第三屆全國(guó)巖土與工程學(xué)術(shù)大會(huì)

隧道高壓突涌水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警與輔助決策系統(tǒng)及其工程應(yīng)用報(bào)告提綱一、隧道突涌水背景與意義二、預(yù)報(bào)預(yù)警與輔助決策系統(tǒng)三、工程實(shí)例四、值得進(jìn)一步研究的問題一、隧道突涌水背景與意義1、背景2、意義1、背景公路與鐵路隧道以及水工引水隧洞“數(shù)量多、長(zhǎng)度大、大埋深、大斷面”是21世紀(jì)我國(guó)以及世界隧道工程發(fā)展的總趨勢(shì)。我國(guó)的廈門東通道、武漢長(zhǎng)江隧道、青—黃隧道、瓊州海峽隧道、臺(tái)海隧道、錦屏二級(jí)引水隧洞等等。

跨江越海長(zhǎng)大隧道往往是整個(gè)工程建設(shè)項(xiàng)目的關(guān)鍵性控制工期工程，投資巨大周期長(zhǎng)，隧道施工技術(shù)與地質(zhì)災(zāi)害是制約長(zhǎng)大隧道發(fā)展的兩大因素，隧道地質(zhì)災(zāi)害種類較多如高壓突涌水、軟巖大變形、高地應(yīng)力硬巖巖爆、高地溫及瓦斯突出等。對(duì)于跨江越海長(zhǎng)大隧道與深埋引水隧洞等的主要地質(zhì)災(zāi)害是：高壓突涌水。隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及其災(zāi)害防治技術(shù)是國(guó)內(nèi)外地下工程的難點(diǎn)和熱點(diǎn)，是安全和快速施工的關(guān)鍵。施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)是隧道工程建設(shè)必不可少的重要組成部分，貫穿于隧道尤其是跨江越海隧道建設(shè)全過程。TSP202/203、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水、水平鉆探等。

2、意義傳統(tǒng)的隧道災(zāi)害探測(cè)技術(shù)與預(yù)測(cè)理論指標(biāo)體系單一，因此基于高新技術(shù)GIS系統(tǒng)平臺(tái)，研發(fā)隧道全程施工地質(zhì)和超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)緊密結(jié)合的實(shí)時(shí)超前綜合預(yù)報(bào)預(yù)警與防治關(guān)鍵技術(shù)，這是跨江越海長(zhǎng)大隧道高壓突涌水等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與防治最直接、最有效、最可靠的方法。對(duì)推動(dòng)我國(guó)交通行業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)快速發(fā)展、提升我國(guó)跨江越海長(zhǎng)大隧道工程建設(shè)的國(guó)際地位具有極其重大的現(xiàn)實(shí)意義。二、預(yù)報(bào)預(yù)警與輔助決策系統(tǒng)1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、輸入數(shù)據(jù)3、綜合預(yù)報(bào)預(yù)警模型4、預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)5、輸出數(shù)據(jù)6、系統(tǒng)功能1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輸入：圍巖等級(jí)、裂隙密度、實(shí)際滲水量、實(shí)測(cè)變形量三維數(shù)值模擬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)綜合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)輸出：計(jì)算涌水量、平面與縱剖面突水圖、橫截面突水分布圖MapGIS系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)管理空間預(yù)測(cè)輔助決策時(shí)間預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)處理輸入子系統(tǒng)數(shù)字化輸入掃描矢量化GPS及其它數(shù)據(jù)源空間分析子系統(tǒng)DEM矢量空間分析柵格圖象分析網(wǎng)絡(luò)分析圖形整飾子系統(tǒng)圖形編輯及建拓?fù)鋱D框生成投影變換誤差校正庫(kù)管理子系統(tǒng)地圖庫(kù)管理屬性庫(kù)管理多媒體數(shù)據(jù)管理輸出子系統(tǒng)版面定義矢量輸出柵格輸出報(bào)表定義實(shí)用服務(wù)子系統(tǒng)錯(cuò)誤檢查數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)庫(kù)編輯圖形數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)2、輸入數(shù)據(jù)圍巖等級(jí)（I—VI）裂隙密度（線、面、體）實(shí)際滲水量（反演下一個(gè)塊的滲透系數(shù)）實(shí)測(cè)變形量（沉降、隆起、收斂）3、綜合預(yù)報(bào)預(yù)警模型[Z]=應(yīng)力場(chǎng)[σ]+應(yīng)變場(chǎng)[ε]+位移場(chǎng)[u]+滲流場(chǎng)[p]

