,总涌水量达16 885 m3/d;大秦线军都山隧道曾发生12次共3 360 m3的突水突泥,其中最大2次共2 100 m3的泥屑流灾害等;渝怀线圆梁山隧道施工中涌砂、涌水达数十次之多,造成重大伤亡,损失惨重[3,4];在建的某铁路隧道由于大规模突水也造成了多名施工人员失踪的灾难性事故[5]。
可以说,突水突泥给岩溶地区隧道施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失。
因此,为了保证高风险岩溶地区隧道施工安全,减轻突水突泥等灾害损失,对岩溶地区隧道施工地质灾害预报预警工作进行深入的研究,具有重要的理论意义和重大的工程实用价值。
本文对雅砻江流域锦屏二级引水隧洞开展了高压大流量岩溶裂隙水的超前预报和综合治理研究。
锦屏水电枢纽工程辅助洞位于四川省的雅砻江干流锦屏大河湾上,全长约17.5 km,最大埋深达2 375 m。
理岩、10 MPa高水压、高地应力和岩爆、负增长的地温和硫化氢有害气体、断层和软岩等,均为当前隧洞工程界的难题,其中高水压和2 375 m埋深堪称世界级攻关课题[6]。
由高地应力、高外水压力引起的结构安全、高压涌水和不良地质的超前预报等问题是锦屏二级急待解决的关键技术问题。
本课题同时受湖北沪蓉西高速公路建设指挥部的资助,对沪蓉西高速公路两座特长岩溶隧道乌池坝隧道和齐岳山隧道进行立项研究。
沪蓉西高速公路是国家规划建设的“791”高速公路网东西干线上海至成都公路的重要组成部分,桥隧比占约70%,公里造价分别是青藏铁路、京珠高速的2倍以上,堪称“天路”。
沿线被地质专家称为“集地质病害之大成”的工程禁区。
其中,乌池坝隧道是沪蓉西高速的控制性工程之一,全长约6.7 km,隧道最大埋深约488 m。
隧道穿越地层岩溶十分发育,存在多条地下暗河系统,专家咨询论证存在严重岩溶突水危险。
齐岳山隧道是沪蓉西高速的又一控制性工程,全长4.08 km,隧道最大埋深约354 m。
隧道穿越齐岳山背斜及2条断层,岩溶十分发育,进出口隧道开挖已揭露多个溶洞。
鉴于目前在大断面隧道施工中缺乏岩溶及裂隙水影响围岩稳定和施工安全的深入系统研究,因此开展隧道施工期高压大流量岩溶裂隙水的超前预报研究,特别是大范围充填溶洞、暗河、特大涌水的预报和整治施工技术和措施的研究具有重要意义,此项研究将有效推进我国岩溶地区不良地质条件下综合预报的技术和方法的研究的开展。
2 隧道施工综合超前预报方法研究2.1 综合超前预报方法隧道超前地质预报是隧道信息化施工的重要组成部分,是保证隧道安全施工的重要环节。
目前,国内外对隧道掌子面前方地质情况十分重视,已有许多方法对掌子面前方不良地质体进行探测。
常用的地质预报方法分为两大类:地质分析法和地球物理法。
地质分析法有工程地质调查法、超前导洞(坑)法、超前水平钻孔法、断层参数预测法和经验法等;地球物理法包括TSP隧道地震探测法、地质雷达探测法、瞬变电磁法、陆地声纳法和激发极化法等。
第27卷第7期李术才,等. 高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究 • 1299 • 的预报距离和特点[7~9](见表1)。
表1 常用的超前预报方法的特点[7~9]Table 1 Characteristics of the common advance geologicalforecast methods[7~9]预报方法预报距离/m特点地质分析法(全洞段) 可以随时进行,不影响施工,可推断和预报隧道工作面前方的工程、水文地质情况,但结果较为粗略,需与物探方法相结合超前钻探法 30 可反映岩体概况,反应情况直观。
不足:(1) 在复杂地质条件下预报效果较差,很难预测到掌子面前方的小断层和贯穿性大节理,特别是与隧道轴线平行的结构面,其预报无反映;(2) 钻孔与钻孔之间的地质情况无法反映地质素描法100不占用施工时间,预报效果好,能为整个隧道提供完整的地质资料。
缺点:预报距离较短TSP法150 可定量反映岩体参数,对工作面前方遇到与隧道轴线近垂直的不连续体(节理、裂隙、断层破碎带等)的界面确定,结果比较可靠。