隧道巖溶突涌水機理與治理方法及工程應用.pdf

1、隨著國家基礎設施建設尤其是交通基礎設施建設的飛速發(fā)展，數(shù)萬公里的交通隧道工程正在或即將在我國西部地形和地質(zhì)條件極端復雜的高山峽谷地區(qū)興建，由于隧道在施工前期難以全部查清沿線不良地質(zhì)情況，加上突發(fā)災害成因與災變過程極為復雜，導致隧道在施工過程中存在突水突泥等地質(zhì)災害的重大風險，嚴重影響隧道工程建設安全，極易造成重大的人員、經(jīng)濟損失和嚴重的生態(tài)環(huán)境破壞。隧道巖溶突涌水災害難以遏制的根本原因在于，突水災害源賦存規(guī)律和災變演化機制極為復雜，尚未

2、形成系統(tǒng)清晰的認識，災后注漿封堵機理與治理技術未成體系，難以對災害的預防和控制進行有效的指導。
　　本文以巖溶突水機理研究為基礎，依托湖北省鄂西高速齊岳山隧道、湖南省龍永高速大壩隧道等工程，采用理論分析、大比尺模型試驗、數(shù)值仿真和現(xiàn)場試驗等綜合研究方法，系統(tǒng)研究巖溶突涌水機理與治理方法。通過揭示重大突涌水災害源賦存規(guī)律，通過理論分析深入研究巖溶構造滲透失穩(wěn)突涌水機理，開展了施工擾動誘發(fā)突涌水的大比尺三維模型試驗和數(shù)值仿真?；谕凰?/p>

3、前兆信息演化規(guī)律，建立了突水多物理場信息實時監(jiān)測與預警方法，構建了遠程監(jiān)控系統(tǒng)平臺，并成功用于齊岳山隧道。從治理角度劃分了突涌水類型，系統(tǒng)揭示了漿液擴散機制與注漿封堵機理，建立了基于涌水通道精細化探查與分類注漿處治的治理方法，并成功應用于大壩隧道巖溶突涌水災害治理。具體包括:
　　(1)系統(tǒng)整理了我國近年來隧道重大突涌水案例，通過統(tǒng)計分析與歸類劃分，提出了巖溶隧道重大突涌水災害源類型及其賦存特征，揭示了斷層內(nèi)部結構水位地質(zhì)和巖體巖

4、性特征。并進一步提出了巖溶型突涌水災害源的分布特征和充填介質(zhì)特性，結合齊岳山等隧道進行了詳細分析，揭示了依托工程重大突涌水災害源的分布規(guī)律與發(fā)育特征。
　　(2)針對巖溶充填性致災構造，以強滲透弱膠結介質(zhì)為研究對象，建立了充填介質(zhì)滲流控制方程，系統(tǒng)分析了充填介質(zhì)的滲透失穩(wěn)演化機理。針對弱滲透強膠結充填介質(zhì)，建立了充填體整體突出的力學模型及失穩(wěn)判據(jù)，揭示了弱滲透強膠結介質(zhì)整體突出的最小安全厚度。
　　(3)針對巖溶不同位置發(fā)育

5、情況，研究施工擾動和地下水滲透作用下溶洞突水的災變演化機制和前兆信息規(guī)律。開發(fā)了大型三維組合式固液耦合試驗平臺和水壓加載控制系統(tǒng)，具有水體和溶洞自溶生成與內(nèi)封閉隔水等優(yōu)勢功能。開展了隧道施工擾動誘發(fā)巖溶突涌水的物理模型試驗，揭示了掌子面逐步推進誘發(fā)不同位置溶洞突水的災變演化機理，結合數(shù)值仿真結果，提出了溶洞突水前兆多元信息的演化規(guī)律及臨突特征，為突涌水監(jiān)測設計與臨災預警提供了理論依據(jù)。
　　(4)以隧道防突結構為監(jiān)測對象，針對隔水

6、巖體漸進性破壞與充填滲透失穩(wěn)兩種典型突涌水模式，建立了基于防突結構多物理場信息實時監(jiān)測的融合預警方法，開發(fā)了了隧道突涌水災害遠程監(jiān)控預警分析系統(tǒng)。根據(jù)工程在勘察設計、施工、監(jiān)測等方面工作的前期數(shù)據(jù)和特點，并綜合考慮突水強度、報警位置及防控時間，提出了不同級別預警的對策措施和應急預案。
　　(5)根據(jù)不同突涌水類型的災害特征，從治理角度劃分為節(jié)理裂隙型涌水、集中管道型涌水及大型巖溶結構突涌水等三種類型，通過現(xiàn)場監(jiān)測試驗揭示了注漿封堵