隧道高压突涌水实时预报预警

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1、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一、隧道突涌水背景与意义二、预报预警与辅助决策系统三、工程实例四、值得进一步研究的问题一、隧道突涌水背景与意义1、背景2、意义1、背景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。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。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

2、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。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。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。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。2、意义传统的隧道灾害探测技术与预测理论指标体系单一

3、，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。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1、系统结构2、输入数据3、综合预报预警模型4、预报预警技术标准5、输出数据6、系统功能1、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

4、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2、输入数据围岩等级（I—VI）裂隙密度（线、面、体）实际渗水量（反演下一个块的渗透系数）

5、实测变形量（沉降、隆起、收敛）3、综合预报预警模型[Z]=应力场[σ]+应变场[ε]+位移场[u]+渗流场[p]应力场[σ]：每个单元有最大主应力σmax(I)，最小主应力σmin(II)，最大剪应力τmax(III)。每个指标分为一个图层，此项共三个图层。应变场[ε]：每个单元有最大主应变εmax，最小主应变εmin，最大剪应变γmax，体积应变εv(IV)。该项中取单元体积应变εv。此项共一个图层。位移场[u]：每个结点有X方向位移ux，Y方向位移uy，Z方向位移uz，总位移uxyz(V)。该项中取结点总位移

6、uxyz。此项共一个图层。渗流场[p]：每个结点有X方向孔隙水压力px，Y方向孔隙水压力py，Z方向孔隙水压力pz，总孔隙水压力pxyz(VI)。该项中取结点总孔隙水压力pxyz。此项共一个图层。本模型总共有六个图层即一个指标一个图层。4、预报预警技术标准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每个单元有最大主应力σmax：（[σc]max，[σc]min），强度理论。最小主应力σmin：（[σt]max，[σt]min），强度理论。最大剪应力τmax：（[τf]max，[τf]m

7、in），强度理论。每个单元有体积应变εv：（[εv]max，[εv]min），变形控制理论。每个结点有总位移uxyz：（[uxyz]max，[uxyz]min），变形控制理论。每个结点总孔隙水压力pxyz：（[pxyz]max，[pxyz]min），有效应力理论。每个图层指标实际值大于上限则该单元涂红色，小于下限值则该单元涂绿色，位于上限与下限之间则涂黄色。综合预测预报模型总值则是：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。当所有图层对应单元均为绿色时，则各图层叠加后

8、总值为绿色。该区为不突水区。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。5、输出数据计算涌水量（预测值）平面与纵剖面突水图横截面突水分布图6、系统功能（1）涌水量预测（2）围岩稳定性分析（3）围岩变形分析（4）突水预测三、工程实例1、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）2、雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞工程