穿越复杂岩溶环境的特长隧洞涌突水危险性评价——以滇中引水工程小扑隧洞为例

在复杂岩溶区,涌突水危险性评价是保障隧洞施工安全的重要工作内容之一。以滇中引水工程玉溪红河段小扑隧洞为例,在分析隧洞地质与水文地质条件的基础上,综合考虑岩石的可溶性、地质构造因素、地表汇水条件、地下水化学特征、隧洞埋深与地下水位的关系5个控制性因素,采用岩溶隧洞涌突水危险性评价系统对隧洞的涌突水危险性进行了预测与验证。结果表明:小扑隧洞北段位于鲁纳寺—牛恋村岩溶子系统的径流区。在丰水期,隧洞岩溶涌突水中危险区、高危险区、极高危险区的长度占比分别为15.8%,55.4%,28.8%。小扑隧洞南段位于西河和祭天山—黄营岩溶子系统的补给、径流区。在丰水期,隧洞涌突水中危险区、高危险区、极高危险区的长度占比分别为7.4%,52.7%,39.9%。施工阶段,小扑隧洞北段主洞揭露暗河管道,发生涌突水事故,2#支洞发生突水涌沙事故,与对应的涌突水高-极高危险性结果吻合。涌突水危险性评价结果有效地支撑了隧洞的涌突水灾害防治与安全施工。

药王谷隧道降雨诱发涌突水灾害成因机理分析

九(九寨沟)绵(绵阳)高速公路药王谷隧道于2022年4月、7月和8月,在强降雨后隧道内多次发生瞬时性涌突水灾害,淹没了大部分施工掌子面,严重影响隧道的施工,危及隧道结构安全。采用水文地质调查法和水化学分析法对涌突水水源进行判断,分析研究了涌突水成因机理。结果表明:(1)降雨是涌突水的主要补给来源,隧道内涌突水与降雨具有线性响应关系,同时具有明显的滞后性;(2)药王谷隧道施工揭露的岩溶水系统是典型的溶隙-溶管集排式,水化学关系表明,隧道内的涌突水与地表水之间的水力联系密切;(3)受隧道施工的影响,导致原有溶洞的径流通道发生改变,使得溶隙或暗河管道贯通性增强,以及岩溶地下水系统与地表水的水力联系更加紧密,发生季节性涌突水灾害的风险大大提高;(4)结合现场监测资料及试验资料,对降雨入渗系数进行了反演计算,预测了药王谷隧道的最大涌水量,为制定隧道防排水设计方案提供参考。

基于模糊层次分析法的涌突水预测研究

以米仓山隧道为工程背景,基于模糊层次分析法,结合研究区实际工程地质条件,选取地层岩性、地质构造、岩溶类型、地下水发育情况和隧道长度及埋深5个基本评价指标对米仓山隧道涌突水进行预测。结果显示:米仓山隧道K41+283(ZK41+260)—K43+760(ZK43+760)段涌突水灾害危险度高,评级为Ⅳ,单点最大涌水量10^(3) m^(3)/h~10^(4) m^(3)/h,预测结果与实际情况相符。

复杂岩溶隧道涌突水灾害影响及防治方案研究

复杂岩溶地区特殊的地质构造,使得隧道工程的施工建设面临着极大的困难,施工期间容易发生涌突水灾害,这类灾害会影响施工进度与施工安全,造成经济损失甚至人员伤亡。因此必须对复杂岩溶隧道涌突水灾害影响进行分析评估。本文结合我国西南某岩溶区隧道工程项目,运用云模型理论,建立岩溶隧道涌突水风险评价模型,依托模型对涌突水风险等级与影响进行分析评估,并基于评估结果制定复杂岩溶隧道涌突水灾害防治方案。

重庆中梁山隧道群涌突水时空特征分析

山城重庆隧道工程密布,在隔档式构造地质条件下隧道涌突水问题较为突出,其中,中梁山长江-嘉陵江之间尤为典型。根据1970~2020年50 a间17条隧道的涌突水量以及降雨量资料,结合区域水文地质条件,采用统计分析、地质条件分析等方法,分析了研究区涌突水的时间与空间特征。结果表明:隧道涌水量与降雨量相关性较好,地下水系统以降雨为主要补给,而早期隧道涌水对降雨的响应更为显著,反映出大规模隧道建设后区域地下水位整体下降;不同位置的隧道涌水量差异反映了可溶岩地层为该区域隧道涌突水的主要地层,且陡倾的西翼涌水量大于东翼,沿观音峡背斜轴线的纵向褶皱显著控制了地下水流方向。研究成果可为类似地质条件下的隧道工程建设与涌突水灾害防治提供参考。

