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岩溶隧道施工超前地质预报方法研究

作　者: 叶英
导　师: 王梦恕
学　校: 北京交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 岩溶隧道超前地质预报综合参数法方法长短结合工程应用
分类号: U452.11
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

基于大量的文献和广泛的实践,籍助山西省雁门关公路隧道、大连石门山、椒金山市政隧道、宜万线王家岭、石太客运专线太行山铁路隧道的实测资料,参考分析了京珠高速公路石门坳隧道、重庆至怀化线的圆梁山隧道、渝怀铁路武隆隧道等大量典型的岩溶隧道超前地质预报资料。利用现场试验、理论分析、数值模拟和室内物性参数实验等多种研究手段,在分析岩溶成因、分带规律的基础上,对岩溶地区各种隧道超前地质预报的方法进行了全面而系统的深入研究,并结合实际工程对本文的研究思想进行了应用研究,取得了一系列研究成果。(1)通过对岩溶地区岩溶形成特点、分带规律的研究,结合隧道工程施工的特点和具体要求,分析了岩溶地区隧道超前地质预报方法的发展现状及趋势,系统地总结了岩溶灾害的危害、分类、涌突水量类型以及对隧道施工的影响。归纳了各种岩溶预报的水文地质模型和地球物理模型,采用数值模拟方法研究了岩溶构造的规模、空间位置对隧道施工的影响规律,给出了隧道距岩溶安全距离确定的原则。同时,说明了隧道洞身岩溶、岩溶结构面发育强度与空间位置是决定隧道岩溶涌水可能性及涌水规模的关键要素。最后提出了在一定安全系数下岩溶隧道超前地质预报的具体任务和目标。(2)综合分析评价了目前岩溶隧道的各种(包括洞外、洞内)超前地质预报方法,通过大量的实例分析,说明了各种方法的适用条件、特点及局限性。并将所采用的方法按照探测参数和不同排列装置归纳总结成四种类型:单参数固定排列、单参数多种排列、多参数多种排列、综合参数法。分析了各种类型的特点及优缺点,指出了目前岩溶地区隧道超前地质预报方法的现状、局限性和发展趋势。(3)通过对岩溶隧道超前地质预报优化参数及方法的研究,提出了综合参数法预报岩溶的理论,并通过综合参数法的理论基础、参数独立性原则、物性前提、常见的预报模式以及如何提高预报精度、减少多解性、辨别虚假异常等方面的研究,说明了探测岩溶的优化综合参数为“波速+电阻率”,并深入地研究了岩溶的SEM效果。最后,结合隧道工程的具体特点,从时间与空间结合的角度,提出了“综合参数、长短结合、内外兼顾、长期跟踪、灾害预案”的岩溶隧道超前地质预报方法体系。(4)为了提高岩溶预报的可靠性,根据岩溶预报方法的要求分别从长期跟踪方法(掌子面地质信息数字编录识别技术)、新方法研究(隧道瞬变脉冲电磁法)、岩溶形状体的特点(三维预报资料解释性处理技术)三个关键技术进行研究,进一步提高岩溶预报的可靠性和精度,为隧道施工提供安全保证。(5)隧道超前地质预报能提供丰富的地质信息,它如何在施工中充分利用,如何与施工量测信息、隧道断面扫描技术资料相结合共同认识分析围岩确定修正围岩设计参数,在充分利用综合参数法的探测资料时本文提出了具体的综合参数围岩细化分类方法。针对岩溶的复杂性,结合隧道超前地质预报资料提出了岩溶隧道施工地质灾害预案机制,进一步保证隧道施工安全。以上通过系统的方法研究指出了目前常规的岩溶隧道超前地质预报方法的缺陷,提出了改进方法,发展了整套的岩溶预报理论方法体系。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪言  11-24
  1.1 研究意义  11-12
  1.2 研究现状  12-20
    1.2.1 岩溶地质灾害特点及预测方法研究现状  13-14
    1.2.2 岩溶隧道超前地质预报方法研究现状  14-20
  1.3 存在问题  20-21
  1.4 研究思路、内容与方法  21-23
    1.4.1 研究思路  21-22
    1.4.2 研究内容和方法  22-23
  1.5 创新点  23-24
2 岩溶隧道施工地质灾害研究  24-50
  2.1 岩溶地质灾害的种类与特点  24-28
    2.1.1 长隧道施工岩溶涌水灾害发生的规律和特点  24-25
    2.1.2 岩溶含水介质的划分  25-27
    2.1.3 岩溶突水模式的水文地质分析  27-28
  2.2 岩溶地质灾害的成因分析  28-35
    2.2.1 岩溶隧道涌水特点  29-30
    2.2.2 岩溶隧道涌水预测的联合简化模型  30-32
    2.2.3 岩溶水动力分带模式与岩溶涌水  32-35
  2.3 溶洞大小及空间位置对隧道工程的影响分析  35-43
    2.3.1 溶洞大小、空间位置对隧道围岩变形特性的影响  35-42
    2.3.2 隧道洞身岩溶其结构面参数影响分析  42-43
  2.4 岩溶隧道地质灾害的研究方法  43-49
    2.4.1 传统理论与研究方法  43-46
    2.4.2 岩溶隧道超前地质预报的研究方法  46-48
