地下条件范文

地下条件范文（精选9篇）

地下条件 第1篇

钻井的工程地质条件是指与钻井有关的地质因素的综合。地质因素包括岩石、土壤类型及其工程力学性质、地质结构、地层中流体情况及地层情况等等。钻井时以不断破碎井底岩石而逐渐钻进的。了解岩石的工程力学性质, 是为选用合适的钻头和确定最优的钻进参数提供依据。井眼的形成使地层裸露于井壁上, 这涉及井眼与地层之间的压力平衡问题, 对此问题处理不当则会发生井涌、井喷或压裂地层等复杂情况或事故, 使钻进难以进行, 甚至使井眼报废。所以, 在一个地区钻井之前, 充分认识和了解该地区的工程地质资料 (包括岩石的工程力学性质、地层压力特性等) 是进行一口井设计的重要基础。

1 静液压力

静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力, 它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。液柱的静液压力随液柱垂直高度的增加而增大。常用单位高度或单位深度的液柱压力, 即压力梯度, 来表示静液压力随高度或深度的变化。静液压力梯度的大小与液体中所溶解的矿物质及气体的浓度有关, 在油气钻井中所遇到的地层水一般有两类, 一类是淡水或淡盐水, 其静液压力梯度平均为0.00981MPa/m;另一类为盐水, 其静液压力梯度平均为0.0150 MPa/m。

2 上覆岩层压力

地层某处的上覆岩层压力时是指该处以上地层岩石基质和孔隙中流体的总重力所产生的压力。由于沉积压实作用, 上覆岩石压力随深度增加而增大。一般沉积岩的平均密度大约为2.5g/cm3, 沉积岩的上覆岩层压力梯度一般为0.0227MPa/m。在实际钻井过程中, 以钻台作为上覆岩层压力的基准面。因此在海上钻井时, 从钻台面到海平面, 海水深度和海底未固结沉积物对上覆岩层压力梯度都有影响, 实际上覆岩层压力梯度值远小于0.0227 MPa/m。

3 地层压力

地层压力是指岩石空隙中的流体所具有的压力, 也称地层孔隙压力。在各种地质沉积中, 正常地层压力等于从地表到地下某处的连续地层水的静液压力, 其值得大小与沉积环境有关, 主要取决于孔隙内流体的密度和环境温度。若地层水为淡水, 则正常地层压力梯度随地层水的含盐量地大小而变化, 一般为0.0105MPa/m。石油钻井中遇到的地层水多数为盐水。在钻井实践中, 常常会遇到实际的地层压力大于或小于正常地层压力的现象, 即压力异常现象。超过正常地层静液压力的地层压力称为异常高压, 而低于正常地层静液压力的地层压力称为异常低压。

4 基岩应力

基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力, 亦称有效上覆岩层压力或颗粒间压力, 这部分压力是不被孔隙水承担的。上覆岩层的重力是由岩石基质 (基岩) 和岩石孔隙中的流体共同承担的, 所以不管什么原因使基岩应力降低时, 都会导致孔隙压力增大。

5 异常压力的成因

异常低压和异常高压统称为异常压力。异常低压的压力梯度小于0.00981MP/m, 有的甚至只有静液压力梯度的一半。世界各地的钻井情况表明, 异常低压地层比异常高压地层要少。一般认为, 多年开采的油气藏而又没有足够的压力补充, 便产生异常低压;在地下水位很低的地区也产生异常低压现象。在这样的地区, 正常的流体静液压力梯度要从地下潜水面开始。异常高压地层在世界各地广泛存在, 从新生代更新统到古生代寒武系, 震旦系都曾遇到。

正常的流体压力体系可以看到是一个水力学“开启”系统, 即可渗透的流体可以流通的地层, 它允许建立或重新建立静液压力条件。于此相反, 异常高压地层的压力系统基本上是“封闭”的。异常高压和正常压力之间有一个封闭层, 它阻止了或至少大大的限制了流体的流通。在这里, 上部基岩的重力有一部分是有岩石孔隙内的流体所支撑的。通常认为异常高压的上限为上覆岩层压力。根据稳定性理论, 它是不能超过上覆岩层压力的。但是, 在一些地区, 如巴基斯坦、伊朗、巴比亚等地的钻井实践中, 曾遇到比上覆岩层压力高的超高压地层, 有的孔隙压力梯度超过上覆岩层压力梯度的40%, 这种超高压地层可以看做存在一个“压力桥”的局部化条件。覆盖在超高压地层上面的岩石内部的抗压强度, 帮助上覆岩层部分地平衡超高压地层流体向上的巨大作用力。异常高压的形成常常是多种因素综合作用的结果, 这些因素与地质作用、构造作用和沉积速度等有关。目前, 被普遍公认的成因主要有沉积压实不均、水热增压、渗透作用和构造作用等。沉积物的压缩过程是由上覆沉积层的重力所引起的。随着地层的沉降, 上覆沉积物重复地增加, 下覆岩层就逐渐被压实。如果沉积速度较慢, 沉积岩内的岩石颗粒就有足够的时间重新紧密地排列, 并使孔隙度减小, 孔隙中的过剩流体被挤出。如果是“开放”的地质环境, 被挤出的流体就沿着阻力小的方向, 或向着低压高渗透的方向流动, 于是便建立了正常的静液压力环境。这种正常沉积压实的地层, 随着地层埋藏深度的增加, 岩石越致密, 致密越大, 孔隙度越小。地层压实能否保持平衡, 主要取决于四种因素:上覆沉积速度的大小;地层渗透率的大小;孔隙减小的速度;排出孔隙流体的能力。如果沉积物的沉积速度与其他过程相比很慢, 沉积层就能正常压实, 保持正常的静液压力。

在稳定沉积过程中, 若保持平衡的任意条件受到影响, 正常的沉积平衡就被破坏。如沉积速度很快, 岩石颗粒没有足够的时间去排列, 孔隙内流体的排出受到限制, 其岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力, 即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。由于上覆岩层继续沉积, 负荷增加, 而下面基岩的支撑能力没有增加, 孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力, 从而导致了异常压力。

6 结论

在某一环境里, 要把一个异常压力圈闭起来, 就必须有一个密封结构。在连续沉积盆地里, 最常见的密封结构是一个低渗透的岩层, 如一个纯净的页岩层段。页岩降低了正常流体的散逸, 从而导致欠压实和异常的流体压力。与正常压实的地层相比, 欠压实地层的岩石密度低, 孔隙度大。在大陆边缘, 特别是三角洲地区, 容易产生沉积物的快速沉降。在这些地区, 沉积速度很容易超过平衡条件所要求的值, 因此常常遇到异常高压地区。

参考文献

地下条件 第2篇

洛阳龙门地下热水形成条件与开发利用研究

依据洛阳龙门地下热水的水化学资料,采用水化学与地质相结合的方法,分析了龙门地下热水的形成条件,认为洛阳龙门地下热水的形成与在深大断裂内循环深度大、径流缓慢有关.根据洛阳龙门地下热水分布的`特点,指出了寻找地下热水的有利部位,并对洛阳龙门地下热水的管理和开发利用提出了建议.

