隧道突涌水监测方法与预警技术

李术才 山东大学教授、博士生导师。我国隧道及地下工程超前地质预报与突水突泥灾害防控专家。入选科技部“973项目”首席科学家、教育部“长江学者“特聘教授、“863计划”现代交通技术领域专家，国家杰出青年基金获得者。担任中国岩石力学与工程学会副理事长、中国岩石力学与工程学会地下工程分会理事长、国际著名期刊Tunnelling and Underground Space Technology主编。获国家科技进步二等奖4项，省部级一等奖5项、教学成果一等奖1项，2015年度山东省科学技术Z高奖，第12届光华工程科技成就奖，第九届中国青年科技奖，全国优秀科技工作者，山东高校十大师德标兵；授权中国发明专利52项、美国专利5项；出版专著5部，发表论文160余篇。

李利平 山东大学教授、博士生导师。现任山东大学齐鲁交通学院副院长、岩土中心隧道所所长；兼任中国岩石力学与工程学会岩石工程设计方法分会副理事长。入选国家“万人计划”青年拔尖人才、泰山学者（青年专家），国家优秀青年科学基金获得者、山东省杰出青年基金获得者；遴选为世界交通运输大会（WTC）结构工程学报隧道地质超前预报与灾害预警学科主席。主要从事隧道及地下工程灾害防治方面的研究。主持国家及省部级课题21项、重大工程委托项目16项；获国家科技进步二等奖1项（排名第3），获山东省科技进步一等奖和教育部科技进步二等奖各1项，其他省部级科技奖励6项；获第九届中国岩石力学与工程学会青年科技奖金奖、第十一届山东省青年科技奖；授权美国专利1项，中国发明专利24项；出版中文专著2部、主编教材1部；主编及参编行业团队标准4项，工法2项；发表SCI/EI论文159篇，两篇入选“领p者F5000-中国精品科技期刊D尖论文”

石少帅 博士后，山东大学硕士生导师。现任中国岩石力学与学会地下工程分会和工程安全与防护分会理事，国际岩石力学学会（ISRM）会员，被聘为世界交通运输大会（WTC）“隧道地质超前预报技术委员会“主席；担任Tunnelling and Underground Space Technology、Automation in Construction等期刊审稿人；入选2017年中国科协“青年托举人才计划”。主要从事隧道与地下工程灾害防控方面的教学和研究工作。主持国家自然科学基金、山东省自然科学基金等国家及省部级课题10项，重大工程委托项目7项。获省部级科技进步一等奖6项、二等奖4项；授权美国专利1项、中国发明专利20余项、软件著作权10余项；合作出版专著1部，参编行业标准4项，工法3项；以D一和通讯作者录用和发表SCI/EI论文15篇。2100433B

本书共8章，分别总结分析了隧道突涌水监测方法与预警技术的发展历程、技术现状、存在的问题和发展趋势；归纳、划分了隧道突涌水灾害的两种典型破坏模式，提出了隧道突涌水灾害的地质及地球物理场前兆信息特征；针对隔水岩体渐进破坏突涌水类型，研制了真三轴地质力学模拟试验系统，揭示了突涌水的灾变演化机制与突涌水前兆多元信息演化规律；针对充填结构渗透失稳突涌水类型，研制了充填结构渗透失稳突涌水模拟试验系统，重点介绍了充填体性态演化过程与前兆信息临界特征；针对隧道突涌水灾害监测，提出了实时监测的物理基础与设计方法，介绍了隧道突涌水模式识别模型及演化态势动态预测方法；基于突涌水前兆多元信息融合分析方法，建立了以微震为载体融合多元信息的实时监测技术，构建了突涌水多元信息监测与预警系统，阐述了系统架构、软件设计及其使用方法；最后精选了代表性工程案例，详细介绍了隧道突涌水监测方法与预警技术的现场应用情况。

为了破解隧道及地下工程突涌灾害定量化分析的难题，本书从隧道突涌灾害形态分析入手，提出识别隧道突涌灾害类型的量化方法；建立隧道突涌灾害暴发模型，并形成隧道灾害治理与治理质量评价的量化方法体系。面对突涌灾害，该方法体系适用于定量化估算隧道掌子面突涌灾害暴发危险程度、治理加固半径、隧道突涌临界顶板厚度、治理段的预留长度与可开挖长度等技术指标或参数。书中既有一定程度的理论推演，又有详实的工程案例作为支撑。

