Durante el proceso de construcción de túneles enterrados profundamente, debido a las largas líneas del túnel, la gran profundidad de entierro y las condiciones geológicas complejas, si las medidas de tratamiento no se toman adecuadamente durante Se producirán explosiones, irrupciones de agua a alta presión y otros problemas durante el proceso de construcción, alta temperatura del suelo, formaciones rocosas, etc. En vista de esto, este artículo toma como ejemplo proyectos reales para analizar y discutir los principales problemas geológicos existentes en proyectos de túneles profundos para asegurar el buen avance de la construcción y proporcionar una referencia para proyectos similares.
Palabras clave: Ingeniería de túneles profundos; geología de desastres; irrupción de agua a alta presión
1 Descripción general del proyecto
El túnel Handan Dongpo de la autopista de la montaña Taihang está ubicado en la parte inferior de la montaña en la ciudad de Wu'an, al sur de la aldea, al este de la aldea Qishuiling, al noreste de la aldea Dongpo en el condado de She. Este túnel es un túnel extralargo independiente con una longitud total de 3134 m. El panel izquierdo es ZK38+624~ZK41+740 y la longitud es 3116; La profundidad máxima de enterramiento es de 176 m. Este artículo toma este proyecto como ejemplo para analizar y discutir las principales cuestiones geológicas de la ingeniería de túneles profundos.
2 Problemas de altas temperaturas en túneles profundamente enterrados
En la ingeniería de túneles subterráneos profundos, los problemas geológicos son áreas clave que deben explorarse y estudiarse. Primero, prediga la temperatura natural del suelo. Una vez que la temperatura del suelo supera los 30°C, generalmente se denomina temperatura del suelo alta. Las altas temperaturas no sólo empeorarán el ambiente de trabajo en los túneles profundos, sino que también reducirán seriamente la productividad laboral de los trabajadores e incluso causarán grandes daños a las vidas de los trabajadores de la construcción en el sitio. Además, ha aumentado en consecuencia la dificultad a la hora de seleccionar materiales de construcción para túneles profundos [1]. El valor de la temperatura del suelo cambia constantemente con la profundidad de enterramiento del proyecto subterráneo, pero la relación entre la profundidad máxima de enterramiento del proyecto subterráneo y el aumento en el valor de la temperatura del suelo no es lineal, porque el problema de alta temperatura de este túnel profundo es principalmente causado por la actividad del agua subterránea y la radioactividad en actividades recientes de magma. Causado por un alto contenido de elementos calefactores.
3 Túneles profundamente enterrados y problemas de geoestrés por desprendimiento de rocas
En la ingeniería de túneles subterráneos profundos, uno de los problemas geológicos más importantes es el desprendimiento de rocas. Cuanto más profundo esté enterrado el proyecto del túnel subterráneo, mayor será la tensión del suelo. La diferencia entre la ingeniería de túneles profundos y la ingeniería cercana a la superficie radica no sólo en el alto nivel de tensión tectónica sino también en la geotensión de la roca circundante. No solo causa una alta tensión de compresión en las paredes laterales de la cueva, sino que también causa una alta tensión de tracción en la parte superior de la cueva, lo que provocará inestabilidad en la roca circundante de la cueva y enterrará peligros ocultos. Debido a la existencia de una elevada tensión del suelo, algunas rocas circundantes con un alto contenido de suelo cohesivo y un bajo contenido de roca dura pueden sufrir extrusión plástica. A medida que se siguen liberando altas tensiones del suelo, los túneles subterráneos se deformarán y repentinamente se harán más pequeños en un corto período de tiempo. Por ejemplo, cuando la cara del túnel está a 30 m del túnel principal, la longitud de deformación del cuerpo del túnel es de 40 m y el daño a la estructura de soporte será primero muy grave. Mediante mediciones y cálculos, la bóveda del túnel se ha hundido entre 10 y 20 cm, y los pies del arco del túnel y las paredes laterales se han comprimido y desplazado en diversos grados, e incluso han aparecido grietas en el hormigón [2]. En este momento, es necesario diseñar un plan constructivo científico y efectivo que combine rigidez y suavidad para una gestión integral. Para suprimir la elevada tensión del suelo, se consideran unas 10.000 varillas de anclaje ultralargas, que requieren una longitud total de más de 11×104 m, y la sección del túnel subterráneo se cambia a una forma anular para formar un arco que cumpla con los requisitos de diseño de primero siendo blando, luego rígido y finalmente resistente. Los estallidos de rocas se ven afectados por explosiones sísmicas, vibraciones de estallidos de rocas adyacentes o fuerzas mecánicas externas, pero la causa más básica de los estallidos de rocas son las características estructurales de las rocas. A través de una gran cantidad de análisis de datos, se encontró que la disposición de las partículas de roca es direccional o aleatoria, la roca está cementada o cristalizada y la cementación calcárea o silícea está relacionada en última instancia con la intensidad del estallido de la roca. Por ejemplo: (1) La intensidad del estallido de rocas dispuestas aleatoriamente, como el granito y la diorita, es más fuerte que la de las partículas de roca circundantes dispuestas direccionalmente, como el gneis, el gneis de granito y la milonita. (2) Rocas magmáticas profundas conectadas por cristales La intensidad del estallido de roca es; mayor que la de las rocas sedimentarias cementadas; (3) La intensidad de estallido de la roca cementada silícea en el túnel de desvío de la central hidroeléctrica Tianshengqiao II es mayor que la de la roca cementada calcárea en el túnel de Guancunba.