作 者：庞平PANG Ping  作者单位：河南省煤田地质局二队,河南,洛阳,471023 刊 名：中州煤炭 英文刊名：ZHONGZHOU COAL 年，卷(期)： “”(4) 分类号：P314 关键词：地下热水   深大活动断裂   热水井  

探究复杂条件下地下采矿稳定性 第3篇

在上个世纪五十年代, 我国就已经进行过沉陷现场观测工作的模拟研究。虽然, 采矿沉陷的预报方法已经随着社会的进步和科学的发展逐渐变得完善, 但是, 采矿的岩层移动和地表沉陷都是不可逆的, 会给生态环境带来巨大损失, 因此, 岩层移动和地表沉陷的预测和防治, 仍然需要更深入的研究。

矿产资源开采是我国民生支柱产业, 开采的范围较广, 涉及到的矿产资源种类也十分繁多, 各种复杂的地质条件使岩层移动和地表的沉陷也变得更为复杂, 若无法精确地预测地表移动角和沉陷角, 就会导致矿山的开采和建设规划出现不合理的现象, 这种情况会给居民的经济造成巨大损失, 从而影响到矿产资源的正常开采和生产。在这种情况下不难看出, 进行复杂条件下的地下采矿的稳定性的研究是十分具有现实意义的。

2 复杂条件下地下采矿的稳定性分析

地下矿产的过度开采会导致岩层的移动和严重的地表沉陷。而移动和沉陷会由矿产资源的采空区逐渐蔓延到岩层以上, 直至地表。因此, 若想准确的预测和防治岩层移动和地表沉陷, 保障地下采矿的稳定性, 就必须先规划岩层的移动机理, 对采矿区域进行综合性的探测和分析。运用现代的科学技术对地面岩石和泥土的裂缝与塌坑进行探测, 充分了解容易发生变形和沉陷的岩石分布情况, 从而有效预测与防治岩石的移动和地表的沉陷。目前, 国际上预测岩石移动和地面沉陷的技术主要为雷达探测。

2.1雷达探测技术概述

雷达探测技术为采矿业内比较常用的技术之一。一般雷达技术都是采用剖面测量的方式来实现的。雷达探测的最大深度约为50m。检测结果表明, 一般潜在岩石移动和地面沉陷危险的区域与其它区域相比反射波较长, 且以垂直方向密集地向下方不断延伸。但雷达探测也只是一个粗略地估计, 并不能将探测的结果更加精确化, 有时会与实际裂缝深度和岩石情况相去甚远, 其劣势就在于只能接受反射波, 在不能将反射波投放到地面上的“死角”部分就会无法勘测, 且雷达探测容易受到各种自然因素的干扰, 从而影响探测的效果。雷达探测的波长较为均匀, 波动的幅度较弱, 雷达探测结果十分均匀平稳, 断定此区域的地表为整体结构, 较为安全, 不易发生岩石移动和地表沉陷等事故。

3 案例分析

下面笔者以我国的采矿工程为例, 对复杂条件下地下采矿的稳定性进行分析。

工程位于我国河北省的东南地区, 主要采集矿石类型为铁矿, 主要探测点为地表变形程度的观测。

准备工作:使用加拿大生产的EKKO-IV雷达探测仪, 利用剖面测量的方式, 使用两种频率, 一为100MHz频率, 发射雷达波长和接受天线之间的距离为2m, 中间点距为0.5m;二为50MHz。发射雷达波长和接受天线之间的距离为1m, 中间点距为0.25m, 发射的冲锋电压为1000V, 采样的视窗为1000ns, 叠加的次数为132次。测量区域的地表设置两天剖线, 选择两个剖面, 分别为A-a剖面和D-d剖面, 对两条剖面进行测量。测量如图1。

由图1可知, 雷达探测的结果明显, 特征异常, 对于空间位置的测定十分准确。D-d剖面的90-130m出的空间以及岩石的形态存在异常, 且波动较大, 可能存在岩石移动和地表沉陷的潜在危险。而其它区域的波形显示的形状较宽, 且波动不大, 分布较为均匀, 表示区域内的岩石结构为整体, 不易发生岩石移动和地表沉陷, 且不会有岩石移动和地表沉陷的潜在危险。

雷达探测的结果表明, 此区域内发生岩石移动和地表沉陷的概率较小, 但是发生岩石移动和地表沉陷的风险依然存在, 因此, 应该提高采矿过程中的安全系数, 减少采矿中过程中的风险, 从而有效预防和防治岩石移动和地表沉陷的危险。

4 结语

总而言之, 对于岩石移动和地表沉陷应采取严谨的态度, 尤其在山川和丘陵地带, 更应该对矿石进行科学合理地开采, 对于岩石移动和地表沉陷的危险应该及早预测和防治, 避免岩石移动和地表沉陷给采矿工程带来的损失, 保护生态环境和采矿工人的生命安全, 为我国的经济和社会的发展提供更多动力。

参考文献

[1]陈陆望, 孙瑞, 白世伟, 冒海军, 刘金龙.近地表倾斜矿体开采地表及覆岩变形破坏模拟[J].采矿与安全工程学报, 2014 (02) .

[2]杜金宝, 赵光明.复杂条件下地下开采地表移动变形的Fuzzy测度分析[J].煤矿安全, 2012 (11) .

[3]meng long, by the king, Lv Baoping, Zhao Fei.Yantai muping a gold surface collapse characteristics and prevention countermeasures study[J].Journal of green science and technology, 2015 (04) .

地下条件 第4篇

块体稳定性分析一般采用只考虑重力条件下的刚体极限平衡方法来进行计算,而没有考虑开挖卸荷后块体的二次应力场对块体的稳定性的影响.文中按照实际施工工序,对三峡地下电站主厂房的两大型顶拱边墙联合块体进行三维数值模拟分析.分析结果表明:块体的顶拱部分在开挖过程中垂直厂房轴线的水平方向始终为受压状态且压应力随开挖过程逐渐增大(其很难沿结构面“爬坡”失稳,因此对结构面的起伏度进行了研究,并统计确定了其在结构面强度参数中的贡献),而垂直应力在顶拱开挖结束时卸荷基本结束,变形相对较小,沿滑面向开挖区滑移;块体的边墙部分在两个方向均表现为卸荷,特别是垂直厂房轴线的`水平方向卸荷明显,在其表部甚至出现拉应力区,变形以向开挖区水平变形为主,水平方向变形量为竖向变形量的7～9倍,且总变形量较顶拱部分大得多,因此块体边墙部分在失稳前并非沿块体滑面滑移,而是向开挖区水平卸荷回弹为主.基于数值模拟结果,对块体的可能失稳的变形规律和应力分布特征进行了分析,并且提出了块体稳定度的概念,从而对其稳定性作出相应的评价.

作 者：黄润秋 黄达 宋肖冰 Huang Runqiu Huang Da Song Xiaobing  作者单位：黄润秋,黄达,Huang Runqiu,Huang Da(成都理工大学,地质灾害防治与环境保护国家专业实验室,四川,成都,610059)

宋肖冰,Song Xiaobing(成都理工大学,地质灾害防治与环境保护国家专业实验室,四川,成都,610059;长江水利委员会,三峡勘测研究院,湖北,宜昌,443003)

刊 名：地学前缘  ISTIC PKU英文刊名：EARTH SCIENCE FRONTIERS 年，卷(期)：2007 14(2) 分类号：P642 关键词：三峡   地下厂房   块体   卸荷   应力   变形   稳定性   数值模拟  

★ 一次强对流过程的三维数值模拟

★ 浅谈清水混凝土施工技术在实际中的应用

★ 三维地震勘探技术在复杂条件下的应用

★ 现浇箱梁加固技术在施工中的应用

★ 钻孔灌注桩技术在公路桥梁施工中的应用

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★ 信息化在语文教学中的应用论文

★ 移动通信在高速公路信息化中的应用

★ 虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨

地下条件 第5篇

地下水封原油洞库(简称“水封洞库”)是指在低于地下水位的岩体中由人工挖掘形成的一定形状和容积的用于储存原油的洞室群。其基本原理是利用地下水压力,形成地下水封条件。水封洞库一般建设在较完整的岩体中,场区应有稳定的地下水位,同时设置水幕巷道,确保赋存于岩体裂隙中的地下水具有一定的压力,裂隙中水的渗透压力应大于储存介质压力,利用水封洞库周围的岩体和储存于其中的裂隙水,组成密闭的容器(构成‘水包油’),如图1所示。

1 水封条件

由水封洞库的基本原理可知,保持一定的裂隙水的压力是水封洞库成败的关键问题之一。在保持地下水具有一定压力的同时,为了减少运营成本,还应控制水封洞库的涌水量,这就要求从地下水渗流场的回归、建模、密封条件、涌水量、注浆止水等诸多方面进行系统分析研究,方能使水封洞库工程建设及运营安全、经济、技术先进。

