隧道突涌水監(jiān)測方法與預(yù)警技術(shù)

李術(shù)才 山東大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。我國隧道及地下工程超前地質(zhì)預(yù)報與突水突泥災(zāi)害防控專家。入選科技部“973項目”首席科學(xué)家、教育部“長江學(xué)者“特聘教授、“863計劃”現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜遥瑖医艹銮嗄昊皤@得者。擔(dān)任中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會副理事長、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會地下工程分會理事長、國際著名期刊Tunnelling and Underground Space Technology主編。獲國家科技進(jìn)步二等獎4項，省部級一等獎5項、教學(xué)成果一等獎1項，2015年度山東省科學(xué)技術(shù)Z高獎，第12屆光華工程科技成就獎，第九屆中國青年科技獎，全國優(yōu)秀科技工作者，山東高校十大師德標(biāo)兵；授權(quán)中國發(fā)明專利52項、美國專利5項；出版專著5部，發(fā)表論文160余篇。

李利平 山東大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任山東大學(xué)齊魯交通學(xué)院副院長、巖土中心隧道所所長；兼任中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會巖石工程設(shè)計方法分會副理事長。入選國家“萬人計劃”青年拔尖人才、泰山學(xué)者（青年專家），國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者、山東省杰出青年基金獲得者；遴選為世界交通運輸大會（WTC）結(jié)構(gòu)工程學(xué)報隧道地質(zhì)超前預(yù)報與災(zāi)害預(yù)警學(xué)科主席。主要從事隧道及地下工程災(zāi)害防治方面的研究。主持國家及省部級課題21項、重大工程委托項目16項；獲國家科技進(jìn)步二等獎1項（排名第3），獲山東省科技進(jìn)步一等獎和教育部科技進(jìn)步二等獎各1項，其他省部級科技獎勵6項；獲第九屆中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會青年科技獎金獎、第十一屆山東省青年科技獎；授權(quán)美國專利1項，中國發(fā)明專利24項；出版中文專著2部、主編教材1部；主編及參編行業(yè)團隊標(biāo)準(zhǔn)4項，工法2項；發(fā)表SCI/EI論文159篇，兩篇入選“領(lǐng)p者F5000-中國精品科技期刊D尖論文”

石少帥 博士后，山東大學(xué)碩士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任中國巖石力學(xué)與學(xué)會地下工程分會和工程安全與防護(hù)分會理事，國際巖石力學(xué)學(xué)會（ISRM）會員，被聘為世界交通運輸大會（WTC）“隧道地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)委員會“主席；擔(dān)任Tunnelling and Underground Space Technology、Automation in Construction等期刊審稿人；入選2017年中國科協(xié)“青年托舉人才計劃”。主要從事隧道與地下工程災(zāi)害防控方面的教學(xué)和研究工作。主持國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等國家及省部級課題10項，重大工程委托項目7項。獲省部級科技進(jìn)步一等獎6項、二等獎4項；授權(quán)美國專利1項、中國發(fā)明專利20余項、軟件著作權(quán)10余項；合作出版專著1部，參編行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4項，工法3項；以D一和通訊作者錄用和發(fā)表SCI/EI論文15篇。2100433B

本書共8章，分別總結(jié)分析了隧道突涌水監(jiān)測方法與預(yù)警技術(shù)的發(fā)展歷程、技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問題和發(fā)展趨勢；歸納、劃分了隧道突涌水災(zāi)害的兩種典型破壞模式，提出了隧道突涌水災(zāi)害的地質(zhì)及地球物理場前兆信息特征；針對隔水巖體漸進(jìn)破壞突涌水類型，研制了真三軸地質(zhì)力學(xué)模擬試驗系統(tǒng)，揭示了突涌水的災(zāi)變演化機制與突涌水前兆多元信息演化規(guī)律；針對充填結(jié)構(gòu)滲透失穩(wěn)突涌水類型，研制了充填結(jié)構(gòu)滲透失穩(wěn)突涌水模擬試驗系統(tǒng)，重點介紹了充填體性態(tài)演化過程與前兆信息臨界特征；針對隧道突涌水災(zāi)害監(jiān)測，提出了實時監(jiān)測的物理基礎(chǔ)與設(shè)計方法，介紹了隧道突涌水模式識別模型及演化態(tài)勢動態(tài)預(yù)測方法；基于突涌水前兆多元信息融合分析方法，建立了以微震為載體融合多元信息的實時監(jiān)測技術(shù)，構(gòu)建了突涌水多元信息監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)架構(gòu)、軟件設(shè)計及其使用方法；最后精選了代表性工程案例，詳細(xì)介紹了隧道突涌水監(jiān)測方法與預(yù)警技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用情況。