4 El problema de la irrupción de agua a alta presión en túneles enterrados profundamente
Durante el proceso de construcción de túneles subterráneos profundos, además de las altas temperaturas, la irrupción de agua se ha convertido en otro problema que necesita resolver urgentemente en la explotación del túnel. Debido a las complejas condiciones geológicas, se excavarán muchas unidades geológicas con grandes entradas de agua en el tramo por donde pasa el túnel. Generalmente se producirán grandes entradas de agua o alta presión hidráulica. Cuando la presión del agua subterránea en un macizo rocoso profundo es extremadamente alta, provocará una fractura hidráulica del macizo rocoso. Esto muestra que bajo la acción de una alta presión de agua, las fisuras y grietas intermitentes en el macizo rocoso muestran una cierta dirección cerca del punto de entrada de agua. Afectadas por la red de fisuras estructurales entrelazadas, las grietas y grietas extendidas eventualmente se abren después de la fusión.
A medida que aumenta la cantidad de agua que ingresa desde la masa rocosa profunda del túnel, la presión del agua subterránea aumenta cada vez más, lo que conducirá a la división hidráulica de la roca circundante en el proyecto del túnel profundo. Una vez que ocurre la fracturación hidráulica, las grietas se conectarán rápidamente, la tensión en las grietas y la extensión de las grietas serán cada vez mayores, y la penetración del agua que brota será cada vez más fuerte. Junto con la influencia de la presión dinámica del agua, la grieta se expandirá nuevamente, provocando deformación por cizallamiento y desplazamiento del relleno en la superficie de la grieta. Ya sea que se trate de un proyecto de túnel enterrado profundamente o de un túnel enterrado poco profundo, los desastres geológicos que son propensos a ocurrir son principalmente colapsos y terremotos causados por zonas de fractura de fallas, superficies de contacto discordantes del macizo rocoso y secciones de combinación estructuralmente desfavorables, así como gas. explosiones, gases nocivos, colapso kárstico y flujo de escombros[3]. Entre ellas, las explosiones de gas son causadas principalmente por la explosión de metano CH4 en estratos de carbón relativamente cerrados. Debido a la generación de ondas de choque y oxidación violenta, es extremadamente catastrófica.
5 Agua de fisura de lecho rocoso
5.1 El significado de agua de fisura de lecho rocoso
Solo el agua subterránea insoluble almacenada en fisuras de roca dura puede clasificarse como categoría tradicional de agua de fisura de lecho rocoso. Según las características básicas del medio acuífero, las aguas subterráneas se pueden dividir en tres tipos: poros, fisuras y karst. Sin embargo, no existe correspondencia entre el agua subterránea, las rocas y los poros de las rocas. El sistema de poros de almacenamiento de agua tiene medios de poros duales. En la exploración de aguas subterráneas, se han realizado nuevas exploraciones de tipos de poros de almacenamiento de agua. El agua de fisuras del lecho rocoso existe principalmente en espacios de almacenamiento de agua dominados por fisuras controladas por rocas duras o semiduras que cumplen con las condiciones estructurales geológicas. Es agua subterránea con reglas de movimiento y enriquecimiento. El agua de fisuras parcialmente disuelta en la lava y la roca semidura en el agua de fisuras de los poros pertenecen al agua de fisuras del lecho rocoso. La diferencia fundamental entre esta y otros tipos de agua subterránea es que no está estrictamente controlada por factores estructurales geológicos. Las fisuras acuíferas en las rocas se dividen principalmente en fisuras diagenéticas, fisuras estructurales y fisuras de meteorización según su origen. Si tenemos que compararla con el agua de fisura erosionada y el agua de fisura diagenética, debe ser una fisura estructural con una fuente de agua concentrada y una gran cantidad de agua.