應(yīng)力場(chǎng)[σ]：每個(gè)單元有最大主應(yīng)力σmax(I)，最小主應(yīng)力σmin(II)，最大剪應(yīng)力τmax(III)。每個(gè)指標(biāo)分為一個(gè)圖層，此項(xiàng)共三個(gè)圖層。應(yīng)變場(chǎng)[ε]：每個(gè)單元有最大主應(yīng)變?chǔ)舖ax，最小主應(yīng)變?chǔ)舖in，最大剪應(yīng)變?chǔ)胢ax，體積應(yīng)變?chǔ)舦(IV)。該項(xiàng)中取單元體積應(yīng)變?chǔ)舦。此項(xiàng)共一個(gè)圖層。位移場(chǎng)[u]：每個(gè)結(jié)點(diǎn)有X方向位移ux，Y方向位移uy，Z方向位移uz，總位移uxyz(V)。該項(xiàng)中取結(jié)點(diǎn)總位移uxyz。此項(xiàng)共一個(gè)圖層。

滲流場(chǎng)[p]：每個(gè)結(jié)點(diǎn)有X方向孔隙水壓力px，Y方向孔隙水壓力py，Z方向孔隙水壓力pz，總孔隙水壓力pxyz(VI)。該項(xiàng)中取結(jié)點(diǎn)總孔隙水壓力pxyz。此項(xiàng)共一個(gè)圖層。本模型總共有六個(gè)圖層即一個(gè)指標(biāo)一個(gè)圖層。4、預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)巖體變形破壞時(shí)各指標(biāo)有彈性極限值、塑性極限值，此兩值為各指標(biāo)的下限與上限每個(gè)單元有最大主應(yīng)力σmax：（[σc]max，[σc]min），強(qiáng)度理論。最小主應(yīng)力σmin：（[σt]max，[σt]min），強(qiáng)度理論。最大剪應(yīng)力τmax：（[τf]max，[τf]min），強(qiáng)度理論。每個(gè)單元有體積應(yīng)變?chǔ)舦：（[εv]max，[εv]min），變形控制理論。每個(gè)結(jié)點(diǎn)有總位移uxyz：（[uxyz]max，[uxyz]min），變形控制理論。每個(gè)結(jié)點(diǎn)總孔隙水壓力pxyz：（[pxyz]max，[pxyz]min），有效應(yīng)力理論。每個(gè)圖層指標(biāo)實(shí)際值大于上限則該單元涂紅色，小于下限值則該單元涂綠色，位于上限與下限之間則涂黃色。綜合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型總值則是：當(dāng)I、II、III、VI圖層對(duì)應(yīng)單元均為紅色時(shí)，則各圖層疊加后總值為紅色。該區(qū)為突水區(qū)。當(dāng)所有圖層對(duì)應(yīng)單元均為綠色時(shí)，則各圖層疊加后總值為綠色。該區(qū)為不突水區(qū)。當(dāng)I、II、III與VI圖層對(duì)應(yīng)單元顏色各異時(shí)，則各圖層疊加后總值為黃色。該區(qū)為過渡區(qū)。5、輸出數(shù)據(jù)計(jì)算涌水量（預(yù)測(cè)值）平面與縱剖面突水圖橫截面突水分布圖6、系統(tǒng)功能（1）涌水量預(yù)測(cè)（2）圍巖穩(wěn)定性分析（3）圍巖變形分析（4）突水預(yù)測(cè)三、工程實(shí)例1、我國(guó)大陸第一條海底隧道—國(guó)家重點(diǎn)工程—廈門東通道（翔安隧道）2、雅礱江錦屏二級(jí)水電站引水隧洞工程3、長(zhǎng)江第一隧—武漢長(zhǎng)江隧道工程1、我國(guó)大陸第一條海底隧道—國(guó)家重點(diǎn)工程—廈門東通道（翔安隧道）5.95km，雙向四車道公路隧道。2005年10月26日至今：報(bào)告59期：A1（+服務(wù)洞），A2。在FLAC3D中建立的隧道分析模型（共分1190片，每片604單元）主洞3#變海域方向突水預(yù)測(cè)圖1

2#車通入主洞突水預(yù)測(cè)圖1

2、雅礱江錦屏二級(jí)水電站引水隧洞工程17.1km，四個(gè)主引水隧洞，一個(gè)排水洞，兩個(gè)服務(wù)隧洞。三維網(wǎng)格圖

第一步開挖最大主應(yīng)力圖

第一步開挖剪應(yīng)力圖

第一步開挖孔隙水壓力圖

第一步開挖總位移圖

第二步開挖最大主應(yīng)力圖

第二步開挖剪應(yīng)力圖

第二步開挖孔隙水壓力圖

第二步開挖總位移圖

3、長(zhǎng)江第一隧—武漢長(zhǎng)江隧道工程本工程隧道：江北段長(zhǎng)849.5m，長(zhǎng)江段長(zhǎng)1461.2m，江南段長(zhǎng)959.3m，全長(zhǎng)3270m。雙向四車道公路隧道。陸域段：隧道、地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)協(xié)