隧道信息化建设

此类险情发生在长江隧道，南水北调穿黄隧道等。
ຫໍສະໝຸດ Baidu越江盾构施工隧道遭遇抛石
掌子面与地面联通
前
言
孤石、抛石、卵石群等在我国城市中广泛分布
含孤石地层
以广东、福建、广 西最为典型 抛石地层
兰州
郑州 苏州 宁波
以东部沿海城市、 沿江城市最为典型 卵石地层 以沿江上中游城市最 为典型
孤石发育地区
卵石发育地区 抛石常见地区
长沙 厦门 南宁 深圳 广州 珠海
前
言
能否大幅度地减少隧道建设中地质灾害的发生， 能否显著地降低隧道建设工程事故的产生，出 路在哪里？出路在于提高隧道建设的科学技术 水平和工程的科学管理水平。其中的重要前提
和基础是隧道建设的信息化水平。本报告简要
地介绍其研究和应用的现状和发展的方向。
二、复杂不良地质超前预报方法和应用
（一）隧道突水突泥灾害源超前预报进展及应用
1、突水突泥灾害源超前探测方法与设备
突水超前探测难点是水量的探测
山东大学发明了隧道激发极化含水体水量估算方法：含水体静态 水量与激发极化半衰时之差呈正相关关系。
较小水量
测线长度
0.45 0.45 0.40 0.40 0.35 0.35 0.30 0.30 0.25 0.25 0.20 0.20 0.15 0.15 0.10 0.10 0.05 0.05 0.00 0.00 00
激电信息
小型 物理 模型 试验 实测 数据
水量/m³
中等水量
测线长度
水量/m³
0.1 0.1
0.2 0.3 0.3 0.2 0.4 包络面积 包络面积 /m•s/m•s
0.4 0.5
0.5
较大水量
0.06 0.04
测线长度
0.02 0.00 0.00
5次加水 线性 (5次加水)
大型 物理 模型 试验 实测 数据
防治复杂不良地质诱发地质灾害的关键是成功进行不良 地质超前预报、准确查明复杂不良地质的具体情况，从而 及时采取针对性的防治措施，准确及时的超前地质预报的 主要方法是基于信息化技术的地球物理探测。
（一）隧道突水突泥灾害源超前预报进展及应用
（二）隧道前方断层破碎带超前预报进展及应用 （三）城市地铁溶洞、孤石等探测进展及应用
3.00
激电信息
水量/L
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
包络面积/(s.1)
1、突水突泥灾害源超前探测方法与设备
研制成功了前向三维激发极化探测专用仪器——GEI电法仪
六路恒流输出模块
实现含水构造的三维成像展示
一级逆变整流
智能细分 逆变器
该工程没有进行超前预报， 遭遇断层破碎带，TBM被卡
前
言
盾构掘进机在含孤石地层中掘进异常困难

盾构掘进机施工对风化岩石（孤石）地层表现出严重的不适应性：
掘进速度低、刀具磨耗严重、地表沉降大
刀盘出洞照片
孤石侵入
前
言
富水大粒径漂石、卵石地层对盾构机刀盘磨损极为严重

北京地铁9号线6标段区间盾构隧道施工时遭遇大粒径漂石、卵石密
前
言
隧道建设难点集中在地质极端复杂的山区和岩溶地区
呈现出大埋深、强岩溶、高水压、大流量的特点
大埋深
>2500m
强岩溶
巨型溶洞、暗河等
高水压
>5MPa
大流量
> 200m3/s
前
言
断 层
裂 隙
破碎带
暗河、溶洞、断层破碎带、孤石等不良地质体都会对 钻爆法和TBM/盾构掘进机隧道安全施工造成严重危害。
甘肃引洮工程遭遇突泥，掘进机损坏
云南那帮水电站掘进机被卡
掘进机施工中频繁遭遇突水突泥、塌方，造成卡机和机械报废严重事故
辽宁大伙房水库遭遇断层，掘进机被卡
瑞士圣格达铁路隧道掘进机遭遇突水
东北某引水工程TBM在穿越断层时，遭遇围岩破碎、碎石夹泥，上方 出现塌腔等问题，TBM刀盘无法转动，刀盘被卡3个月，至今无法脱困
地质灾害
暗河 溶洞
突水突泥、塌方等重大灾害 卡机、机毁人亡等重大事故 刀盘、主轴承严重损毁 工期严重延误，经济损失巨大
断层破碎带
孤石 ……
前
言
某工程马鹿箐隧道：大规模突水19次，15人死亡，工期延误2年
6
宜万铁路野三关隧道2007年8月5日发生重大突水突泥，1.5小时内
突水量15.1万m3，突泥石量5.35万m3，致10人死亡，工期延误半年
提升隧道建设信息化水平，促进 安全高效上台阶
汇报人：钱七虎
汇报提纲
1 前言 复杂不良地质超前预报方法和应用 开展基于大数据技术的TBM/盾构施工时的分析 与控制研究 数字隧道向智慧隧道（建设和运营维护）的发展
2
3
4
一、前言
中国铁路、公路与城市轨道交通建设正在飞速发展，速度令 世人惊叹，其中包括每年上千公里的隧道建设。制约隧道建设 安全高效的主要因素并成为建设难点的是极端复杂的不良地质 条件。客观不良复杂的地质条件结合建设人员的主观不安全行 为酿成了地质灾害和工程事故。对隧道建设的安全、工期和成 本造成严重危害。
集地层，盾构刀盘被卡死，盾构机被困40多天 开仓发现，50cm以上大漂石、密集卵石将刀具和刀盘格栅堆积卡死

盾构机被困时刀盘格栅上卡住的卵石 盾构始发井挖掘出粒径1.4m大漂石
前

言
人工填石、抛石等对越江隧道盾构机施工带来安全隐患
越江隧道陆域段地层中富含地下水 盾构机掘进时遭遇抛石则会引发滚刀刀圈、滚刀轴承等异常损坏严 重，甚至导致塌方使掌子面与地面联通，发生涌水等灾害
0.12 0.10 0.08 y = 0.062x - 0.0525 R2 = 0.9461
激电信息
y = 0.8537x y = 0.8537x - 0.009 - 0.009 2 = 0.9479 R2 = R 0.9479 yy= - 0.0092 = 0.8147x 0.8147x - 0.0092 2 R =0.9508 0.9508 R2 = 断层超前探测数据 断层超前探测数据 溶洞超前探测数据 溶洞超前探测数据 断层数据线性拟合 断层数据线性拟合 溶洞数据线性拟合 溶洞数据线性拟合
湖北沪蓉西高速公路龙潭隧道发生大规模突泥 2 次，突泥量超过
9000m3，工期延误超过1年半
吉莲公路永莲隧道2012年7月~10月共发生15次大规模突水突泥灾害，突出 淤泥量大（约35万m3），为国内外隧道工程建设所罕见。
青海西格铁路关角隧道穿越11个大断层，全管段日涌水量最大可达 32万m3 ，平均每天抽排水15万m3 ，每月抽水电费高达500万元。