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    通過總結國內(nèi)外學者在隧道工程方面的研究成果，針對當前隧道工程中面臨的一些實際問題，提出如下研究內(nèi)容：依托工程的深部巖溶地質(zhì)規(guī)律和隧道災害防治關鍵技術攻關。
1.完成依托工程所處粵南、鄂西地區(qū)低臺原面巖溶和不良地質(zhì)的研究報告，重點查明大型巖溶洞穴和巖溶水體的分布情況，形成此類地質(zhì)情況巖溶隧道地質(zhì)災害探測和治理的技術指南。
2.提供一套較為成熟可靠的施工期災害超前預報綜合技術及控制方法，研發(fā)出能夠用于隧道遠距離水體探測的瞬變電磁儀和激發(fā)激化儀(探測距離達到60m)，完善三維空間正反演理論和開發(fā)相應的處理軟件，實現(xiàn)含水體位置與涌水量的準確探測，并為依托工程的物探工作提供技術支持。
3.研制可用于突水前兆多元信息采集的監(jiān)測系統(tǒng)，開展突水前兆信息演化規(guī)律研究，建立隧道突水前兆信息識別模型，基于典型含水構造潛在的突水模式，建立相應的突水力學模型，給出突水判據(jù)，為依托工程地質(zhì)災害分級標準與風險評估體系的建立提供科學依據(jù)。
4.完成巖溶地區(qū)地質(zhì)災害分級標準及其風險評估體系，建立臨災快速反應預警預案和治理技術體系，實現(xiàn)大型、特大型突水、突泥災害的快速預警控制，確保施工安全。

    1.形成了基于激發(fā)極化法的隧道含水構造超前探測三維成像與水量預測綜合技術體系，并將該技術體系應用于多個隧道工程的預報實踐工作中，預報結果與實際開挖情況基本一致。該技術體系是對隧道含水體探查較為有效的超前地質(zhì)預報方法，巖溶地下水位判別技術與方法及其在依托巖溶隧道工程建設中的應用。具有重要的推廣價值和良好的應用前景。
2.建立了斷裂帶巖體單一平板優(yōu)勢劈裂注漿擴散模型，推導了考慮廣義賓漢體漿液黏度時變性的優(yōu)勢劈裂注漿擴散控制方程。研究表明，漿液擴散距離由優(yōu)勢結構面產(chǎn)狀(α、b)，注漿壓力 p0，注漿速率 q，漿液黏度等因素綜合決定。其中注漿壓力、注漿速率及漿液黏度是主要因素。
3.提出了優(yōu)勢劈裂注漿控制方法，形成注漿壓力差異控制、控制液動態(tài)調(diào)節(jié)及注漿速率梯度控制 3 項關鍵注漿技術，促使?jié){液在優(yōu)勢結構面內(nèi)制性擴散運移。該方法成功應用于實體隧道斷裂帶塌方注漿處治工程中，效果顯著。
4.研發(fā)了一種復合水泥基－水玻璃雙液漿的注漿新材料，以水泥－粉煤灰－礦渣與水玻璃反應體系為基礎，反應初期水泥與－水玻璃反應迅速，形成大量C-S-H膠凝體，雙液漿迅速膠凝硬化。。

    該成果技術水平不但結合了國內(nèi)外對泥質(zhì)充填斷層破碎帶隧道研究成果，又進行改進和創(chuàng)新，提出的一整套理論，不但能指導高速鐵路隧道施工，對所所有隧道類的施工都有指導意義，尤其在國家安全施工的要求下，對不可預知的隧道施工，進行預判指導施工，推進中國高速鐵路施工標準化建設，安全施工。在市場競爭中運用該成果不但能有效對施工中的風險進行預測、預判規(guī)避風險，對不可規(guī)避的風險進行分析，找到解決問題的最優(yōu)解，達到提質(zhì)增效的目的。設計了一套斷層泥注漿加固試驗系統(tǒng)，包括注漿工藝模塊、被注介質(zhì)模塊和信息采集模塊。斷層泥注漿加固體單軸壓縮試驗表明，基于骨架式加固模式，注漿后斷層泥單軸抗壓強度可提升 181%-2535%，注漿壓力是提升加固效果的主控因素。