水封条件要求要有一个相对稳定的地下水位,以便保证罐体外围的密封水压要求。地下油库需建在稳定的地下水位以下一定深度的岩体内,使罐体围岩中通过节理裂隙地下渗流水的压力始终控制在略大于库罐中的油气压力。罐体内的油品被围岩裂隙内的地下渗透水压所包围,在任何情况都不会沿着外周围岩裂隙而渗漏外泄,而只有少量渗水沿着围岩节理裂隙流入罐中。由于油品比水轻而又不会互溶,流入罐内的水,顺沿岩壁汇集到储罐底部成为水垫,而油品则始终浮托在水垫之上。这样,为保证渗压和渗流量的稳定,洞库上方附近一定位置处设置水幕巷道是十分必要的。

2 地下水控制分析

2.1 地下水涌出对工程的影响

(1)增加工程建设费用和工期。为了避免大量地下水的涌入,在结构上必须采取有效的技术措施,增加注浆范围和支护系统。与此同时,在库区还需设置与涌水量相匹配的水处理系统。

(2)对环境的影响。从水封洞库的基本原理可知,在其运行期间,始终应保持足够的地下水水头压力。因此,由于地下水的大量涌出,势必要有足够的水源给予补给,这对水资源紧缺的干旱和半干旱地区来说,是一个应引起足够重视的问题。

(3)对水幕系统运营的影响。由于地下水的大量涌出,势必增加水幕系统注水量和水处理量,从而增加水幕系统运营成本。另外,涌水量过大可能导致密封条件的变化,致使原油泄漏。

2.2 地下水模型的建立

根据场区水文地质条件,建立地下水模型,对地下渗流场进行回归是进行地下水分析评价和实施地下水控制的基础。地下水模型的建立程序如图2所示:

模型由“初始-中间-最终”的过程,是随勘察深度加深而不断利用勘探、试验资料反馈修正的过程。勘探、试验等手段是用来验证与修正水文分析(模型)的,而不是靠勘探、试验等手段去查明模型。需要集中力量“查明”的是根据模型分析出的可能产生重大工程问题的局部地段。这种先建模型再做验证的技术思路,是研究解决复杂问题的最佳路线。

2.3 涌水量的估算

(1)涌水量预测的基本程序

涌水量预测的基本程序如图3所示。

(2)涌水量计算

影响涌水量的主要因素有场区附近的地下水补给条件,松散堆积层和风化带的厚度、水文地质特性以及距离洞顶的距离等。通过提水试验、压水试验、连通性试验、地下水流速测试等现场试验,分析评价场区岩(土)层的渗透性,包括节理的连通性、水文地质边界、渗透系数、给水度等。根据上述确定的有关水文地质参数确定洞室的平面布置、埋置深度、水幕系统、地下水可能涌入的范围、洞室的排水系统、注浆止水的标准、地下水监视、海水侵入的可能性及运行期间的涌水量。水力帷幕与洞顶的距离宜为10～25m,注水孔间距一般为10m,注水孔直径为10cm,注水孔距水幕巷道底面距离约为1m,注水压力应满足设计要求,一般设计压力为2kg/cm2,其覆盖范围应超出洞库范围10～20m。洞室涌水量按下式计算。

式中Q—涌水量,m3/d;

K—渗透系数,m/d;

H0—稳定地下水位至洞顶距离,m;

r—洞室半径,m。

2.4 地下水控制

根据勘察成果及水文地质分析,对施工和运营期间可能发生的涌水现象和涌水量进行分析评价,以制定相应的地下水控制方案。由于基岩裂隙水的随机分布和边界条件的复杂性,对地下水控制方案应根据施工期间的超前探测结果进行优化控制方案是十分必要的。通常根据超前探孔出水量确定注浆止水方案,超前探孔一般在涌水量为Ⅱ、Ⅲ类的岩层段采用,涌水量的分类是根据渗透系数和透水节理数(条)来确定的,共分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,分类标准见表1及表2。

某工程采用超前探孔,根据出水量进行超前注浆止水,取得了良好效果。超前探孔布置于掌子面上,一般布置3个,深度12m,进一步探明前方地层、构造节理及含水情况,根据超前探孔得到的信息进行超前预报。当超前探孔出水量(单孔)大于0.05L/min/m时,应进行注浆止水;当出水量为0.05～0.015 L/min/m时,只需将超前探孔进行封堵即可;当出水量小于0.015 L/min/m时,不需止水。洞室施工结束后,尚应对洞室的涌水量进行实测,如涌水量大于设计规定值,应根据渗水情况采取后注浆技术进行进一步止水。

3.结语

水封洞库的建设在我国刚刚起步,因为其原则上为不衬砌的地下洞室群,并采用地下水水封来储存原油,这就在许多方面有别于其它地下工程。在施工和运营期间,水封条件和地下水控制是确保水封洞库建设与运营安全的关键技术之一。

(1)水封洞库周围,保持一定的裂隙水压力,即具有良好的水封条件,是水封洞库成败的关键问题之一。

(2)通过对库区水文地质条件的初步分析,建立水文地质模型,通过不断获取的水文地质勘察资料信息验证模型,进而对其进行优化,以进一步指导勘察工作。

(3)随着水文地质模型的不断优化,系统确定水文边界条件及相关水文地质参数,分析评价其水封条件及其涌水量。

地下条件 第6篇

1 地下热水形成的地质条件

洛阳盆地 (北自朝阳首阳山断层, 南至伊河断层) 地表大部分被第四系 (Q) 掩盖, 局部有新近系洛阳组 (N1) 出露。根据以往物探资料, 新生界一般厚度为1 500～3 000 m, 最厚超过4 000 m, 且有北、西厚, 南、东薄之趋势。沉积基底, 东部为三叠系。据洛1和洛参2孔资料, 洛1古近系厚度1 638.5 m;新近系厚度为315 m;第四系厚212 m。洛参2孔深3 371.23 m, 未揭穿古近系 (已见古近系厚度为2 684.23 m) , 新近系厚414 m;第四系厚283 m。

古近系岩性主要为砂岩和泥岩, 夹少量砾岩和泥灰岩。受伊河断层 (F3) 的影响, 盆地南、东部粗碎屑岩厚度较大。新近系成岩程度低, 主要岩性泥岩、泥灰岩、钙质砂岩、砾岩, 富水性和导水性均较差。第四系以砂砾石层、亚黏土和亚砂土为主。

盆地南、东为伊河断层, 该断层为走向北东、倾向北西的正断层, 向北东复合于朝阳首阳山断层 (F4) , 向西复合于锦屏山断层, 延展长度6 km, 落差约2 500 m。北边的朝阳首阳山断层:走向近东西, 倾向南, 为印支期形成的正断层, 喜山期复活, 落差在4 000 m以上。伊河断层和朝阳首阳山断层控制着盆地的沉积厚度。据以往物探资料, 盆地内发育有北东向断层。西边的龙潭沟断层 (F5) 为一具左型平移的正断层, 走向北西, 倾向北东, 落差在1 500 m左右, 向南东被推覆构造掩盖;襄郏断裂, 在龙门一带由草店断层 (F1) 和魏湾断层 (F2) 组成, 为一区域性深大断裂带, 属隐伏断裂, 具有规模大、延伸远的特点。

在洛阳市南约10 km处的龙门山上有基岩出露。地表裸露有震旦系 (Z) 、寒武系 (∈) 、上石炭统 (C3) 、二叠系 (P) , 钻探揭露有三叠系 (T) 、新近系第三系洛阳组 (N2) 及第四系 (Q) 。奥陶、志留、泥盆系及下、中石炭统缺失。洛阳龙门温泉出露于洛阳南的伊河东岸F1附近。

据地震部门资料, 襄郏断裂 (在龙门附近为F1、F2断层) 为现在仍在活动的断裂。断层分布如图1所示。

FH滑动构造;①月湾断层;②嵩山断层;③五指山断层; ④锦屏山断层;⑤伊川断层;⑥殷桥断层; Ⅰ殷桥龙门水文地质单元;Ⅱ佛光龙门水文地质单元

2 地下热水补给来源

据龙门地热2孔探测资料分析, 该孔热水中所含气体组分和大气相似 (表1) , 其r (Ar) /r (N2) 接近0.012, N2没有变质的迹象。r (Na) /r (Cl) =1.2, 具渗入溶滤水特征。据资料, 新郑矿区存在地下热水, 热水中所含气体成分和洛阳龙门地热2孔中热水中所含气体组分十分接近, 经同位素测试证实, 新郑热水中没有原生水迹象[1]。因此, 龙门地下热水中也没有原生水迹象, 洛阳龙门地下热水均为大气降水补给。

