隧道高压突涌水实时预报预警

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隧道高压突涌水实时预报预警与辅助决策系统及其工程应用中国地质大学（武汉）工程学院岩工系2009年6月12日李云安李雪平汪洋李元雄报告提纲o一、隧道突涌水背景与意义o二、预报预警与辅助决策系统o三、工程实例 o四、值得进一步研究的问题一、隧道突涌水背景与意义o1、背景o2、意义 o1、背景o公路与铁路隧道以及水工引水隧洞“数量多、长度大、大埋深、大断面”是21世纪我国以及世界隧道工程发展的总趋势。o我国的厦门东通道、武汉长江隧道、青黄隧道、琼州海峡隧道、台海隧道、锦屏二级引水隧洞等等。 o跨江越海长大隧道往往是整个工程建设项目的关键性控制工期工程，投资巨大周期长，隧道施工技术与地质灾害是制约长大隧道发展的两大因素，隧道地质灾害种类较多如高压突涌水、软岩大变形、高地应力硬岩岩爆、高地温及瓦斯突出等。o对于跨江越海长大隧道与深埋引水隧洞等的主要地质灾害是：高压突涌水。 o隧道施工地质超前预报及其灾害防治技术是国内外地下工程的难点和热点，是安全和快速施工的关键。o施工地质超前预报是隧道工程建设必不可少的重要组成部分，贯穿于隧道尤其是跨江越海隧道建设全过程。TSP202/203、地质雷达、红外探水、水平钻探等。 o2、意义o传统的隧道灾害探测技术与预测理论指标体系单一，因此基于高新技术GIS系统平台，研发隧道全程施工地质和超前地质预测预报技术紧密结合的实时超前综合预报预警与防治关键技术，这是跨江越海长大隧道高压突涌水等地质灾害预测预报与防治最直接、最有效、最可靠的方法。 o对推动我国交通行业基础建设快速发展、提升我国跨江越海长大隧道工程建设的国际地位具有极其重大的现实意义。二、预报预警与辅助决策系统o1、系统结构o2、输入数据o3、综合预报预警模型o4、预报预警技术标准o5、输出数据o6、系统功能 o1、系统结构输入：围岩等级、裂隙密度、实际渗水量、实测变形量三维数值模拟基础数据库实时综合预测预报模型与技术标准输出：计算涌水量、平面与纵剖面突水图、横截面突水分布图MapGIS系统平台数据管理空间预测辅助决策时间预报数据处理输入子系统数字化输入扫描矢量化GPS及其它数据源空间分析子系统DEM矢量空间分析栅格图象分析网络分析图形整饰子系统图形编辑及建拓扑图框生成投影变换误差校正库管理子系统地图库管理属性库管理多媒体数据管理输出子系统版面定义矢量输出栅格输出报表定义实用服务子系统错误检查数据交换系统库编辑图形数据属性数据 o2、输入数据o围岩等级（IVI）o裂隙密度（线、面、体）o实际渗水量（反演下一个块的渗透系数）o实测变形量（沉降、隆起、收敛） o3、综合预报预警模型oZ=应力场 +应变场 +位移场 u+渗流场 p o应力场：o每个单元有o最大主应力 max(I)，o最小主应力 min(II)，o最大剪应力 max(III)。o每个指标分为一个图层，此项共三个图层。 o应变场：o每个单元有o最大主应变 max，o最小主应变 min，o最大剪应变 max，o体积应变 v(IV)。o该项中取单元体积应变 v。此项共一个图层。 o位移场 u：o每个结点有oX方向位移 ux，oY方向位移 uy，oZ方向位移 uz，o总位移 uxyz(V)。o该项中取结点总位移 uxyz。此项共一个图层。 o渗流场 p：o每个结点有oX方向孔隙水压力 px，oY方向孔隙水压力 py，oZ方向孔隙水压力 pz，o总孔隙水压力 pxyz(VI)。o该项中取结点总孔隙水压力 pxyz。此项共一个图层。 o本模型总共有六个图层即一个指标一个图层。 o4、预报预警技术标准o岩体变形破坏时各指标有弹性极限值、塑性极限值，此两值为各指标的下限与上限 o每个单元有最大主应力 max：o（ cmax， cmin），强度理论。o最小主应力 min：o（ tmax， tmin），强度理论。o最大剪应力 max：o（ fmax， fmin），强度理论。 o每个单元有体积应变 v：o（ vmax， vmin），变形控制理论。o每个结点有总位移 uxyz：o（ uxyzmax， uxyzmin），变形控制理论。o每个结点总孔隙水压力 pxyz：o（ pxyzmax， pxyzmin），有效应力理论。 o每个图层指标实际值o大于上限则该单元涂红色，o小于下限值则该单元涂绿色，o位于上限与下限之间则涂黄色。 o综合预测预报模型总值则是：o当 I、 II、 III、 VI图层对应单元均为红色时，则各图层叠加后总值为红色。该区为突水区。o当所有图层对应单元均为绿色时，则各图层叠加后总值为绿色。该区为不突水区。o当 I、 II、 III与 VI图层对应单元颜色各异时，则各图层叠加后总值为黄色。该区为过渡区。 o5、输出数据o计算涌水量（预测值）o平面与纵剖面突水图o横截面突水分布图 o6、系统功能o（1）涌水量预测o（2）围岩稳定性分析o（3）围岩变形分析 o（4）突水预测三、工程实例o1、我国大陆第一条海底隧道国家重点工程厦门东通道（翔安隧道）o2、雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞工程o3、长江第一隧武汉长江隧道工程 o1、我国大陆第一条海底隧道国家重点工程厦门东通道（翔安隧道）o5.95km，双向四车道公路隧道。o2005年10月26日至今：o报告59期：A1（+服务洞），A2。 o在FLAC3D中建立的隧道分析模型o（共分1190片，每片604单元） o主洞3#变海域方向突水预测图1 o2#车通入主洞突水预测图1 o2、雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞工程o17.1km，四个主引水隧洞，一个排水洞，两个服务隧洞。 o三维网格图 o第一步开挖最大主应力图 o第一步开挖剪应力图 o第一步开挖孔隙水压力图 o第一步开挖总位移图 o第二步开挖最大主应力图 o第二步开挖剪应力图 o第二步开挖孔隙水压力图 o第二步开挖总位移图 o3、长江第一隧武汉长江隧道工程o本工程隧道：江北段长849.5m，长江段长1461.2m，江南段长959.3m，全长3270m。双向四车道公路隧道。o陆域段：隧道、地基、基础、上部结构协o 同耦合三维数值模拟o（在研）四、值得进一步研究的问题o1、深埋裂隙岩体非达西渗流问题o2、高压水岩多场耦合问题o3、超深裂隙岩体动力流变力学性质问题o4、基于GIS平台的超深裂隙岩体高压水岩多场耦合三维数值模拟与预报预警系统谢谢！欢迎各位专家提问与批评指正

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