為了破解隧道及地下工程突涌災(zāi)害定量化分析的難題，本書從隧道突涌災(zāi)害形態(tài)分析入手，提出識別隧道突涌災(zāi)害類型的量化方法；建立隧道突涌災(zāi)害暴發(fā)模型，并形成隧道災(zāi)害治理與治理質(zhì)量評價的量化方法體系。面對突涌災(zāi)害，該方法體系適用于定量化估算隧道掌子面突涌災(zāi)害暴發(fā)危險程度、治理加固半徑、隧道突涌臨界頂板厚度、治理段的預(yù)留長度與可開挖長度等技術(shù)指標(biāo)或參數(shù)。書中既有一定程度的理論推演，又有詳實的工程案例作為支撐。

目錄

第1章 緒論 1

1.1 多形態(tài)的隧道突涌災(zāi)害 2

1.2 隧道突涌災(zāi)害的危害 2

1.3 隧道突涌災(zāi)害的識別、治理與治理質(zhì)量評價的主要經(jīng)驗 3

1.3.1 災(zāi)害識別既有經(jīng)驗 4

1.3.2 災(zāi)害治理既有經(jīng)驗 6

1.3.3 治理質(zhì)量評價 7

1.3.4 既有經(jīng)驗的作用和主要不足 8

1.3.5 抗突涌實踐效果及需求 9

1.4 本書的任務(wù)及構(gòu)想 9

第2章 地質(zhì)塊水巖環(huán)境分析 11

2.1 圍巖穩(wěn)定性的正反向分析 12

2.1.1 圍巖自穩(wěn)性分類 12

2.1.2 圍巖的質(zhì)量法分級 12

2.1.3 巖石的強度法分級 13

2.1.4 土體的密實度法分級 13

2.1.5 圍巖質(zhì)量法分級、強度法分級、自穩(wěn)性分類的對應(yīng)關(guān)系 13

2.2 地下水賦存狀態(tài)的正反向分析 14

2.2.1 常見水壓 14

2.2.2 常見水壓分級與對應(yīng)的涌水形態(tài)分類 15

2.2.3 高水壓及其對應(yīng)形態(tài)再分級 19

2.2.4 水壓總分級與涌水形態(tài)分類匯總 20

2.3 圍巖穩(wěn)定性與地下水賦存狀態(tài)的合并分析 20

2.3.1 正向分析的合并 20

2.3.2 土體的ε取值 21

2.3.3 突涌源形態(tài)系數(shù)J的力學(xué)解釋 21

2.3.4 正向分析與反向分析的合并 22

2.3.5 對突涌災(zāi)害的再認(rèn)識 24

2.3.6 正向分析與反向分析的合并效應(yīng)表的作用 25

2.3.7 隧道突涌災(zāi)害形態(tài)分析法的概念 26

2.4 孕災(zāi)地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境簡析 26

2.4.1 突涌孕災(zāi)地質(zhì)構(gòu)造分類 26

2.4.2 地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境遞變規(guī)律發(fā)生的原因 28