3 地下水热源

近年来, 地质学家对岩浆活动而形成的地下热水中所含化学成分进行了深入的研究, 热水中一般含有较多的Fe、Al、B、F等元素与CO2、H2S等特殊气体组分, 水多呈酸性, 水化学类型多为HCO3-Ca水, 同时放射性元素含量较高[2];而洛阳龙门地下热水中所含元素中Fe、Al、B很少, 所含气体组分中CO2、H2S也很少。从龙门地下热水中所含元素、气体成分及pH大于7, 水化学类型为Cl-Na水, 放射性元素含量较低 (表2) 来看, 洛阳龙门地下热水受岩浆作用不明显。

对洛阳龙门地下热水中所含气体组分进行分析可知, N2占绝对优势, 氡的含量相对较高, 说明与深大断裂有关。因此, 洛阳龙门地下热水热的来源主要来自地壳较深部位。其次, 洛阳龙门地下热水中含有放射性物质, 它们释放的能量也是热的来源之一。因放射性含量较低, 它们释放的能量占热水吸收总能量的份额不大。

4 龙门热水形成的基准温度

根据洛阳龙门地下热水的水化学特点, 选择ρ (Cl-) /ρ (HCO3-+CO32-) 比值作为“温度指示计”, 对热水形成的温度高低进行定性判断, 选择SiO2温标计算热水形成的基准温度。

热水中酸根Cl-, HCO3-, CO32-含量分别为322.03, 168.34, 0 mg/L, 其ρ (Cl-) /ρ (HCO3-+CO32-) 比值为2.32, 数值较大, 说明热水形成的温度较高。

根据热水中二氧化硅含量8.7510-5, 选择式 (1) 计算热水形成时的温度:

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式中, T (SiO2) 为热水形成的温度, ℃;lgρ (SiO2) 为热水中可溶性SiO2的含量, 10-6。

经计算, 龙门热水形成的基准温度为124 ℃。值得说明的是, 热水取自地热2号水井, 由于其水温较低, 可能引起部分SiO2的沉淀, 由此计算的热水基准温度可能偏低, 但总体反映了龙门热水的温度较高的事实, 与ρ (Cl-) /ρ (HCO3-+CO32-) 比值的判断温度较高相吻合。

5 龙门热水水温形成条件分析

由地下水补给来源的分析可知, 龙门地下热水的补给来源为大气降水, 而其附近为2个岩溶裂隙水水文地质单元的分界处。在龙门附近的伊河两岸为佛光龙门水文地质单元, 其补给区为嵩山断层至龙门一带的碳酸盐岩分布地带, 地下水自嵩山断层向西径流, 至龙门排泄, 伊河两岸出现泉群, 总水量约300 L/s, 而水温在25 ℃左右, 矿化度0.398～0.410 g/L。由于近年来矿井排水和水井的增多, 泉水流量有逐年减少的趋势。如1993年龙门煤矿发生突水, 伊河两岸的泉水流量明显减小, 而地热2号井等热水井的水位无变化, 显然, 龙门热水的形成与佛光龙门水文地质单元关系不大。

殷桥龙门水文地质单元的补给区在碳酸盐岩和碎屑岩出露区, 在锦屏山断层以南东西向和南东向呈条带状分布, 地层倾向南东, 裸露面积较小。由于碳酸盐岩分布地带地形坡度大, 不利于大气降水的渗入补给。地下水总的流向为顺岩层走向自西向东, 局部地段有所变化。该单元南部边界为伊川断层, 走向近东西, 倾向南。其上盘为新近、古近系的泥质岩类近1 000 m;下盘新近系较薄, 寒武系碳酸盐岩埋藏相对较浅, 因此断层浅部可视为阻水断层。但从较深部分析, 下盘的寒武系碳酸盐岩埋藏深不大, 宜洛煤田出露面积较大面积的碳酸盐岩, 故宜洛煤田的岩溶裂隙水通过断层破碎带及上盘附近碳酸盐岩向东径流。北部边界为锦屏山断层, 走向近东西, 倾向南。其上盘为岩性第四系, 下盘为寒武系碳酸盐岩, 高度并构成山岭。因此, 可视为无补给的自然边界。西部边界为殷桥断层, 东盘出露大面积新近系, 附近出露有小面积的上三叠统谭庄组的碳酸盐岩和碎屑岩, 总体上导水性较好;西盘出露大面积新近系, 其下部为二叠系。故殷桥断层可视为阻水断层。东部草店断层为东边界断层, 该断层为区域大断层的一部分, 在龙门南 (浅部) 两盘均为寒武系碳酸盐岩。但由于岩溶裂隙发育的不均一性, 存在局部阻水。如在施工地热2号孔时, 在上盘为热水, 向下数米即为凉水, 从岩心上可看出大量的SiO2沉淀, 在一定程度上阻止了岩溶裂隙的发育。从龙门煤矿突水情况分析, 该断层为阻水断层。

由分析可知, 龙门地下热水的形成与殷桥龙门水文地质单元补、径、排联系密切。在殷桥断层附近出露的二叠系碳酸盐岩和碎屑岩接受大气降水后向东径流, 同时宜洛煤田的岩溶裂隙水通过伊川断层较深的破碎带向东径流, 至F2断层深部破碎带时滞留并吸收能量, 使温度升高;当地下水再向东运动至F1破碎带深部时继续吸收能量, 使温度进一步升高。热水在F1、F2破碎带中由南向北径流, 在运动过程中不断吸收能量。由于水温越高, 其密度越小, 在密度差的作用下, 上部温度低的水向下运动, 而下部温度高的水向上运动, 在F1、F2断层破碎带中由于水的不断运动, 使水在深部吸收更多的能量, 热水形成的温度较高, 在深部水的温度约124 ℃。因此, 热水的循环深度也较大。当热水沿F1、F2断层破碎带向北运动至伊河断层 (F3) 时, 由于断层上盘为巨厚的松散层, 而新近系、古近系厚度相对较大, 其主要岩性为泥岩、泥灰岩、钙质砂岩、砾岩, 总体上富水和导水性较差, 使热水在伊河断层上盘导水性差的岩层受到阻碍而滞留。显然, F1、F2断层为龙门热水的控热构造。

从现有资料分析, 龙门热水的补给量相对较小。热水在F1、F2断层破碎带中的运动速度较慢, 循环深度大, 滞留的时间也长。

6 龙门热水分布特点

由分析可知, 龙门地下热水分布于F1、F2断层破碎带及与F1、F2断层相交的断层 (如F41、F3) 附近。与区域性深大断裂直接贯通的F1、F2断层为龙门地热田的控热构造, F3、F41为地热田的导热、导水构造。因此, F1、F2、F41、F3断层附近, 是寻找热水的有利部位。

7 龙门热水开发利用保护建议

目前, 开发龙门地下热水的单位较多, 然而地下热水的形成过程非常缓慢。综上分析可知, 龙门地下热水的补给条件不好, 补给量也不大, 鉴于这种情况, 对洛阳龙门地下热水管理提出以下建议:

(1) 对地热资源进行系统评价。虽然开发龙门热水的单位较多, 但对龙门热水没有进行过系统的评价。按目前热水开采量, 有没有热水补给保证, 能不能实现可持续利用, 是值得研究的一个重要问题。因此, 管理部门应组织进行地热资源勘察、评价与规划工作, 更好地引导地热资源的开发利用。

(2) 严格控制新热水井开发。根据现有资料分析, 龙门地下热水的补给量不大, 而目前开发单位较多, 因此应严格控制, 有序开发。

(3) 加强动态观测。各热水使用单位应加强对地下热水的动态观测, 以利于未来对洛阳龙门地下热水的系统勘察、评价工作。

(4) 编制综合开发利用规划。

鉴于已有部位开发的热水温度较高, 管理部门应督促开发单位编制全方位、多层次综合开发利用地下热水资源规划, 并认真实施, 以实现水的热能与理化成分资源的最有效利用。

(5) 加强地热资源开发利用模式研究。

摘要：依据洛阳龙门地下热水的水化学资料, 采用水化学与地质相结合的方法, 分析了龙门地下热水的形成条件, 认为洛阳龙门地下热水的形成与在深大断裂内循环深度大、径流缓慢有关。根据洛阳龙门地下热水分布的特点, 指出了寻找地下热水的有利部位, 并对洛阳龙门地下热水的管理和开发利用提出了建议。

关键词：地下热水,深大活动断裂,热水井

参考文献

[1]周绍武, 邓孝, 余恒昌, 等.豫西煤田地温状况预测[R].郑州:河南煤田地质公司, 1987.

