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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
2、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，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
3、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,2、输入数据围岩等级（IVI）裂隙密度（线、面、体）实际渗水量（反演下一个块的渗透系数）实测变形量（沉降、隆起、收敛）,3、综合预报预警模型Z=应力场+应变场+位移场u+渗流场p,应力场：每个单元有最大主应力max(I)，最小主应力min(II)，最大剪应力max(III)。每个指标分为
4、一个图层，此项共三个图层。,应变场：每个单元有最大主应变max，最小主应变min，最大剪应变max，体积应变v(IV)。该项中取单元体积应变v。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
5、,每个单元有最大主应力max：（cmax，cmin），强度理论。最小主应力min：（tmax，tmin），强度理论。最大剪应力max：（fmax，fmin），强度理论。,每个单元有体积应变v：（vmax，vmin），变形控制理论。每个结点有总位移uxyz：（uxyzmax，uxyzmin），变形控制理论。每个结点总孔隙水压力pxyz：（pxyzmax，pxyzmin），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。
6、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。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3、长江第一隧武汉长江隧道工程,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）5.95km，双向四车道公路隧道。2005年10月26日至今：报告59期：A1（+服务
7、洞），A2。,在FLAC3D中建立的隧道分析模型（共分1190片，每片604单元）,主洞3#变海域方向突水预测图1,2#车通入主洞突水预测图1,2、雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞工程17.1km，四个主引水隧洞，一个排水洞，两个服务隧洞。,三维网格图,第一步开挖最大主应力图,第一步开挖剪应力图,第一步开挖孔隙水压力图,第一步开挖总位移图,第二步开挖最大主应力图,第二步开挖剪应力图,第二步开挖孔隙水压力图,第二步开挖总位移图,3、长江第一隧武汉长江隧道工程本工程隧道：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。陆域段：隧道、地基、基础、上部结构协 同耦合三维数值模拟（在研）,四、值得进一步研究的问题,1、深埋裂隙岩体非达西渗流问题2、高压水岩多场耦合问题3、超深裂隙岩体动力流变力学性质问题4、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,
