基于解析法的岩溶隧道涌水量计算改进探析

摘要

西南地区交通的大规模建设，必将带来隧道工程的大量建设。受复杂的岩溶水文地质条件制约，隧道建设与运营中突水灾害频发。基于地下水动力学理论推导出的解析法是在均匀介质中计算隧道涌水量中应用最广泛的一种方法。如何将复杂岩溶介质概化，使之符合解析法的假设条件;并研究解析法如何更好的应用于岩溶隧道涌水量计算，根据岩溶介质特点对解析法进行改进，对于准确预测岩溶隧道涌水量具有重要意义。
　　论文基于岩溶介质特征，将复杂岩溶介质概化为均匀介质和非均匀介质。研究均匀介质中，解析法的理论基础以及经验要素;并根据非均匀介质特征，给出针对带状非均匀介质的解析法修正公式。根据大五山隧道涌水量监测资料，研究在均匀介质中如何正确确定解析法公式中的参数值;根据大公山隧道涌水量监测资料，确定针对带状非均匀介质解析法修正公式中的参数值。最终得到如下结论:
　　(1)岩溶介质通常按溶蚀空隙大小分为:裂隙-溶孔型、裂隙-溶洞型岩溶介质以及溶洞型或管道型岩溶介质。裂隙-溶孔型、裂隙-溶洞型岩溶介质主要表现为微观不均匀性或中等不均匀性，概化为均匀介质。溶洞型或管道型岩溶介质，主要表现为宏观不均匀性，甚至对于大型的地下河系统或区域性的大断裂，可表现为特大不均匀性，概化为非均匀介质。
　　(2)解析法的理论基础主要是地下水的稳定流运动。分别基于剖面平面流和平面辐射流的地下水运动状态，推导出的裘布依单宽流量理论公式以及稳定井流公式;解析法的经验值参数要素包括降深值S以及影响半径R值，两个参数的合理取值，关系到计算结果的准确性。
　　(3)隧道涌水量计算中的正常涌水量计算公式包括:落和敏郎公式、裘布依理论公式、科斯加可夫经验公式、铁路勘测规范经验公式。落和敏郎公式和裘布依计算结果最优且稳定，建议作为推荐值;铁路勘测规范经验公式计算结果次之，可作为参考值;科斯加可夫公式计算结果最差。
　　(4)隧道涌水量计算中的最大涌水量计算公式包括古德曼公式、大岛洋志公式、铁路勘测规范经验公式。大岛洋志公式计算最大涌水量方法最优。对于K值较小的均匀介质，当S=1/3H时，计算结果最优。
　　(5)对于带状非均匀介质提出椭圆状影响半径以及等效降深SD的概念，指出SD=nS，其中n值为椭圆状影响长轴半径b与短轴半径a的比值，并对均匀介质中的裘布依理论公式和落和敏郎公式进行修正。
　　(6)带状非均匀介质裘布依修正公式:QS=KL S2D/b-r;次级公式:SD=nS，b=na=4nS，并通过大公山隧道涌水量监测资料对n值进行修正，得出n值不易取值过大，在15～20之间比较适宜的结论。
　　(7)带状非均匀介质落和敏郎修正公式:QS=KL[S2D/b-r+πS/ln(4a/d)];次级公式:SD=nS，b=na=4nS，通过实践数据修正n值，得出n取值为12、14、16、时，计算值与实际值的吻合度较好。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩溶介质特征与岩溶水运移规律研究

1．2．2 复杂岩溶介质概化研究

1．2．3 隧道涌水量预测方法研究

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 西南岩溶介质特征及复杂岩溶介质概化

2．1 岩溶介质类型与特征

2．1．1 岩溶介质地下空间的形成及类型

2．1．2 岩溶介质特征

2．1．3 岩溶介质的控渗效应

2．2 岩溶水的特征

2．2．1 岩溶水的分布特征

2．2．2 岩溶水的强径流带

2．2．3 岩溶水的运动特征

2．2．4 岩溶水的补径排

2．2．5 岩溶水的动态

2．3 复杂岩溶介质概化原则

2．3．1 岩层结构不均匀性的概化理论基础

2．3．2 岩溶介质的概化

2．3．3 非均匀介质研究

第3章 岩溶隧道涌突水特征及解析法预测涌水量

3．1 岩溶隧道涌突水模式分析

3．1．1 裂隙型涌突水灾害特征

3．1．2 管道、溶腔型涌突水灾害特征

3．1．3 岩溶隧道常见涌水模式统计

3．2 隧道涌水量预测

3．2．1 突水水源体预测

3．2．2 突水通道预测

3．3 解析法隧道涌水量预测

3．3．1 均匀介质隧道涌水量计算方法研究

3．3．2 非均匀介质隧道涌水量计算方法研究

第4章 均匀介质隧洞涌水量预测—以大五山隧道为例

4．1 大五山隧洞支洞涌水概况

4．2 大五山隧洞支洞水文地质概况

4．2．1 隧道概况

4．2．2 岩溶含水介质特征

4．2．3 岩溶水的动态特征

4．2．4 岩溶发育的垂向特征

4．3 大五山隧洞复杂岩溶介质概化

4．4 大五山隧洞支洞涌水量计算

4．4．1 支洞隧道涌水量计算

4．4．2 经验公式对比分析

第5章 非均匀介质隧洞涌水量预测—以大公山隧道为例

5．1 大公山隧洞涌水情况

5．2 大公山隧洞支洞水文地质条件概况

5．2．1 隧道概况

5．2．2 岩溶介质特征

5．2．3 岩溶发育的垂向特征

5．3 大公山隧洞复杂岩溶介质概化

5．4 大公山隧道涌水量计算

5．4．1 大公山隧道涌水量计算相关因素的确定

5．4．2 大公山隧道涌水量计算

5．5 修正公式可靠性验证

5．5．1 大公山隧道实际影响半径

5．5．2 大公山隧道预测影响半径

结论

致谢

参考文献