地下条件 第7篇

关键词：城市地下车道,数值模拟,纵向通风,温度分布,烟气蔓延

城市地下车道是城市地下交通的重要组成部分,由于城市土地资源的日渐短缺和交通的大幅扩容,交通拥堵现象在大中城市普遍存在,因此修建更多的城市地下车道必将成为未来城市交通的必然选择。地下车道全部位于地下,由于内部空间狭窄,人员车辆疏散困难,一旦发生火灾将造成巨大的生命和财产损失。国内外大量城市地下车道火灾事故的调查研究显示,城市地下车道的火灾有如下几个明显的特点:(1)随机性大,火灾发生的时间、地点、规模、形态不确定;(2)成灾时间短,汽车起火爆发成灾的时间一般为5～10 min;(3)烟雾大、温度高,通常达到几百甚至上千摄氏度;(4)扑救、疏散困难,火灾损失大。因此,针对城市地下车道火灾蔓延规律的研究对抢险救援、人员逃生及灾后事故调查具有重要意义。笔者以某地下车道为研究对象,运用火灾动力学模拟软件对隧道火灾工况下的温度和烟气蔓延等火灾蔓延规律进行数值模拟研究。

1 模拟计算

笔者采用美国国家标准与技术研究院开发的FDS对地下车道内火灾驱动下的流体流动进行模拟。

(1)模型建立及边界条件。该地下车道工程主体为单箱单室环形结构,标准段结构尺寸宽度为11.20 m,高度为6.3 m,长度为1 665 m,单向三车道,单个车道宽度为3.5 m,检修道宽度为0.7 m。根据该地下车道建立一矩形截面物理模型,模型净宽为11.2 m,净高为6.3 m,长度为400 m,如图1所示。火源位于地下车道中心位置,火源高度为0.5 m。

火源功率按2辆或3辆小汽车同时起火考虑,设定火源功率分别为15 MW和30 MW定常火源。模型两端开口分别为速度入口和自然开口,速度入口保持纵向通风风速不变。环境温度为20 ℃。墙体边界设置为惰性边界,FDS中设置为“INERT”属性。

(2)网格尺寸的确定。结合采用的计算物理模型, 分别采用0.5、0.4、0.3、0.2 m的网格尺寸进行网格独立性测试。火源热释放速率为30 MW,入口风速为3.5 m/s。在综合考虑计算机性能与保证计算精度的前提下,确定网格尺寸为:0.3 m0.3 m0.3 m。

(3)通过在不同通风速率和火源功率下,模拟计算城市地下车道内顶棚处温度、车道上方2 m高度处温度和烟气蔓延来分析城市地下车道纵向通风条件下的火灾蔓延规律。表1所示为具体工况设定。

2 计算结果分析与讨论

2.1 火源附近温度

模拟结果出现温度分层现象,火源上游的温度分层尤为明显,可见纵向通风虽然对火源附近烟气流动有一定的影响但并未破坏烟气分层,这一现象对人员疏散是有利的;30 MW火源功率产生的500 ℃以上的高温区域范围远大于15 MW的情况,火源附近的高温对结构的影响较大,结构破坏将对抢险救援和人员逃生产生极为不利影响,因此有必要对地下车道内的火灾荷载做出一定的限制。

2.2 车道上方2 m高度处温度

图2和图3所示为纵向通风速率为1、2、3、4 m/s时,火灾发生10 min后,15、30 MW火源附近在车道上方2 m高度处温度场纵向分布图。

从图2、图3可以看出,随着通风速率的增加,地下道路内2 m高度处温度逐渐降低,最高温度点逐渐向火源下游;随着火源功率的增加,地下道路内2 m高度处温度逐渐升高。

一是火源功率为15 MW,在通风速率为1、2、3、4 m/s时,车道上方2 m高度处最高温度分别为557、525、425、395 ℃,最高温度点向火源下游分别偏移2.5、3.7、5.5、7.1 m;二是火源功率为30 MW,在通风速率为1、2、3、4 m/s时,车道上方2 m高度处最高温度分别为650、610、572、536 ℃,最高温度点向火源下游分别偏移2.2、4.5、5.9、6.3 m。

纵向通风速率为2 m/s,火源功率为15 MW时,火源上游车道上方2 m处,疏散人员头顶处温度较环境温度变化不大,能够很好地保护地下车道内人员向火源上游疏散;纵向通风速率为2 m/s,火源功率为30 MW时,火源上游车道上方2 m处,疏散人员头顶处温度超过60 ℃,对地下车道内人员向火源上游疏散产生不利影响,如果要保证火源上游人员安全疏散免受高温侵袭,地下车道内至少需要提供3 m/s的纵向通风速率。

2.3 顶棚温度

图4和图5所示为纵向通风速率为1、2、3、4 m/s时,火灾发生10 min后,15 MW和30 MW火源附近顶棚处温度场纵向分布图。

由图4、图5可见,随着通风速率的增加,地下道路内顶棚处温度逐渐降低;随着火源功率的增加,地下道路内顶棚处温度逐渐升高。火源功率为15 MW,在通风速率为1、2、3、4 m/s时,地下车道内顶棚处最高温度分别为583、545、460、427 ℃;火源功率为30 MW,在通风速率为1、2、3、4 m/s时,地下车道内顶棚处最高温度分别为698、647、593、551 ℃。

通过火源附近顶棚温度纵向分布图可以判断火源上游顶棚处是否受到烟气影响,笔者以地下车道内顶棚处温度超过环境温度10 ℃为判据来判断火源上游烟气影响范围。由模拟结果可知,火源功率为15 MW,在通风速率为1、2、3、4 m/s时,火灾发生10 min后,地下车道内烟气回流长度分别为50、50、0、0 m;火源功率为30 MW,

在通风速率为1、2、3、4 m/s时,火灾发生10 min后,地下车道内烟气回流长度分别为50、50、28、0 m。可见,随着通风速率的增加,地下车道内烟气回流长度逐渐减小;随着火源功率的增加,地下车道内烟气回流长度逐渐增大。因此,在进行地下车道应急通风设计时,为保证人员安全疏散和抢险救援顺利进行,宜按照最不利火灾荷载进行纵向通风风速设计。

2.4 烟气蔓延

纵向通风速率为1、2、3、4 m/s时,火灾发生10 min后,15、30 MW火源附近烟气蔓延模拟结果显示,火源附近烟气温度高,容易浮在地下车道上部,随着烟气向远离火源区域的扩散,上部烟气不断卷吸下部空气,烟气温度越来越低,密度越来越大,烟气与空气之间的密度差越来越小,浮力也越来越小,当烟气离开火源一定距离后,空气的浮力不再能维持烟气颗粒的自身重力,烟气发生弥散性沉降;随着通风速率的增加,烟气蔓延范围逐渐减小;随着火源功率的增加,烟气蔓延范围逐渐增大。

地下车道内保证人员安全疏散和抢险救援顺利进行的临界条件是地下车道火灾过程中通风风速控制烟气刚好不发生回流。控制烟气刚好不发生回流的最小纵向通风风速即为临界风速。该模拟中,15 MW火灾,通风速率为3 m/s时,烟气刚好无回流,为该地下车道的临界风速;30 MW火灾,通风速率为3 m/s时,烟气回流长度超过25 m,通风速率为4 m/s时,烟气被吹向火源下游,通风速率略大于临界风速。

3 结 论

笔者对不同纵向通风速率和火源功率下的城市地下车道火灾进行了模拟,分析了地下车道在不同火灾场景下火源附近、顶棚、车道上方2 m高度处温度场和烟气蔓延的纵向分布规律,在抢险救援、人员逃生及灾后事故调查等方面得到以下结论及建议:

(1)随着纵向通风速率的增大,地下车道内温度逐渐降低,烟气影响范围逐渐减小;随着火源功率的增大,地下车道内温度逐渐升高,烟气影响范围逐渐增大。

(2)在进行地下车道应急通风设计时,为保证人员安全疏散和抢险救援顺利进行,宜按照最不利火灾荷载进行纵向通风风速设计。

(3)在进行灾后事故调查时,应当对地下车道的通风条件及火源功率进行总结分析,此举有利于合理确定地下车道的安全通行条件。

参考文献

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[7]徐志胜,周庆,徐?,等.运行旅客列车隧道火灾模拟实验研究[J].中国安全科学学报.2003,13(7):8-11.

