在我国重大基础设施建设持续向深层延伸的背景下,深埋地下工程的安全与质量面临更高门槛。
水利输水隧洞、城市交通隧道以及能源通道等工程,越来越多穿越高地应力、高水压及复杂构造带区域,突泥涌水、围岩失稳等灾害风险随之上升。
如何在“看不见、摸不着”的超深部地层中精准识别风险、实现有效治理,成为制约行业发展的关键难题。
问题在于,深埋1500米意味着传统勘察与常规超前地质预报能力显著受限:深部岩体受高地应力作用更强,断层破碎带更易形成导水通道;同时,超高水头压力一旦与施工扰动叠加,极易诱发突水突泥等事故。
新疆某输水隧洞工程处于典型极限工况——隧洞深埋1500米,且需穿越宽约300米的断层带,工程风险呈现隐蔽性强、突发性高、处置窗口短等特征,既考验探查精度,也考验治理手段的可靠性。
原因在于,随着工程向深部推进,地层条件与工程扰动之间的耦合作用显著增强。
一方面,深部断裂构造呈现多尺度、非均质特征,局部破碎与充填物变化频繁,导致地质体“差一点就不同”;另一方面,高水压环境下裂隙网络一旦连通,渗流路径会快速扩展,风险由点状向面状演化。
再叠加超深部空间狭小、作业条件受限,若仍依赖传统经验式治理,往往难以实现“查得准、封得住、稳得久”。
为破解“探不清、治不稳”的瓶颈,项目团队首先把工作重心放在“看清地下”。
据介绍,团队创新建立基于地表定向钻的精细化探查方法,将孔内地球物理探测、水平保形取芯与水文分析等手段集成,形成一体化综合探查体系,并应用深孔远距离超长物探技术,实现最大探测距离达2504米。
通过沿隧洞水平轴线的探测与验证,工程技术人员得以首次在超深埋条件下较为准确地识别断层带结构特征、破碎程度与含水性差异,为后续治理提供“可量化、可对照”的依据。
这种以定向钻为骨架、以多源数据为支撑的探查模式,为超深埋工程提高预报准确率、降低不确定性提供了现实路径。
影响层面,探查只是“第一关”,更艰难的是在高地应力、高水头压力环境下实施有效加固与封堵。
针对断层破碎带不均一、渗透性差异显著等特点,团队提出“分段施策、精准注浆”的治理思路:在明确风险段落与通道位置的基础上,按区段、按目标分级治理,避免“大水漫灌”式注浆带来的浪费与二次扰动。
同时,围绕超深部高压条件对材料可泵性、凝结可控性与耐久性的要求,研发配套特殊材料、工艺与专用装备,最终实现40兆帕超高压环境下的精准定位注浆。
40兆帕相当于约400个大气压,在此压力水平下仍能将浆液稳定输送到预定位置并形成有效加固体,体现了从装备适配到工艺控制的系统性突破。
对策方面,此次工程实践形成的经验指向清晰:超深埋隧洞治理应坚持“先探后治、以探定治、动态校核”的工程路线。
首先,建立面向深部复杂构造带的综合探查体系,通过多源数据交叉验证,减少单一手段带来的误判;其次,注浆治理需从“强度思维”转向“通道思维”,以封堵渗流通道、改善围岩整体性为目标,实施分区分段精细控制;再次,针对超高水压环境,应推动高压注浆装备与材料体系的标准化、系列化,提升在不同地质类型下的适配能力。
业内人士认为,这类系统方案的成熟,有望降低深层工程建设的安全成本与不确定性,提高施工组织的可控性。
前景上看,深层地下空间开发是资源安全、交通韧性与水安全体系建设的重要方向。
面向未来,输水工程越深、越长、越复杂是趋势,高地应力、高水压及断裂构造带的组合将更为常见。
此次刷新世界纪录的实践,既填补了我国超深埋输水隧洞注浆治理的技术空白,也为深部工程的风险识别与处置提供了可复制的技术链条。
随着相关技术在水利、地下交通、能源开发等领域推广应用,深部重大工程在复杂地质条件下实现安全、高效建造的能力有望进一步提升。
从追赶者到领跑者,中国工程师用创新答卷诠释了"向地球深部进军"的科技内涵。
这项世界纪录的诞生,不仅标志着我国在地下工程领域实现技术自主可控,更展现出破解世界级难题的智慧与勇气。
当越来越多的"中国深度"被刻写在地球内部,我们看到的不仅是技术边界的拓展,更是一个国家在攀登科技高峰进程中留下的坚实足迹。