基于滇中典型紧窄单斜岩溶水系统特征的隧洞涌水条件分析

中国西南地区分布着大面积的碳酸盐岩,地层和构造的空间组合结构差异形成了多种复杂而各具特色的岩溶水系统。当隧洞穿越岩溶水系统时,涌水问题表现各异,涌水条件难以识别,这一直是隧洞工程建设面临的重要挑战。滇中引水工程小扑隧洞隧址区发育线状延伸、紧密互层的可溶与非可溶岩地层,构成典型的紧窄单斜岩溶水系统。文章细致梳理研究区岩溶水系统特征的控制性因素,结合地下水监测信息和水化学特征识别小扑隧洞的涌水条件。结果表明:紧窄单斜构造影响了岩溶发育的空间格局和地下水的径流及转换方式,控制着含水层介质发育和地下水补径排分布的特征,进而可将研究区细分为4个特征各异的小尺度岩溶水系统。小扑隧洞不同段穿越的岩溶水系统特征差异较大,隧洞涌水经历的水文地球化学作用过程不尽相同,综合认为隧洞1#洞段涌水来源于暗河管道,2#洞段涌水为揭露岩溶裂隙所致,补给高程分别为2165.4 m和2234.69 m,并初步确定各自的充水水源补给范围。研究结果可为后续隧洞防排水工程方案设计以及突涌水灾害防治提供依据。

隧洞突涌水指示西南岩溶大泉成因关系及水环境效应分析

滇中引水工程昆呈隧洞横穿昆明市呈贡区主要的水源地——黑龙潭、白龙潭地区,隧洞涌水可能严重威胁城市供水安全。综合隧洞施工水文动态数据和水化学数据,分析岩溶水系统特征和隧洞施工的影响,论证两泉的成因关系;构建了昆呈隧洞黑龙潭—白龙潭段三维地下水流模型,经模型识别验证后,开展隧洞施工条件岩溶水系统的流场和泉流量变化的模拟预测,分析评价其水环境效应。研究表明:黑龙潭与白龙潭分别属于相对独立的2套岩溶水系统,补给区均为P_(1)q+m组强岩溶含水层,但在三家村洼地下游,两泉分别受P_(1)d组隔水地层和浑水塘断层的控制而形成稳定的岩溶通道;昆呈隧洞掘进改变了区域地下水流场,并袭夺白龙潭泉流量使其断流,且泉流量恢复困难;但隧洞掘进对黑龙潭影响较小。本研究对岩溶泉的成因关系进行探讨,并定量分析隧道掘进的水环境影响,对防止岩溶地区隧道建设中的突涌水等问题具有参考借鉴意义。

西南岩溶区深埋隧洞涌水条件分析及涌水量预测——以滇中引水工程大坡子隧洞为例

隧洞涌水预测是隧洞安全施工的重要保证,而分析涌水条件、识别涌水来源是涌水量预测的前提。本文以滇中引水工程大坡子隧洞为研究对象,通过分析研究区地层岩性、地质构造,结合地下水水化学特征、同位素结果,厘清了研究区地下水的水文地质条件,确定了隧洞涌水补给来源;在此基础上,利用解析法和数值法对隧洞最大单位涌水量和正常单位涌水量进行计算,并将预测涌水量与实测涌水量进行了对比。其中,基于FEFLOW构建的地下水流数值模型,耦合模拟区域宏观流场的同时,采用多时间序列与各类内边界综合赋值的方法刻画动态施工过程。结果表明:解析法可以在工程初勘设计阶段高效计算隧洞涌水量,但不能动态预测隧洞涌水变化且在地下水位较高区段预测精确度不如数值法;数值法能够精细刻画含水系统结构、参数分布以及隧洞施工工况,能较精确预报施工涌水量变化;故采用解析-数值方法可以显著提高涌水量预测效率和精度。本文采用的方法和模型对于大风险隧洞突涌水灾害防控具有重要意义。