典型地质条件下地下洞室的开挖技术 第8篇

随着我国国民经济的不断发展以及城市化进程的不断加快, 土地资源紧张的问题越来越突出。为了满足社会经济及交通运输的发展需求, 地下工程项目建设逐渐增多。越来越多的工程涉及到地下洞室的开挖。从地下交通枢纽如地铁、地下商场、隧道等大型的地下工程到地下室、水电站等较为小型的地下工程。国内传统的施工理念与技术已经难以适应复杂地质条件下地下施工的实际需求了, 必须适时进行改革与完善。复杂地质条件下地质工程施工技术的发展与创新应该与时俱进, 并且按照科学发展观的理念来进行实际工作的正确引导。所以研究几种典型地质条件下各种尺寸的地下洞室开挖具有非常重大的意义。

1 不同尺寸洞室开挖

1.1 爆破设计

地下洞室的爆破设计, 主要考虑因素有:围岩的类别、尺寸大小、掘进方法、钻孔设备、炸药和雷管的类型、爆破对周围临近建筑物的影响、地下洞室位置的高低以及裂隙水是否丰富。在地下洞室爆破设计中, 通常根据地下洞室围岩的类别和尺寸大小选择采用全断面掘进还是采用台阶法掘进的施工方法。一般对于尺寸较小的地下洞室, 宜优先采用全断面掘进;而对于尺寸较大的地下洞室, 则采用台阶法掘进。另外, 地下洞室爆破设计的一个重要任务是根据掌子面上出露的岩石情况, 通过优化爆破参数, 弥补围岩缺陷或者不足, 以取得较好的爆破效果, 保证成形断面的规整。

1.1.1 设计参数

地下洞室爆破设计的主要参数有:循环进尺、孔径准、孔深l、孔距a、线装药密度q、最小抵抗线W、药径d、间隔装药系数、不偶合系数、起爆网路和起爆顺序等。

在地下洞室爆破设计中, 通常根据爆破孔的作用, 将其分为掏槽孔、崩落孔和周边孔。掏槽孔主要是对地下洞室开挖区的中央位置率先进行爆破, 从而给崩落区的爆破孔提供良好的临空面;崩落孔是对除掏槽区以外的主要开挖区进行爆破的主要炮孔;光面爆破孔主要设置在地下洞室的设计轮廓线上, 通过最后起爆, 在设计轮廓线上形成较为规整的开挖面。

在地下洞室爆破设计中, 为了提高爆破效果, 形成良好的爆破轮廓线, 周边孔通常采用光面爆破形式。同时, 光面爆破也被规定为在地下开挖中控制周边超挖的标准方法, 它不仅可以得到一个光滑的岩面, 同时减少了围岩中的裂隙, 使随后的支护工程量得以减少。光面爆破设计不仅要考虑周边孔, 还必须同时严格控制靠近周边孔的主爆孔的装药量。其设计原理是:任何主爆孔产生的裂隙破坏区均不得超过周边孔的裂隙破坏区。

1.1.2 光面爆破设计原则

为达到爆破后良好的光面效果, 根据围岩的地质条件、开挖断面、开挖进尺、爆破器材、振速要求等条件编制爆破设计。

光面爆破设计原则如下:

1) 根据洞室设计尺寸的大小, 选择合适的掘进方法, 并根据工期要求和机械能力等因素合理选择循环进尺。

2) 根据围岩特点合理选择周边孔间距E及周边孔的最小抵抗线W, 辅助炮孔交错均匀布置, 并要求光面爆破孔的间距均小于边孔至主爆孔距离的80%。

3) 爆破中采用专门的光爆药卷, 严格控制周边孔的装药量, 并借助导爆索进行间隔装药, 使药量沿炮孔全长均匀分布, 以确保隧道周边成形良好, 并减少对围岩的扰动。

4) 根据爆破效果, 调整掏槽孔形式, 并适当加深掏槽孔深度 (比其他孔超深约20 cm) , 以保证掏槽效果。

5) 合理选择爆破材料:采用安全性能好的塑料导爆管, 防水性能好的乳化炸药、非电微差爆破。

6) 在埋深较浅的地段选用减震爆破技术, 利用萨氏公式:Qmax=R3min (V安全/K) 3/a以及地面建筑物规范允许安全震速 (一般取25 mm/s) , 反算出单段最大装药量, 必要时适当增加雷管段数, 减少单段最大装药量, 确保施工安全。

7) 利用爆破振动速度计算经验公式:V=70Q0.7/R1.5对光爆设计进行控制, 多个工程实例明:产生危险的振速范围是70~100 cm/s。

1.1.3 钻爆参数的选择

在地下洞室开挖光面爆破设计中, 设计方法一般是根据围岩情况、经验数据和类比其他工程爆破参数, 初拟光面爆破参数如表1。

再在施工过程中通过爆破试验, 并通过对爆破效果的检查和分析, 结合地质情况变化适当加以调整, 以求达到施工安全、造价经济和爆破效果最佳的目的。

1) 周边孔参数的选用原则。 (1) 当开挖面围岩较软弱、破碎或处于曲线、折线处开挖成型要求高时, 周边孔间距E应取较小值。 (2) 抵抗线W大于周边孔间距, 软岩在取较小的周边孔间距的同时, 抵抗线应适当增大。 (3) 对于软岩或破碎性围岩, 周边孔的相对距E/W应取小值。 (4) 周边孔外偏角, 循环进尺取3.5 m不>2°, 循环进尺取2.0 m不>3°。

2) 炮孔深度:Ⅱ、Ⅲ类围岩采用全断面开挖, 炮孔深度3.5 m, Ⅳ级、Ⅴ类围岩采用台阶法开挖, 炮孔深度2 m。

3) 掏槽方式。卡基娃水电站Ⅱ, Ⅲ类围岩采用全断面开挖, 掏槽采用深孔楔型方式。

4) 爆破器材。干燥无水地段, 采用2号岩石炸药、火雷管起爆, 毫秒雷管引爆;裂隙水发育地段, 采用乳化炸药、塑料导爆管传爆。周边孔采用导爆索传爆。

5) 起爆网路。采用塑料导爆管非电起爆, 孔间毫秒微差爆破技术, 为保证准爆, 孔外均采用两瞬发雷管组成复式起爆网路。

6) 装药结构及堵塞方式。 (1) 装药结构, 周边孔采用不偶合间隔装药结构, 选用直径准25 mm药卷, 导爆索联接。其他炮孔采用直径准32 mm药卷, 根据炮孔装药量的大小选用间隔装药或者连续装药结构。周边孔为实现间隔装药, 使药卷在孔内居中, 采取预先加工药串的办法, 即按设计将药卷用传爆索串联绑扎在竹片上, 让药串架空居中于钻孔中心。开挖断面的周边孔间均设空孔, 以作减震和光爆导向孔之用。 (2) 堵塞方式, 所有装药炮孔用炮泥堵塞, 周边孔堵塞长度不小于26 cm。其他炮孔除装药长度外, 余孔全部堵塞。

7) 起爆顺序。在地下洞室开挖中, 一般采用:掏槽孔崩落孔周边孔的起爆顺序。

1.2 爆破施工

影响地下洞室爆破施工质量的因素很多, 但在施工中按照爆破设计布孔、起爆和装药, 并根据掌子面出露围岩的节理裂隙发育情况, 对爆破参数进行必要的调整, 是保证地下洞室爆破效果的基本要求和必要条件。

