西南典型岩溶越岭隧道涌水历程解析及应用研究

摘要

随着国家“一带一路”和“十纵十横高铁网络”规划的不断推进，交通运输工程在其中占据着不可取代的角色。然而，发展交通运输工程往往会受到自然条件因素的限制，因此，隧道工程应运而生，尤其在西南山区最为普遍。
　　西南山区隧道工程中，地下水灾害十分常见。由于地质条件的复杂性和多变性，隧道开挖过程中常常发生规模不等的涌水、突泥等事故，不仅造成人员伤亡和延误工期，同时还破坏了隧址区地下水环境状况。西南山区分布大量岩溶含水层，由于岩溶发育的不均一性等特点，使得该类地区隧道涌突水事故显得频繁且突然。因此对西南岩溶越岭隧道涌水问题的研究显得至关重要。
　　前人对岩溶隧道涌水量问题做了大量的研究工作，但大多是以隧道某状态下涌水量为研究对象，缺乏对隧道涌水历程的系统研究和涌水规律总结。本文以西南岩溶地区典型越岭隧道为研究对象，基于17条已建隧道涌水量动态变化(Q-T曲线)特征曲线资料，对西南地区典型岩溶隧道涌水历程特征进行分析与归纳，进一步总结涌水受控因素，归纳出典型涌水地质模式;最后，以西南在建岩溶越岭隧道工程为实例，结合数值模拟法的定量分析和隧道实际监测数据，综合论证隧道涌水曲线及论文总结的涌水地质模式的合理性。最终得出如下结论，在今后工程应用中可起到参考作用和研究意义。
　　1、基于17条已建隧道工程涌水历程（Q-T曲线）实例，从隧道涌水直接补给来源和补给源与隧道涌水点间渗流通道贯通性两方面，划分隧道涌水Q-T曲线类型。其中，涌水补给来源包括降雨、地下水和混合型，渗流通道贯通性分为贯通、欠贯通和逐渐贯通。
　　最终，将隧道涌水Q-T曲线分为七种类型:降雨补给-快涌型、降雨补给-缓涌型、地下水补给-直涌型、地下水补给-滞后型、混合补给-同步型、混合补给-滞后型、混合补给-混合型。
　　2、各类型隧道涌水Q-T曲线特征各异，分析其形成机制可归纳总结出以下几类涌水历程受控因素:地质结构、岩溶形态结构、水文地质条件、隧道涌水直接来源、隧道相关作用。
　　3、通过17条西南典型岩溶越岭隧道涌水历程实例解析，最终归纳总结了六种西南地区常见的隧道涌水地质模式，分别为:溶隙（裂隙）含水结构模式、岩溶管道含水结构模式、封闭溶腔含水结构模式、溶隙（裂隙）-岩溶管道含水结构模式、溶隙（裂隙）-溶腔含水结构模式、断裂-岩溶管道含水结构模式。
　　4、以重庆在建歇马隧道掘进段为实例，运用数值模拟法和监测数据论证了本文总结出的隧道涌水地质模式和受控因素的合理性。
　　基于对隧址区涌水受控因素的详细分析，得出隧道掘进段内地下水含水结构属于溶隙-溶腔含水结构模式和溶隙-岩溶管道含水结构模式，隧道直接揭露富水溶腔和小型暗河，涌水来源主要为溶腔水、浅部循环大烂池-五香庙暗河以及岩溶裂隙、溶孔含水层，隧道涌水与降雨相关性差。最终，判定歇马隧道掘进段内涌水Q-T曲线属于地下水补给-直涌型。
　　基于三维数值模拟软件Visual Modflow，模拟出隧道掘进段内涌水洪峰值滞后于地表降雨峰值295天;基于隧道进出口涌水量实时监测数据可知，隧道涌水峰值滞后于地表降雨4～6个月。因此，涌水与降雨相关性差，不直接接受其补给。结合隧道涌水直接接受地下水补给，且隧道直接揭露富水溶腔和暗河，可以判定隧道涌水Q-T曲线类型为地下水补给-直涌型。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 立题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 西南山区岩溶隧道涌水历时特征研究现状

1．2．2 西南山区岩溶隧道涌水形成模式研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 西南山区地质环境概述

2．1 自然地理

2．1．1 地形地貌

2．1．2 气候条件

2．2 地层岩性

2．2．1 扬子地台区

2．2．2 江南区

2．3 地质构造格局及演化史

2．3．1 地质构造格局

2．3．2 构造演化

第3章 西南典型岩溶越岭隧道Q-T曲线特征分析

3．1 既有隧道施工涌水Q-T曲线

3．2 Q-T曲线类型划分及特征分析

3．2．1 Q-T曲线类型划分

3．2．2 各类Q-T曲线特征分析

3．3 典型隧道涌水Q-T曲线实例分析

3．3．1 典型隧道岩溶发育特征及水文地质条件

3．3．2 典型隧道Q-T曲线特征分析

3．4 本章小结

第4章 西南典型岩溶越岭隧道涌水模式分析

4．1．1 形成机制分析

4．1．2 隧道涌水历程受控因素剖析

4．2 西南岩溶越岭隧道典型涌水地质模式

4．3 本章小结

第5章 西南在建岩溶越岭隧道涌水曲线论证分析

5．1 基于涌水地质模式定性分析

5．1．1 隧址区基本情况

5．1．2 隧址区地质模式识别及涌水曲线预测

5．2 基于数值模拟预测分析

5．2．1 模型概化

5．2．2 隧址区天然渗流场模拟

5．2．3 歇马隧道已建段涌水曲线预测分析

5．3 基于监测数据综合分析预测结果

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间获取的学术成果