    該成果技術水平不但結合了國內(nèi)外對高速鐵路隧道施工泥質(zhì)充填斷層破碎帶隧道研究成果，又進行改進和創(chuàng)新，提出的一整套施工理論，不但能指導高速鐵路隧道施工，對所所有隧道類的施工都有指導意義，尤其在國家安全施工的要求下，對不可預知的隧道施工，進行預判指導施工，推進中國高速鐵路施工標準化建設，安全施工。在市場競爭中運用該成果不但能有效對施工中的風險進行預測、預判規(guī)避風險，對不可規(guī)避的風險進行分析，找到解決問題的最優(yōu)解，達到提質(zhì)增效的目的。
武九鐵路客運專線中鐵十八局第三工程有限公司承建石馬寨隧道針對工程地質(zhì)較為復雜，隱藏性溶洞較多，地下水富集情況，應用《基于三維模式泥質(zhì)充填斷層破碎帶隧道高精度地質(zhì)探測及災害精確控制關鍵技術研究及工程應用》對圍巖進行穩(wěn)定性分析，結合使用隧道預測測系統(tǒng)，運用隧道進行分析加固措施。探明前方地質(zhì)情況。對突泥突水水力學共性特征的描述，指導跨泥巖質(zhì)破碎帶地帶施工。
經(jīng)濟效益情況：經(jīng)過統(tǒng)計，通過對模型的分析、運用預測手段、預加固技術，有效處理問題，未發(fā)生次生安全事故，確保了施工工期正常，累計間接為工程創(chuàng)造2750萬元經(jīng)濟效益。

    我針對本項目依托工程所處地質(zhì)環(huán)境及施工中面臨的主要問題，為確保隧道施工過程的安全，本課題系統(tǒng)開展高風險巖溶隧道不良地質(zhì)預報與災害控制研究，項目總體研究目標如下：國內(nèi)外的許多學者普遍認為不同類型巖溶對隧道危害作用相差較大。通過對巖溶涌水及涌水量特征、含泥沙特性等規(guī)律進行研究，總結出了巖溶涌水的時間特性、空間特性及不同類型巖溶涌水量和含泥沙的變化特征。很多學者都深入研究過巖溶含水介質(zhì)的多重性。王建秀等基于水文地質(zhì)將巖溶突水模式分為：滲（漏）水型、施工揭露充水巖溶管道網(wǎng)絡型、施工穿越阻水斷層型、水力劈裂型、底膨破壞型，并在施工中對類型進行確定，同時對重點類型進行超前地質(zhì)預報。關于溶洞對隧道穩(wěn)定性影響的研究，當前主要以因溶洞產(chǎn)生的圍巖應力、位移變化為主要研究對象。早期利用精確數(shù)學及和光彈模型試驗對圍巖應力和位移進行分析的方法無法考慮隧道的開挖效應和支護過程，且對于不規(guī)則斷面，一般得不到解析解。地質(zhì)模型試驗由于試驗費用高，周期較長且具有不可重復性，特別是試驗難以滿足所有的破壞試驗相似判據(jù)，因此其應用和推廣受到限制。

    形成了基于激發(fā)極化法的隧道含水構造超前探測三維成像與水量預測綜合技術體系，實現(xiàn)斷層、溶洞等含水地質(zhì)構造的三維成像與定位，利用干擾識別與去除方法去除干擾影響并提取出確切信息；研發(fā)了隧道超前探測專用激發(fā)極化儀器系統(tǒng)，解決了普通激電儀無法實現(xiàn)大電流脈動恒流供電的問題，重點突出了半衰時之差參數(shù)的測量功能；建立了基于Cholesky分解算法和預條件共軛梯度算法（PCG）的對比計算的基礎上，提出了反演計算效率優(yōu)化方案，實現(xiàn)了三維電阻率觀測數(shù)據(jù)的快速穩(wěn)定反演?？紤]隧道掘進過程中滲流場與應力場的耦合作用，建立相應的三維有限元分析模型，對斷層、圍巖、注漿加固圈、隧道所組成的耦合系統(tǒng)進行系統(tǒng)模擬，優(yōu)選帷幕注漿加固圈厚度。建立了斷裂帶巖體單一平板優(yōu)勢劈裂注漿擴散模型，推導了考慮廣義賓漢體漿液黏度時變性的優(yōu)勢劈裂注漿擴散控制方程。 三:基于流固耦合理論建立了考慮隧道圍巖滲流場與應力場相互影響的隧道開挖有限元模型，分析了注漿加固所引起的隧道圍巖宏觀力學行為變化規(guī)律。

