详情

原文传递隧道突涌水多源信息演化过程监测与融合预警方法及工程应用

论文题名：	隧道突涌水多源信息演化过程监测与融合预警方法及工程应用
关键词：	隧道突涌水灾害;前兆多元信息;监测理论;融合预警
摘要：	目前，我国是世界上隧道及地下工程建设规模最大、数量最多、地质条件最复杂的国家。隧道建设逐渐向“长洞线、大埋深、高应力、强岩溶、高水压、复杂构造”趋势发展，突水突泥灾害日趋严重，造成了严重的人员伤亡与财产损失。而突水突泥灾害难以遏制的主要原因是灾变演化机理不清、监测预警缺乏理论依据与技术支撑。因此，亟需开展隧道突涌水灾害多元信息演化过程监测与融合预警方法的研究，实现突涌水灾害的有效主动防控。　　(1)阐述了隧道突涌水灾害演化过程的监测预警总体思路，研究了突涌水主要灾害源的地质发育规律及致灾特性，提出了定性与定量指标语义模糊融合的突涌水灾害危险性评价方法，是突涌水灾害监测与预警的前提条件。　　(2)通过室内试验、理论推导及文献调研研究了饱水岩石破坏过程中声发射、视电阻率、渗流场、温度场等物理信息的变化规律。推导了岩体渐进破坏的流固耦合模型，采用COMSOL仿真软件研究了充填水压力、隧道埋深及溶洞半径、位置、形状等不同工况下隧道开挖诱发突涌水灾害的多元信息演化机理。通过大尺度模型试验揭示了岩溶型突涌水演化过程中渗流场、应力场及位移场分布规律。　　(3)提出了隧道突涌水灾害前兆信息的内-外协同监测设计方法。提出了突涌水多元监测的敏感性识别方法，根据得到的前兆信息敏感性规律选取突涌水灾害的内部监测指标，建立了隧道突涌水灾害多元信息监测的测点布设方法。基于振弦式传感技术研发了孔隙水压力、位移及应力的无线透彻感知设备，实现了隧道复杂施工环境中高精度测量与无线自动获取，基于无线信号的衰减规律研究了适用于隧道特殊空间环境的无线传输模式。提出了适用于隧道施工过程强噪声环境的视觉分析算法，解决了突涌水灾害的视觉异常监测。　　(4)基于D-S证据理论与直觉模糊理论建立了隧道突涌水灾害灾变过程的多元演化信息深度融合方法，基于改进的灰色GM(1，1)预测模型建立了突涌水灾害时间倾向性预测方法，依托跃龙门隧道验证了该方法的预测精度。揭示了突涌水灾变全过程演化状态的差异性规律，提出了基于多元实时监测信息的突涌水灾害演化状态判识方法。综合考虑涌水量、突水位置、演化状态及发生时间4个指标，建立了突涌水的AHP-TFN综合预警方法。　　(5)以汕汕铁路汕头湾海底隧道2号斜井为工程背景，采用多种超前地质探测方法对掌子面前方的含导水构造进行了探查，推断X2DK0+039掌子面前方富含地下水。基于所提出的多属性语言信息融合决策模型，对X2DK00+039～X2DK00+000段进行了突涌水危险性判识。针对X2DK0+029～015段突涌水的极高风险，开展了突涌水灾害多元信息演化的过程监测现场试验，制定了单点位移计、孔隙水压力计及土压力计的监测设计方案，优化了传感器的现场安装工艺。通过多元信息深度融合模型计算了突涌水灾害发生的支持概率，发现其演化状态与充填结构渗透失稳的灾变期相符，突涌水灾害综合预警等级为Ⅲ级，为突涌水灾害主动防控提供了依据。　　本文以突涌水灾害监测预警方法与技术为研究对象，采用理论分析、室内实验、设备研发、模型试验、现场试验等方法开展了相应的研究，对于指导隧道工程安全施工具有重要的意义。
作者：	王升
专业：	岩土工程
导师：	王复明;李术才
授予学位：	博士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022