2.4.3 導(dǎo)水與儲水結(jié)構(gòu) 29

2.4.4 孕災(zāi)地質(zhì)構(gòu)造的相互聯(lián)系及轉(zhuǎn)化 29

2.4.5 孕災(zāi)地質(zhì)構(gòu)造類型的啟示 30

2.5 隧道地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境的干預(yù)方法 30

2. 5.1 與引排水和注漿相關(guān)的尺度效應(yīng) 31

2.5.2 圍巖注漿的尺度效應(yīng) 31

2.5.3 引排水的尺度效應(yīng) 32

2.5.4 突涌細(xì)分區(qū)與圍巖環(huán)境干預(yù)尺度效應(yīng)的聯(lián)系 34

2.5.5 排水與注漿尺度效應(yīng)的啟示 37

第3章 隧道斷面突涌災(zāi)害程度分析 38

3.1 施工擾動對斷面環(huán)境的影響 39

3.1.1 隧道斷面 39

3.1.2 力學(xué)等效斷面 40

3.1.3 非圓形隧道 41

3.1.4 等效斷面的塑性圈與彈塑性圈分界 42

3.1.5 彈塑性圈、塑性圈的變形觀測 44

3.1.6 隧道等效斷面不同力學(xué)區(qū)域的相對變形量 45

3.2 隧道等效斷面的突涌強度與突涌烈度 46

3.2.1 等效斷面的分區(qū)及排序 46

3.2.2 等效斷面的突涌強度 50

3.2.3 基準(zhǔn)等效斷面突涌圖（填色） 52

3.2.4 隧道等效斷面突涌烈度 53

3.2.5 案例 53

3.3 隧道帷幕注漿加固半徑估算方法 57

3.3.1 帷幕注漿加固半徑或注漿厚度概念 58

3.3.2 既有經(jīng)驗確定帷幕注漿加固半徑的主要辦法 58

3.3.3 隧道突涌災(zāi)害形態(tài)分析法確定加固半徑的研究 58

3.3.4 均質(zhì)圍巖隧道的注漿厚度估算 62

3.3.5 非均質(zhì)圍巖隧道帷幕注漿加固厚度的估算 63

3.4 臨近腔洞時隧道拱頂頂板臨界厚度的估算方法與檢驗 65

3.5 隧道引排水效果的估算方法 71

3.5.1 引排水的適用方式 71

3.5.2 引排水效果的覆蓋范圍 71

3.5.3 排水失效 72

3.5.4 動態(tài)引排水 72

3.5.5 引排水效果的檢查與觀測 73

3.6 淺埋隧道的等效斷而及分區(qū)的簡化處理 73

3.6.1 淺埋隧道與深埋隧道的分界 73

3.6.2 淺埋隧道的三種可能斷面 74

3.6.3 簡化處理后效果復(fù)核 78

3.6.4 結(jié)論 80

第4章 隧道突涌隱患區(qū)段分析與治理 81

4.1 突涌災(zāi)害暴發(fā)模型與突涌單元分析區(qū) 82

4.1.1 突涌災(zāi)害暴發(fā)模型 82

4.1.2 突涌單元分析區(qū)及其屬性 83

4.1.3 突涌單元分析區(qū)的重要性 84

4.2 施工擾動對前方隧道環(huán)境的影響 84

4.2.1 縱向有效影響長度 85

4.2.2 力學(xué)計算 85

4.2.3 施工統(tǒng)計與分析 85

4.2.4 相關(guān)行業(yè)技術(shù)規(guī)范的管理規(guī)定 87

4.2.5 本書的做法與推斷 87

4.3 掌子面暴發(fā)突涌災(zāi)害的危險程度估算方法 88

4.3.1 開挖最小預(yù)留長度 88

4.3.2 修正的開挖最小預(yù)留長度 88

4.3.3 暴發(fā)突涌災(zāi)害的危險程度 89

4.3.4 突涌災(zāi)害暴發(fā)常見情沉 89

4.3.5 案例 90

4.4 確定帷幕注漿合理長度與可開挖長度 91

4.4.1 既有方法 91

4.4.2 突涌形態(tài)分析法視角下的做法 93

4.5 人工構(gòu)建過渡區(qū) 94

4.5.1 典型低水壓砂巖隧道概況 95

4.5.2 低水壓砂巖隧道的特點及過渡區(qū)的構(gòu)建需求 96

4.5.3 正向分析及正向構(gòu)建過渡區(qū)的步驟 97

4.5.4 反向分析及反向構(gòu)建過渡區(qū)的步驟 98

4.5.5 人工構(gòu)建過渡區(qū)的經(jīng)驗教訓(xùn) 98

4.6 突涌災(zāi)害暴發(fā)前后過渡區(qū)的人工構(gòu)建 100

4.7 突涌單元分析區(qū)的確立方法與路徑 102

4.7.1 超大埋深、大埋深隧道的典型代表 102

4.7.2 突涌分析區(qū)確立的路徑1——正向分析法 104

4.7.3 突涌分析區(qū)的確立路徑2——反向分析法 106

4.7.4 確立突涌分析區(qū)的實踐經(jīng)驗總結(jié) 107

第5章 隧道突涌形態(tài)分析法的綜合運用 109

5.1 圍巖抗壓強度與水壓的測量 110

5.2 設(shè)計與施工的突涌核心問題 113

5.3 4時段核心問題的特點 114

5.4預(yù)設(shè)計時段 114

5.5 正常施工時段 121

5.6 突涌災(zāi)害發(fā)生時段 125

5.7治理時段 127

5.8 形態(tài)分析法在設(shè)計與施工上同傳統(tǒng)做法的差異性 128

5.9 運營期突涌傳遞效應(yīng)分析 132

第6章 隧道突涌形態(tài)分析法的實踐與總結(jié) 138

6.1 均昌隧道突涌災(zāi)害或隱患治理實踐 139

6.2 嶺腳隧道突涌災(zāi)害或隱患治理實踐 149

6.3 隧道突涌災(zāi)害形態(tài)分析法總結(jié) 153

參考文獻(xiàn) 158 2100433B

《隧道變形監(jiān)測與預(yù)測的理論與方法》主要包括緒論、隧道及地表變形控制值研究、三維激光掃描技術(shù)在隧道變形監(jiān)測中的應(yīng)用、隧道變形預(yù)測的單項模型及其改進(jìn)、隧道變形預(yù)測模型的組合與優(yōu)選、主要研究成果和展望等內(nèi)容。