    1.形成了基于激發(fā)極化法的隧道含水構造超前探測三維成像與水量預測綜合技術體系，實現(xiàn)斷層、溶洞等含水地質(zhì)構造的三維成像與定位，利用干擾識別與去除方法去除干擾影響并提取出確切信息；研發(fā)了隧道超前探測專用激發(fā)極化儀器系統(tǒng)，解決了普通激電儀無法實現(xiàn)大電流脈動恒流供電的問題，重點突出了半衰時之差參數(shù)的測量功能；建立了基于Cholesky分解算法和預條件共軛梯度算法（PCG）的對比計算的基礎上，提出了反演計算效率優(yōu)化方案，實現(xiàn)了三維電阻率觀測數(shù)據(jù)的快速穩(wěn)定反演。
2.考慮隧道掘進過程中滲流場與應力場的耦合作用，建立相應的三維有限元分析模型，對斷層、圍巖、注漿加固圈、隧道所組成的耦合系統(tǒng)進行系統(tǒng)模擬，優(yōu)選帷幕注漿加固圈厚度。建立了斷裂帶巖體單一平板優(yōu)勢劈裂注漿擴散模型，推導了考慮廣義賓漢體漿液黏度時變性的優(yōu)勢劈裂注漿擴散控制方程。

    1.基于流固耦合理論建立了考慮隧道圍巖滲流場與應力場相互影響的隧道開挖有限元模型，分析了注漿加固所引起的隧道圍巖宏觀力學行為變化規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場注漿過程中的反饋信息及時動態(tài)調(diào)整注漿速率與漿液配比，從而最大化提高受注地層的漿液充填率，提高裂隙及孔隙巖體內(nèi)的漿液飽和度，通過分段式控制注漿終壓，實現(xiàn)提高斷層破碎帶整體注漿量、強化注漿效果，建立了階梯式恒壓靜定終壓控制注漿關鍵技術。
2.研發(fā)了一種復合水泥基－水玻璃雙液漿的注漿新材料，以水泥－粉煤灰－礦渣與水玻璃反應體系為基礎，形成大量C-S-H膠凝體，雙液漿迅速膠凝硬化，對于泥加碎石斷層的封堵具有良好的效果。設計了一套斷層泥注漿加固系統(tǒng)，集中了工藝模塊、被注介質(zhì)模塊和信息采集模塊。注漿后斷層泥單軸抗壓強度可提升181%～253%。

    該成果屬于獨立研究針對高速鐵路隧道施工的施工工藝，以實際高鐵隧道工程為依托，通過現(xiàn)場測試、理論分析和數(shù)值模擬等方法展開,以系統(tǒng)科學思想為指導，運用巖溶發(fā)生學、巖土力學、裂隙巖體水力學、地球物理探測及能量突變等理論的最新成就，借助現(xiàn)場試驗、室內(nèi)試驗、物理模擬試驗和數(shù)值實驗相配合手段，在分析巖溶流域的結構、物質(zhì)流、能量流和信息流的基礎上，建立預測隧道掌子面前方災害靶段(地質(zhì)缺陷和突水構造)位置的綜合物探方法和以瞬變電磁和激發(fā)激化法為主的探查巖溶裂隙水的綜合預報方法；從理論上揭示巖溶隧道不同含水構造的突水機理，建立隧道突水信息識別模型及其監(jiān)測方法和巖溶隧道地質(zhì)缺陷突水的力學模型，基于不同突水模式的試驗研究及其突水前兆信息演化規(guī)律，研制突水前兆多元信息監(jiān)測系統(tǒng)，從而形成巖溶裂隙水的綜合治理技術體系和地質(zhì)災害預警系統(tǒng)，制定高風險巖溶區(qū)域地質(zhì)災害快速反應體系及有效治理方案，達到解決依托工程實際問題的目標，具有重要的工程實用價值。