基于变权重−云模型的岩溶隧道涌突水灾害风险评估——以中梁山隧道为例

针对岩溶隧道涌突水的致险因素的不确定性、复杂性和隧道涌突水风险评价的主观性,以成渝中线中梁山岩溶隧道工程为背景,建立基于正态云模型的隧道涌突水风险评价方法。通过选取地层岩性、地质构造、地表汇水条件、隧道空间位置、地下水循环交替条件作为风险影响因素,构建涌突水风险评估体系;基于正态云模型确定的各影响因子数字特征及变权向量计算综合隶属度,最终判定岩溶隧道涌突水灾害风险等级。结果表明:成渝中线中梁山隧道涌突水灾害为“Ⅱ级”与“Ⅴ级”之间,涌突水灾害发生可能性大且危害高,与实际开挖结果一致。文章构建的岩溶隧道涌突水灾害风险评估方法,实现了多元决策下的隧道涌突水灾害风险分级客观性,适合岩溶隧道的风险评估,为日后隧道质量控制和寿命评估提供参考。

某艰险山区铁路隧道岩溶发育特征及涌突水危险性评价

某艰险山区铁路隧道是重要的控制工程,区域构造运动活跃、工程地质环境极为复杂,需穿越上三叠统波里拉组灰岩条带,岩溶突涌水问题突出。为了准确评价隧道涌突水的危险性,通过地质调绘、深孔钻探等手段,对隧道水文地质特征进行精细的调查和深入的分析,探明隧道岩溶发育特征及范围,将隧址区地下水径流系统分为局部表层、浅层和区域深层径流系统,并遵循多元、多层次的分析评价思路,选取不同评价指标,构建非可溶岩段和可溶岩段隧道涌突水危险性评价体系。评价结果显示,隧道涌突水问题总体以较低危险性为主,高和极高危险段仅约占隧道总长的4%和1%,主要受控于波里拉组灰岩条带和额艾顿断裂带。

隧道涌突水危险性分级评价及防治措施

山岭隧道施工时经常遭遇岩溶地质不良的问题,特别是岩溶涌突水问题。富于变化的岩溶地质结构、数量众多的地下暗河、大量的降雨,给岩溶隧道涌突水的预防工作带来诸多难题,在修建隧道时常常造成重大经济损失,乃至威胁施工人员生命安全。基于此,结合实际案例,首先分析隧道区地质环境条件,其次对隧道涌突水危险性进行分级评价,最后提出相应的防治措施,希望能为相关工作人员提供一定的参考。

龙马山向斜岩溶水文地质特征及隧洞工程涌突水分析

滇中引水工程玉溪段小扑隧洞穿越龙马山向斜东侧可溶岩分布区域,在施工过程中发生涌突水灾害的可能性较大。通过对工程区的地层岩性、地质构造和水文地质条件进行分析研究,结果表明:(1)龙马山向斜区域内管道岩溶水和构造岩溶水相互混杂,构成了复杂的岩溶水系统;(2)研究区内二叠系阳新组(P1y)岩溶发育程度最高,富水性最强;(3)隧址区主要划分为3个Ⅲ级岩溶水系统;(4)小扑隧洞在穿越轿顶山-大垴坡岩溶水系统时,发生涌突水事故的可能性较大。

武汉两湖隧道东湖岩溶段岩溶水文地质条件及涌突水风险分析

随着施工精度要求的增加,隧道建设中的地质环境问题需要更为精准地提前预判与防控。在武汉两湖隧道的东湖岩溶段中,钻孔遇洞率达到67.29%,水动力条件强,岩溶较为发育,存在产生隧道涌突水问题的风险,因此迫切需要在隧道开挖前进行相应的预判性研究。在研究区现场调查及查阅相关勘察资料基础上,采用层次分析法结合Pearson相关性分析法选取评价因子,对隧道掘进过程中涌突水风险等级进行了分区研究,并基于流固耦合理论,利用FLAC3D完成了不同工况条件下隧道涌突水相对高风险区段的进一步定量化研究。结果表明:在约1000 m的隧道岩溶段,涌突水中风险区面积占比为7%、低风险区面积占比为93%,中风险区主要集中于隧道北部二叠系栖霞组、茅口组地层;模拟得到的隧道最大涌水量为329.05 m^(3)/h,出现于隧道下方穿过泥岩破碎带与灰岩地层相接区段,该区段隧道涌水量对施工的影响较小;而在隧道穿越溶洞及泥岩破碎带工况下,隧道涌水量则出现先逐步减少、开挖至临近泥岩破碎带附近后逐渐增加的现象。可见,在岩溶区湖底隧道涌突水风险评价研究中,水文地质条件的准确判断是必要前提,在此基础上将半定性半定量的隧道涌突水风险分区评估与针对高风险区段的流固耦合数值模拟相结合,则可以较好地获取隧道涌突水的高风险区段及涌水量参考值,进而为隧道的安全施工与运营提供可靠的科学依据。