    2.4.3 岩溶隧道超前地质预报的技术难点  48-49
  2.5 本章小结  49-50
3 岩溶隧道施工超前地质预报方法评价  50-111
  3.1 地面(洞外)岩溶探测方法  51-78
    3.1.1 地面地质调查法  51-52
    3.1.2 地面(洞外)浅层地震法  52-55
    3.1.3 地面(洞外)电阻率法  55-65
    3.1.4 地面重力勘探  65-67
    3.1.5 遥感信息技术  67-68
    3.1.6 放射性测量  68-69
    3.1.7 测井法  69-73
    3.1.8 综合方法  73-74
    3.1.9 地面(洞外)预报岩溶方法总结  74-78
  3.2 洞内掌子面岩溶探测方法  78-101
    3.2.1 长距离超前地质预报  79-91
    3.2.2 短距离超前地质预报  91-101
    3.2.3 洞内预报方法总结  101
  3.3 岩溶隧道超前地质预报方法评价  101-109
    3.3.1 单参数固定排列法  102
    3.3.2 单参数多种排列法  102-104
    3.3.3 多参数多排列法  104-106
    3.3.4 综合参数法  106-109
  3.4 本章小结  109-111
4 岩溶隧道超前地质预报方法优化研究  111-135
  4.1 岩溶地区的"综合参数法"超前预报  111-123
    4.1.1 "综合参数"的理论基础  112-114
    4.1.2 参数独立性原则  114-115
    4.1.3 岩溶地质灾害体预报的物性前提  115-117
    4.1.4 岩溶隧道超前预报的SEM(Seismic-Electric Method)  117-121
    4.1.5 岩溶隧道施工常见的预报模式  121-122
    4.1.6 提高预报精度、减少多解性、辨别虚假异常  122-123
  4.2 "长短结合"进行超前预报  123-129
    4.2.1 TGP12长短结合法仪器的研制  124-126
    4.2.2 长短结合法的应用实例  126-129
  4.3 "洞内外兼顾"的预报方法  129-130
  4.4 "综合参数+长短结合+内外兼顾"的实施步骤  130-132
  4.5 "综合参数+长短结合+内外兼顾"的预报方法  132-134
    4.5.1 岩溶隧道超前地质预报存在的问题  132-133
    4.5.2 改进方法  133-134
  4.6 本章小结  134-135
5 提高岩溶预报可靠性的关键技术研究  135-175
  5.1 隧道掌子面地质信息数字编录识别技术  135-142
    5.1.1 隧道围岩的可视化技术  136-139
    5.1.2 岩体结构图像识别技术  139-142
    5.1.3 围岩的分类描述与变化  142
    5.1.4 小结  142
  5.2 隧道瞬变脉冲电磁法(TEMT)测试方法  142-153
    5.2.1 外业布置  143-146
    5.2.2 TEMT大定回线源装置  146-150
    5.2.3 TEMT重叠回线装置  150-153
    5.2.4 小结  153
  5.3 三维预报资料图形图像处理技术  153-174
    5.3.1 地质雷达探测的三维图形图像技术  154-155
    5.3.2 隧道地震预报法三分量探测的三维显示  155-158
    5.3.3 常规预报方法的三维数据处理技术  158-174
  5.4 本章小结  174-175
6 岩溶隧道超前地质预报对施工的指导意义  175-193
  6.1 地质超前预报与施工信息化的结合  175-182
    6.1.1 超前地质预报、围岩测量和断面扫描的关系  175
    6.1.2 围岩量测信息结合修正设计  175-179
    6.1.3 与断面扫描技术结合调整爆破参数控制超欠挖  179-182
  6.2 细化围岩分类  182-187
    6.2.1 围岩岩石强度的确定  183-184
    6.2.2 岩体强度的确定  184-185
    6.2.3 综合参数的围岩细化分类方法  185-187
    6.2.4 小结  187
  6.3 隧道施工地质灾害预案  187-192
    6.3.1 超前地质预报的可靠度  187-188
    6.3.2 地质灾害类别及分级  188-189
    6.3.3 隧道施工地质灾害处治预案  189-192
  6.4 本章小结  192-193
7 结论与展望  193-195
  7.1 主要结论  193-194
  7.2 展望  194-195
参考文献  195-203
攻博期间的基本情况  203-204
致谢  204

岩溶隧道施工超前地质预报方法研究

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