滇东高原岩溶隧道涌突水灾害风险评价研究

摘要

滇东高原碳酸盐岩地层分布广泛,从震旦系至二叠系均有出露,具有岩性纯、出露面积大、岩溶水资源丰富等特点。受特殊地质构造、复杂应力场和渗流场的共同影响,隧道在穿越该区时,常常遭遇较大涌突水、突泥等灾害。随着滇东交通建设和水利建设由山间盆地逐渐向山岭区过渡,越来越多的隧道工程都面临着这样的严峻挑战。因此,总结积累已有工程的实践经验,探讨涌突水灾害的形成机理和演化规律,建立适宜于滇东高原区的岩溶隧道涌突水灾害危险性评价系统(THKDG),对保障隧道安全施工及正常运营具有重要的指导意义。
　　论文以滇东高原震旦系～二叠系地层岩溶水赋存、运移规律研究为基础,结合牛栏江-滇池引水工程大公山隧洞和大五山隧洞施工期涌突水灾害形成特征,综合选取评价指标,建立相应的评价体系。并利用大公山隧道和玉蒙铁路通海隧道进行可靠性验证,得到如下认识:
　　(1)滇东高原位于金沙江、南盘江、元江流域分水岭地带,地形切割较浅,地理环境差异较大;西侧楚雄、禄丰、易门等“红色盆地”以东可溶岩大面积分布,从前震旦系至二叠系均有出露,岩溶发育强烈,大泉、暗河分布广泛,富水性强;区域位于扬子地台西缘滇东台褶束构造单元中,主要发育北东向、近东西向和南北向构造体系,并伴有多种方式复合,地质条件十分复杂。
　　(2)通过对大公山隧洞和大五山隧洞各涌水点形成特征分析,总结岩溶隧道涌突水灾害形成控制性因素,主要包括岩性、构造、地貌和隧道与地下水位的相对位置关系四类。
　　(3)基于西南山区THK评价系统选取的指标,并结合大公山、大五山隧洞涌水特征分析,确定了岩石的可溶性(K1)、地质构造(K2)、地表环境特征(K3)和隧洞埋深(K4)四个一级评价指标。选取了岩石成分(K11)、岩石结构(K12)、岩体结构(K21)、地层倾角(K22)、降雨入渗系数(K31)、地形坡度(K32)作为二级评价指标。
　　(4)对选取的评价指标进行量化取值,建立评价指标体系。利用层次分析法确定各指标权重分配,并采用数学方法建立涌突水灾害危险性评价模型:THKDG=5(0.45*K1+0.08*K2+0.15*K3+0.32*K4。综合评价指标体系和数学评价模型,建立滇东高原岩溶隧道涌突水灾害危险性评价体系,并提出隧道涌突水灾害防治措施建议。
　　(5)结合滇东高原大公山隧道和通海隧道,利用西南山区THK评价系统和本文新建滇东高原THKDG评价系统分别进行评价,并与实际涌水情况作对比。结果显示THKDG评价系统可靠程度更高,其评价等级和实际涌水等级相差在一个级别范围以内,吻合程度较THK系统更好。

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 滇东高原碳酸盐岩岩石学特征

1．2．2 滇东高原碳酸盐岩岩溶发育规律

1．2．3 岩溶隧道涌突水灾害风险评价

1．2．4 存在不足及展望

1．3 研究内容及路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 区域地质背景条件

2．1 气象水文

2．1．1 气象条件

2．1．2 水文条件

2．2 地形地貌

2．2．1 滇东高原演化历程

2．2．2 滇东高原地貌特征

2．3 地层岩性

2．4 地质构造

2．4．1 构造单元划分

2．4．2 主要的构造行迹

第3章 滇东高原碳酸盐岩岩溶水赋存运移规律

3．1 概述

3．2 区域地层分布特征

3．2．1 区域碳酸盐岩分布特征

3．2．2 区域非碳酸盐岩分布特征

3．3 区域岩溶发育规律

3．3．1 岩溶层组类型划分

3．3．2 岩溶发育形态

3．3．3 岩溶发育规律

3．4 含水岩组划分及富水性

3．5 岩溶水动力循环特征

3．5．1 断隆溶蚀高原台地岭坡型

3．5．2 低缓溶蚀谷坡型

3．5．3 夹层条带岭谷型

3．5．4 条带溶蚀岭谷型

3．5．5 断拗(陷)溶蚀盆地型

3．5．6 山间溶蚀谷盆型

3．5．7 断裂带型

第4章 隧道工程与岩溶地下水环境的相互作用

4．1 概述

4．2 隧道涌突水灾害分析

4．2．1 大公山隧洞涌突水分析

4．2．2 大五山隧道涌突水分析

4．2．3 小结

4．3 突水灾害引发的环境负效应分析

4．3．1 大公山隧洞施工期环境负效应

4．3．2 大五山隧洞施工期环境负效应

4．4 涌突水灾害的控制因素分析

4．4．1 岩性因素

4．4．2 构造因素

4．4．3 地貌因素

4．4．4 隧道与地下水位的位置关系

第5章 构建滇东高原岩溶隧道涌突水灾害危险性评价系统

5．1 概述

5．2 评价指标体系建立

5．2．1 评价指标的选取

5．2．2 评价指标量化取值及分级

5．3 评价模型建立方法

5．3．1 数学模型方法

5．3．2 AHP层次分析法

5．4 涌突水灾害危险性评价系统建立

5．4．1 指标权重确定

5．4．2 评价体系建立

5．5 涌突水灾害防治措施建议

第6章 评价系统可靠性验证

6．1 大公山隧道涌突水灾害危险性评价

6．1．1 THK系统评价结果

6．1．2 THKDG系统评价结果

6．2 通海隧道涌突水灾害危险性评价

6．2．1 隧道概况

6．2．2 THK系统评价结果

6．2．3 THKDG系统评价结果

6．3 综合分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果