爆破施工包括孔位放样、钻孔、清孔、装药、连线、爆破、散烟除尘、找顶、出碴等工序, 在地下洞室爆破施工中, 为保证爆破安全和获得良好的爆破效果, 要求爆破作业严格按照爆破设计进行施工。

从很多的地下洞室开挖爆破成型中, 对掏槽孔和光爆孔的作用可以归纳为“掏槽是关键, 光爆是重点”。因此, 在地下洞室爆破施工中, 掏槽孔是决定整个爆破循环能否取得成功的关键工序, 只有掏槽成功, 才能给崩落孔创造良好的临空面, 而崩落孔的成功爆破, 又为周边光面孔的爆破成形, 提供了良好的成形条件。在洞挖施工中, 要取得良好的爆破效果, 还有一个重要的方面, 就是爆破作业人员应该根据地质条件的变化, 对爆破参数进行必要的调整, 具体表现在:钻孔作业人员应该将每个循环钻孔进尺的快慢告诉爆破负责人, 爆破技术负责人据此对围岩的软硬和完整性作出判断, 并对装药量和孔距进行细微的调整, 从而获得满意的爆破效果。

由于施工现场的情况错综复杂, 既有地质方面的, 也有施工技术方面的, 因此要取得好的爆破效果, 就必须对现场情况作出正确的判断和处理。

1) 地下裂隙水地段。对于低于河流水位、节理裂隙发育的地下洞室, 如导流洞, 由于其位置低, 一般不可避免地存在岩石裂隙水。为保证地下洞室施工安全, 通常采用“渗漏水引排钻爆施工散烟、找顶、除尘喷混凝土封闭岩面临时锚杆支护系统喷锚支护”的施工程序。

在地下裂隙水发育的地段进行地下洞室爆破施工, 对渗漏水进行集中或者个别引排, 再采用喷混凝土对围岩表面进行封闭, 保证岩面无积水, 随后对不稳定的围岩采用锚筋进行临时支护, 既可以给洞内爆破作业创造一个良好的环境, 还可以避免因渗水长时间浸泡导致岩石软化, 有利于保证施工安全。

2) 不良地质段。为了保证不良地质段的施工安全, 常常采用缩短循环进尺、加密爆破炮孔、减少炮孔药量、加强临时支护、缩短观测时间、增加观测种类等行之有效的技术手段, 这些技术措施的实施, 不仅弥补了地质方面的缺陷, 而且有利于施工安全。

根据技术措施的类型, 我们可以归纳为: (1) 当出碴后, 发现掌子面岩石不好, 应及时对岩面采用素混凝土进行封闭。 (2) 必要时, 增设临时锚杆, 并使锚杆尽量垂直岩面。 (3) 当需要架立钢格栅时, 应使钢格栅抵紧岩面, 并尽量多地与岩面接触。 (4) 采用超前小导管或者超前锚杆时, 应根据拱顶围岩的倾角, 尽量加大超前小导管或者超前锚杆与拱顶围岩的角度, 尽量让锚杆或者导管多穿透岩层, 以加大岩石对锚杆或者导管的握裹力, 从而保证施工安全。

3) 不同地质段。根据对地下洞室爆破施工的观察和总结, 不难发现在地下洞室爆破施工中钻孔和装药量的关系为:地质条件好的地段, 应采用少孔多药的方式;在地质条件差的地段, 则采用多孔少药的方式。

2 复杂地质条件下地下工程施工技术应用类型分析

复杂地质条件必然会形成一个特殊的受力体系, 施工中难以进行精确的计算, 而且存在很多不确定的客观因素。与地上工程相比, 其在施工中的应用方面具有一定的特殊性。在地质条件较为复杂的地区进行地下施工, 地下结构始终处于二维或三维的复杂应力状态, 尤其是边界条件更为复杂。因此, 在复杂地质条件地下工程施工技术应用工程中, 一定要注意结合施工项目的实际情况, 采取科学、合理的技术类型。

2.1 明挖技术

在复杂地质条件下进行施工, 明挖技术的应用范围较为广泛, 尤其适用于野外空旷地带, 具有操作简单、工期短安全性高等特点。明挖技术应用过程中, 技术管理人员应该根据实际地质条件, 确定是否需要设置边坡支护。以公路隧道工程为例, 明挖技术的一般施工流程为:

1) 按照刚才项目的设计尺寸, 挖两道平行并有一定深度的沟, 沿沟浇筑两道平行的混凝土墙;

2) 安装隧道顶部支撑板;

3) 在两墙间开挖;

4) 修筑隧道的永久底板与顶板结构。

2.2 略挖技术

略挖技术是20世纪60年代在引进和借鉴国外技术的基础上开始应用的, 其采用的盾构建工法是解决公路隧道和水工隧道施工难题的关键技术。在我国现阶段的复杂地质条件下, 地下工程施工过程中, 对于线性地下空间的挖掘普遍采用略挖技术。略挖技术应用过程中, 一定要注意地下工程的纵向变形及纵横向内力、衬砌厚度和变形的影响、管片宽度的几个问题, 否则极有可能影响到地下工程的整体施工质量和安全系数。

2.3 深基坑支护技术

目前, 填土的深基坑支护设计是国内较为常见的地质条件之一, 具有较强的代表性与典型性, 从土层分布来看, 我国东部地区一般以填土为主, 填土层的厚度普遍为1~8 m。填土层的地下水主要有三层即上层滞水、潜水和承压水。上层滞水埋藏于黏质粉土层、粉土、填土中, 潜水埋藏在沙卵石层中;承压水也埋藏在沙卵石层中。在制定填土的深基坑支护设计方案时, 应该特别注意地下水的流动与冲刷对支护系统的破坏, 要采取有效的措施排除深基坑中的存水量, 确保深基坑施工人员的安全以及机械设备的稳定。

3 加强地下工程施工技术发展的措施与方法

近年来, 我国复杂地质条件下地下工程施工技术已经在相关技术人员以及建筑行业家、学者的共同努力下取得了大幅度的提高, 并已经初步形成了一套较为完善的施工技术理论与实践经验, 但是随着时代的发展以及科学技术的发展, 国内现行的地下工程施工技术已经难以适应现代工程建设的需要, 因此, 复杂地质条件下地下工程施工技术的发展也一定要坚持科学发展的理念。在复杂地质条件下地下工程中, 科学、合理的施工技术模式是工程项目建设的主要技术保障与施工依据, 对于地下工程的施工进度与质量都具有十分重要的意义和作用。受到复杂地质条件得到影响, 施工人员的施工难度加大, 需要由专业的过程技术部门及人员组织实施, 否则难以保证技术方案的科学性与可操作性。

3.1 注重新技术的运用

目前, 国内地下工程建设行业对于先进科学技术的应用逐渐呈现出全方位、多角度、立体化的发展趋势, 并正处于与世界地下工程行业先进技术的融合和交汇过程中, 传统的地下工程施工方法已经难以适应发展的需要。随着现代电子计算机技术在国内建筑行业的不断研究与应用, 对于地下工程施工技术方案的制定与实施也具有一定的促进作用。在复杂地质条件下进行地下工程施工, 首先要全面了解和掌握地质条件的实际情况, 进而才能有针对地进行施工技术方案的制定与实施。因此, 利用电子计算机技术对地下工程的各项工作进行科学、系统的管理, 以提高工作的效率。比如利用计算机技术对复杂地质条件下的工程资料进行分析处理, 可以通过制作地下工程图件进行指标统计分析等。

3.2 加强地下工程中地质条件的检测

地下工程项目的施工地点一般是在山岭、河道、海峡及城市地面以下等复杂地质条件中以及军事设施、采掘矿产、人防设施等地下通道和建筑物。在复杂地质条件下组织施工, 对于地质条件进行系统的检测是十分重要的, 也是新型施工技术应用的保障和基础。在我国现阶段应用的地质条件检测设备中, 探地雷达是较为先进的一种, 是一种新兴的高分辨率物探设备。在复杂地质条件地下工程检测中, 探地雷达有效应用现代非侵入性探测技术, 可以安全地在地面与地下进行各种现场数据检测操作。探地雷达由于采用了宽频带、短脉冲和高采样率, 其探测分辨率高于其他地球物理探测手段, 又由于采用可程序高次叠加和多波形处理等型号恢复技术, 大大改善了信噪比和图像显示性能。探地雷达具有安全、高效、便于携带等优点。

