非可溶岩隧道突涌灾害预测研究及工程应用.pdf

第 33 卷 第 4 期 岩石力学与工程学报 Vol.33 No.4 2014 年4 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ，2014 非可溶岩隧道突涌灾害预测研究及工程应用 1，2 1 3 4 陈礼彪 ，刘泉声 ，张国华 ，张晓炜 (1. 武汉大学 土木建筑工程学院，湖北 武汉 430072 ；2. 福建省高速公路建设总指挥部，福建 福州 350001 ； 3. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071 ；4. 河南省交通规划勘察设计院，河南 郑州 450052) 摘要：隧道等地下工程施工过程中，突涌事故一般发生在可溶岩隧道中，然而近些年非可溶岩隧道发生突涌事故 的案例越来越多，给隧道施工带来重大灾难和经济损失。首先，通过3 个突涌事故案例的剖析，揭示非可溶岩隧 道突涌的本质是开挖或爆破扰动触发赋存在破碎带或软弱带中的水和碎屑物在自身压力作用下涌入隧道，其孕险 环境必须同时具备物质条件、空间条件和触发条件，三者缺一不可。物质条件是充足的水和砾石、砂、泥等原地 性或外源性的碎屑物；空间条件是突涌物的存储和运移的破碎带或软弱带等；触发条件是岩体的开挖扰动和爆破 扰动。非可溶岩隧道施工过程中突涌灾害的预测就是对掌子面前方能够赋存潜在突涌物的破碎带或软弱带及其带 内物质组成、固结程度的辨识。然后，针对突涌灾害的物质和空间条件给出基于地质、物探和钻探的综合超前预 报体系；结合实践，重点建立地震波反射法(TGP)成果中的反射幅度比、波轴相似度等参数对异常地质体的地震 动态响应特征。最后，将上述成果应用到岩前隧道的F17 断层破碎带的预报中，通过宏观工程地质分析和已开挖 段的地质调查及试验，全程动态追踪隧道揭露围岩的统计及力学特征；通过未开挖段长距离的TGP 探测和短距离 的地质雷达和水平钻孔探测，辨识隧道即将揭露区段突涌灾害的孕险环境，实现对断层破碎带位置、规模、空间 展布的精确定位，对带内物质组成及胶结程度的确认，成功预测突涌事故的发生。实践证明，上述综合预报技术 体系能够预测非可溶岩隧道的突涌灾害，其结果准确可靠，可为类似工程提供参考和借鉴。 关键词：隧道工程；非可溶岩；突涌灾害；超前地质预报 中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2014)04 –0786 –11 PREDICTION OF INRUSH DISASTER IN NON-SOLUBLE ROCK TUNNEL AND ITS ENGINEERING APPLICATION 1，2 1 3 4 CHEN Libiao ，LIU Quansheng ，ZHANG Guahua ，ZHANG Xiaowei (1. School of Civil and Architectural Engineering ，Wuhan University，Wuhan，Hubei 430072 ，China；2. Fujian Provincial Expressway Construction Directorate ，Fuzhou ，Fujian 350001，China；3. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering ，Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei 430071 ，China；4. Henan Provincial