5.2 Características del agua de fisuras del lecho rocoso
Debido a diferentes factores de control principales, las reglas básicas para la distribución y enriquecimiento del agua de fisuras del lecho rocoso en diferentes estructuras de almacenamiento de agua y los factores que determinan la El control principal es básicamente el mismo, con patrones de distribución y movimiento únicos. La teoría característica básica del enriquecimiento de agua de fisuras de lecho rocoso en mi país es el sistema estructural de almacenamiento de agua, y sus principales características son las siguientes. (1) El agua de las fisuras del lecho rocoso tiene patrones de distribución y enterramiento complejos y diversos. Los espacios y canales que almacenan y transportan el agua de las fisuras del lecho rocoso se denominan fisuras de roca. El tamaño y la forma de las fisuras del lecho rocoso, así como la aparición de zonas de desarrollo de fisuras que controlan el entierro y la distribución, se ven afectados por las estructuras geológicas, la litología estratigráfica y las condiciones geomorfológicas. El agua de la fisura del lecho rocoso que está enterrada y distribuida de manera desigual tiene las características de un acuífero irregular, formas diversas y distribución en forma de bandas [4]. Por ejemplo, comparar estratos frágiles y plásticos producirá una fuerte retención de agua. Si se desarrollan grietas en la estructura de pliegue, como ejes de pliegue, puntos de giro, buzamientos anticlinales, etc., será más fácil formar secciones ricas en agua, mientras que la capacidad de retención de agua de la zona de fractura por compresión será relativamente pobre. (2) En el agua compleja de fisuras del lecho rocoso, debido a la falta de homogeneidad del medio espacial de almacenamiento, los estados de movimiento del agua subterránea a diferentes profundidades de enterramiento en el mismo acuífero también son diferentes. La estructura geológica es el factor más básico en la formación y distribución de los poros en las rocas. El desarrollo de fisuras en las rocas y el almacenamiento de agua de fisuras se ven afectados por la estructura geológica y la litología estratigráfica. Los patrones de movimiento del agua de fisuras en el lecho rocoso también están restringidos por la geología. estructuras. Debido a los diferentes niveles de agua subterránea, incluso en aguas de fisuras con el mismo lecho rocoso, a veces hay agua freática y otras veces agua confinada [5]. El flujo laminar, el flujo en canales, el flujo turbulento y el flujo en canales abiertos son diferentes estados del movimiento del agua en las formas especiales de las grietas y cuevas de las rocas. Por lo tanto, la heterogeneidad y el fuerte sentido de dirección del agua de las fisuras del lecho rocoso son las razones fundamentales de la filtración compleja e irregular del macizo rocoso de las fisuras.
6 Conclusión
En la ingeniería de túneles subterráneos profundos, varios problemas geológicos destacados son la elevada tensión del suelo y el estallido de rocas, la irrupción de agua a alta presión y la alta temperatura del suelo. A esto se suman los daños provocados por terremotos, explosiones de gas, oleadas de agua y lodo, derrumbes de rocas circundantes, derrumbes kársticos, corrientes de lodo, etc. Por lo tanto, en este complejo y sistemático proyecto de túnel profundo, el estudio de la geología de peligros es un paso clave para el buen desarrollo del proyecto del túnel. Antes de la construcción de un proyecto de túnel, se deben tomar medidas defensivas efectivas y específicas de acuerdo con las condiciones específicas del proyecto de túnel.
Materiales de referencia:
[1] Instituto de Investigación y Diseño del Transporte de Chongqing. Especificaciones de diseño de túneles de carretera: JTGD70-2004[S]. Beijing: Prensa de Comunicaciones del Pueblo, 2004.
Instituto de Investigación y Diseño de Tránsito Ferroviario de Ingeniería de Túneles de Shanghai de la Universidad de Tsinghua. Especificaciones técnicas para impermeabilización en ingeniería de túneles: CECS 370-2014 [S]. Beijing: China Planning Press, 2014.
Sun Chi. Investigación sobre el mecanismo de falla por entrada de agua de la sección de mármol del túnel profundo de Jinping ⅱ [D Chengdu: Universidad Tecnológica de Chengdu, 2014].
Wang Hongxin. Selección de la relación de apertura del cabezal de corte del escudo EPB y su adaptabilidad de formación [J Chinese Journal of Civil Engineering, 2010 (3): 88-92.
Li Wu, Qu Fuzheng, Sun Wei, et al. Análisis de presión de la cabina de blindaje EPB basado en elementos discretos [J]. Beijing: China Engineering Press, 2002. Transactions of Geotechnical Engineering, 2010, 32 ( 1): 18-23.
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