4 结语

综上所述, 在岩溶地区进行桩基施工必须充分了解各种复杂的条件对施工的影响, 根据地质的不同情况和岩溶的不同类型, 综合考虑多种因素。在施工过程中把好关键技术关, 合理地选用经济、有效、合理的处理措施, 就能解决岩溶地区的施工技术难题, 在保证施工安全的同时, 实现质量和经济效益的双赢。

摘要：在我国经济高速发展的时代背景下, 由于土地资源的大量开发与利用, 导致国内部分大中城市出现了不同程度的建筑用地紧张、交通阻塞、生存空间拥挤等问题, 而地下工程项目的建设通过对于地下空间的合理开发与利用进而达到扩展人类生存空间的目标。在复杂地质条件下, 对于地下工程的施工技术有着更高的标准和要求, 以全面保证施工的进度、质量和安全。就几种典型地质条件下地下工程洞室开挖的技术加以研究, 促进地下工程发挥更为重要的经济作用和社会效益。

关键词：典型地质,各种尺寸,地下洞室,施工方法,爆破设计

参考文献

[1]张同波, 李翠翠.复杂地质条件下地下工程施工技术的研究与应用[J].施工技术, 2009 (1) .

[2]吴应当.关于复杂地质条件下地下工程施工技术应用的探讨[J].中国勘察设计, 2004 (7) .

[3]穆建国、张安、夏浩军.开挖方案对洞群围岩稳定的影响研究[J].西北农林科技大学学报:自然科学版, 2004, 32 (11) :139-142.

[4]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社, 2003.

地下条件 第9篇

1) 天津临港造修船基地1#、2#造船坞位于天津市塘沽区东南部临港经济区内1#港池南侧, 两坞相邻, 有效尺度分别为520 m110m13.3 m、440 m80 m13.3 m, 在两坞间坞口处设共用排水泵房一座。坞墙采用单锚地下连续墙加高桩承台结构, 地下连续墙厚1 000 mm, 深23.6 m, 墙段间为柔性连接, 墙段接头部位土体采用高压旋喷注浆处理, 与坞口底板下钢板桩墙一起组成船坞地下防渗帷幕。

2) 地质条件。新围海吹填的陆域内, 场地标高3.5 m左右 (天津新港理论高程) , 地表至-63.08 m深度范围内地层按其沉积时代、成因类型及其物理力学性质的差异可划分为6层, 地下水位2.5~3 m。

第 (1) 层主要为人工水力吹填或人工回填而形成陆域, 从上到下分别为杂填土 (第 (1) 层) 、吹填土 (第 (1) 2层:细砂) 、吹填土 (第 (1) 3层:淤泥) 、吹填土 (第 (1) 4层:粉砂夹粘性土, 稍密、软塑状) 、吹填土 (第 (1) 5层:细砂, 堤身填土) ;

第 (2) 层主要为新近浅海相沉积, 以淤泥质土为主;

第 (3) 层主要为全新世陆相沉积, 主要为软塑~可塑状粉质粘土及中密~密实状粉土为主;

第 (4) 层灰黄色~灰色粉砂, 密实状;

第 (5) 层灰黄~灰褐色粉质粘土, 可塑状;

第 (6) 层灰黄色粉砂夹黄色粉质粘土, 密实状。

地下连续墙处于第 (1) 层~第 (3) 层土体中。

2 施工技术特点

针对本工程特殊的地质条件和具体施工情况, 采取了以下措施, 保证地下连续墙段施工过程的安全性和施工质量。

1) 为截断第 (1) 2、 (1) 5层粉砂层向槽段内的透水通道, 改善槽壁土体的整体稳定性, 在施工前先对地下连续墙两侧土体使用水泥土搅拌桩进行加固, 加固深度为17 m。

2) 在距离地下连续墙侧8~10 m的位置开挖排水明沟, 沟深

3 m, 直通海域, 作为场区雨水、井点降水的排泄通道, 有效地降低了地下水位, 避免地表水流向施工区域。

3) 地下连续墙施工导墙采用“┓┏”型断面C20钢筋混凝土结构, 导墙不分段、不设缝, 导墙宽度、高度均为1.5 m。

4) 施工场地、道路。根据船坞总体施工方案, 在坞墙及拉锚体系完成后才进行坞室内土方开挖, 该区域场地宽阔, 满铺1 m厚的块石、砖渣, 平整后作为地下连续墙钢筋笼加工制作及吊装机械作业场地, 地下连续墙外侧的廊道基础PHC管桩 (布置较密) 已经施工完成, 在用专门设计的钢构件固定好桩头、铺设400 mm砂垫层、20 mm厚钢板后, 将其作为挖槽机械的施工平台, 可以减少挖槽作业时对槽壁土体的扰动, 其后可作为挖槽土方运输通道。

3 主要工序

1) 水泥土搅拌桩:每侧两排搅拌桩, 单根桩直径600 mm, 相邻桩间搭接宽度0.2 m, 桩底标高为-13.5 m, 选用PO32.5普通硅酸盐水泥, 掺量按12%控制, 加固体28 d强度应达到0.8 MPa以上。

2) 导墙。导墙主要是在挖槽机械液压抓斗挖土时起导向、存储泥浆稳定液、维护槽壁顶部土体稳定、防止土体塌落的作用, 同时还要承担固定、起拔锁扣管、固定钢筋笼、混凝土灌注机等作用。导墙采用“┓┏”形整体式钢筋混凝土, 净宽比地下连续墙厚度大50 mm, 导墙顶部略高于场地地面, 顶宽1 500 mm, 深度也是1 500 mm, 导墙下部插入原状土200 mm以上, 厚度200 mm, 配置φ12@200单层双向钢筋。

3) 泥浆制备。泥浆在地下连续墙施工中起着维护槽壁稳定的作用, 其性能直接关系到施工的成败。

本工程泥浆配比为:水∶钠基膨润土∶纯碱∶CMC (纤维素) =1 000∶80∶10∶1。

泥浆配置的工艺流程:原料实验称量投料膨润土加水冲抖5 min, CMC (纤维素) 和纯碱加水搅拌5 min混合搅拌3 min泥浆性能指标测定溶胀24 h后备用。

4) 成槽施工。本工程选用液压抓斗挖槽机 (SC-35A) 进行成槽作业, 该成槽机配有车载水平仪、抓斗垂直度显示仪及自动纠偏装置, 对标准槽段采用三抓成槽的工艺, 先挖两边后挖中间, 对于转角槽段, 先挖长边后挖短边, 成槽以后, 抓斗配合泵吸反循环法吸取槽底沉渣。

5) 锁口管吊放。槽段清理合格后, 立刻吊放特制的马蹄形断面的锁扣管, 由履带起重机分节吊放安装, 垂直安放在槽段端头部位, 锁口管上端与导墙接触部位要用木榫楔实, 后侧填砂。

6) 钢筋笼制作与吊装就位。采用现场制作、整体吊放的方案, 吊装机械选用1台100 t履带吊 (主钩) 和1台80 t履带吊 (副钩) 。

7) 灌注水下混凝土。采用导管法施工, 每槽段布置2根导管, 导管间水平距离为3 m, 距槽段端部不>1.5 m, 选用D300圆形螺旋快速接头型, 用混凝土罐车直接将混凝土通过导管口的漏斗 (1m1 m) , 导管注入槽段内。

8) 锁口管起拔。混凝土强度达到0.05~0.2 MPa时 (一般在混凝土浇筑后3~5 h, 视气温而定) , 开始用吊车或液压顶升架提拔接头管。起拔速度控制在2~4 m/h, 在混凝土灌注结束后8 h以内将接头管全部拔出。

参考文献

[1]刘国彬, 王卫东.基坑工程手册 (第二版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.