目录

第1章 绪论 1

1.1 多形态的隧道突涌灾害 2

1.2 隧道突涌灾害的危害 2

1.3 隧道突涌灾害的识别、治理与治理质量评价的主要经验 3

1.3.1 灾害识别既有经验 4

1.3.2 灾害治理既有经验 6

1.3.3 治理质量评价 7

1.3.4 既有经验的作用和主要不足 8

1.3.5 抗突涌实践效果及需求 9

1.4 本书的任务及构想 9

第2章 地质块水岩环境分析 11

2.1 围岩稳定性的正反向分析 12

2.1.1 围岩自稳性分类 12

2.1.2 围岩的质量法分级 12

2.1.3 岩石的强度法分级 13

2.1.4 土体的密实度法分级 13

2.1.5 围岩质量法分级、强度法分级、自稳性分类的对应关系 13

2.2 地下水赋存状态的正反向分析 14

2.2.1 常见水压 14

2.2.2 常见水压分级与对应的涌水形态分类 15

2.2.3 高水压及其对应形态再分级 19

2.2.4 水压总分级与涌水形态分类汇总 20

2.3 围岩稳定性与地下水赋存状态的合并分析 20

2.3.1 正向分析的合并 20

2.3.2 土体的ε取值 21

2.3.3 突涌源形态系数J的力学解释 21

2.3.4 正向分析与反向分析的合并 22

2.3.5 对突涌灾害的再认识 24

2.3.6 正向分析与反向分析的合并效应表的作用 25

2.3.7 隧道突涌灾害形态分析法的概念 26

2.4 孕灾地质构造环境简析 26

2.4.1 突涌孕灾地质构造分类 26

2.4.2 地质构造环境递变规律发生的原因 28

2.4.3 导水与储水结构 29

2.4.4 孕灾地质构造的相互联系及转化 29

2.4.5 孕灾地质构造类型的启示 30

2.5 隧道地质构造环境的干预方法 30

2. 5.1 与引排水和注浆相关的尺度效应 31

2.5.2 围岩注浆的尺度效应 31

2.5.3 引排水的尺度效应 32

2.5.4 突涌细分区与围岩环境干预尺度效应的联系 34

2.5.5 排水与注浆尺度效应的启示 37

第3章 隧道断面突涌灾害程度分析 38

3.1 施工扰动对断面环境的影响 39

3.1.1 隧道断面 39

3.1.2 力学等效断面 40

3.1.3 非圆形隧道 41

3.1.4 等效断面的塑性圈与弹塑性圈分界 42

3.1.5 弹塑性圈、塑性圈的变形观测 44

3.1.6 隧道等效断面不同力学区域的相对变形量 45

3.2 隧道等效断面的突涌强度与突涌烈度 46

3.2.1 等效断面的分区及排序 46

3.2.2 等效断面的突涌强度 50

3.2.3 基准等效断面突涌图（填色） 52

3.2.4 隧道等效断面突涌烈度 53

3.2.5 案例 53

3.3 隧道帷幕注浆加固半径估算方法 57

3.3.1 帷幕注浆加固半径或注浆厚度概念 58

3.3.2 既有经验确定帷幕注浆加固半径的主要办法 58

3.3.3 隧道突涌灾害形态分析法确定加固半径的研究 58

3.3.4 均质围岩隧道的注浆厚度估算 62

3.3.5 非均质围岩隧道帷幕注浆加固厚度的估算 63

3.4 临近腔洞时隧道拱顶顶板临界厚度的估算方法与检验 65

3.5 隧道引排水效果的估算方法 71

3.5.1 引排水的适用方式 71

3.5.2 引排水效果的覆盖范围 71

3.5.3 排水失效 72

3.5.4 动态引排水 72

3.5.5 引排水效果的检查与观测 73

3.6 浅埋隧道的等效断而及分区的简化处理 73

3.6.1 浅埋隧道与深埋隧道的分界 73

3.6.2 浅埋隧道的三种可能断面 74

3.6.3 简化处理后效果复核 78

3.6.4 结论 80

第4章 隧道突涌隐患区段分析与治理 81

4.1 突涌灾害暴发模型与突涌单元分析区 82

4.1.1 突涌灾害暴发模型 82

4.1.2 突涌单元分析区及其属性 83

4.1.3 突涌单元分析区的重要性 84

4.2 施工扰动对前方隧道环境的影响 84

4.2.1 纵向有效影响长度 85

4.2.2 力学计算 85

4.2.3 施工统计与分析 85

4.2.4 相关行业技术规范的管理规定 87

4.2.5 本书的做法与推断 87

4.3 掌子面暴发突涌灾害的危险程度估算方法 88

4.3.1 开挖最小预留长度 88

4.3.2 修正的开挖最小预留长度 88

4.3.3 暴发突涌灾害的危险程度 89

4.3.4 突涌灾害暴发常见情沉 89

4.3.5 案例 90

4.4 确定帷幕注浆合理长度与可开挖长度 91

4.4.1 既有方法 91

4.4.2 突涌形态分析法视角下的做法 93

4.5 人工构建过渡区 94

4.5.1 典型低水压砂岩隧道概况 95

4.5.2 低水压砂岩隧道的特点及过渡区的构建需求 96

4.5.3 正向分析及正向构建过渡区的步骤 97

4.5.4 反向分析及反向构建过渡区的步骤 98

4.5.5 人工构建过渡区的经验教训 98

4.6 突涌灾害暴发前后过渡区的人工构建 100

4.7 突涌单元分析区的确立方法与路径 102

4.7.1 超大埋深、大埋深隧道的典型代表 102

4.7.2 突涌分析区确立的路径1——正向分析法 104

4.7.3 突涌分析区的确立路径2——反向分析法 106

4.7.4 确立突涌分析区的实践经验总结 107

第5章 隧道突涌形态分析法的综合运用 109

5.1 围岩抗压强度与水压的测量 110

5.2 设计与施工的突涌核心问题 113

5.3 4时段核心问题的特点 114

5.4预设计时段 114

5.5 正常施工时段 121

5.6 突涌灾害发生时段 125

5.7治理时段 127

5.8 形态分析法在设计与施工上同传统做法的差异性 128

5.9 运营期突涌传递效应分析 132

第6章 隧道突涌形态分析法的实践与总结 138

6.1 均昌隧道突涌灾害或隐患治理实践 139

6.2 岭脚隧道突涌灾害或隐患治理实践 149

6.3 隧道突涌灾害形态分析法总结 153

参考文献 158 2100433B

《隧道变形监测与预测的理论与方法》主要包括绪论、隧道及地表变形控制值研究、三维激光扫描技术在隧道变形监测中的应用、隧道变形预测的单项模型及其改进、隧道变形预测模型的组合与优选、主要研究成果和展望等内容。