圆梁山毛坝向斜段隧道涌突水灾害及对地下水的影响

深埋隧道涌突水对工程施工及区域环境都有很重要的影响 ,笔者通过圆梁山隧道毛坝向斜段涌突水监测数据 ,结合地表降水资料 ,分析了影响隧道排水量、隧道支护稳定性的主要自然因素及排水工程 ,对地表水环境产生的影响。监测和分析认为 ,隧道揭露的含水溶洞突水对当地水环境影响最大 ,也是地表降水对隧道支护产生影响的主要通道。

岩溶隧道涌突水原因分析及治理技术探讨

对岩溶发育特征与涌突水的关系作了深入介绍并给出了判断标准,提出岩溶涌水与气温、降雨量和降雨强度、施工引起的应力分布等因素有关,通过数值模拟和理论分析阐述了岩溶突水的止水岩柱受拉破坏、裂隙剪切破坏、裂隙水力扩张、块体失稳破坏等突水机理,并对突水压力和突水量的估算和岩溶治理技术做了介绍。

吉莲高速公路钟家山隧道涌突水条件分析

钟家山隧道是吉莲高速重要的控制性工程之一,在施工期间多次发生突水突泥事故,并在山顶处形成塌陷坑。为查明涌突水来源及途径,综合利用了水文地质调查、水化学分析法、以荧光剂为示踪剂进行的地下水示踪实验等多种方法。水化学分析结果表明:隧道涌突水水化学类型为HCO3—Ca型水,主要来自于泥盆系砂页岩构造裂隙水,其次为与构造破碎带沟通的风化裂隙水、地表溪沟水,而与周边梓门桥段岩溶水无关。示踪实验结果表明:F5断层是阻水的,其南部的地下水不构成涌突水水源;与隧道大角度相交的F2、F3断层是主要的涌突水途径。

街子坡向斜岩溶水系统及隧道涌突水危险性研究

研究目的:大瑞铁路大柱山隧道横穿街子坡复式向斜富水构造,分为街子坡向斜和搬家寨两个水文地质单元,褶皱和断裂构造复杂,岩溶水活动活跃,存在较大的岩溶隧道施工工程风险。通过街子坡复式向斜岩溶水系统及隧道涌突水危险性研究,有效预测评价岩溶隧道的涌突水危害,以期能对工程的顺利实施和安全有所裨益,对类似岩溶富水构造涌突水危险性分析具有一定的借鉴意义。研究结论:通过隧道涌突水危险性评价体系研究表明,大柱山街子坡复式向斜涌突水危险等级主要集中在高危险区、中危险区,隧道发生涌突水风险大,属施工涌突水风险大的储水构造。

基于不同渗流方程的岩溶隧道涌突水过程模拟

岩溶隧道开挖过程中突水发生机制复杂,本文以Darcy定律、Brinkman方程及Navier-Stokes(N-S)等渗流方程为基础,应用多场耦合数值分析工具,在计算模型中耦合Darcy流、Brinkman和N-S等不同的渗流控制方程,将深部含水层、隧道开挖破碎带和隧道临空面整个突水水流路径相连接,实现突水流动的全过程模拟。明月山隧道突水算例表明,在开挖扰动作用下,地下水沿节理裂隙流动导致隧道突水;单一裂隙水流速和水压较大,而多管道溶隙具有分流分压作用;隧道与断层呈小角度相交时流速较小,断层能起到截水的作用,而呈大角度相交时,断层不仅有导水的作用,更加剧了突水的流通。

季节变动带内岩溶隧道涌突水危险性评价

季节变动带内岩溶隧道,枯水季节隧道涌水主要由含水层中的静储量以及地下暗河的枯期动储量构成,丰水季节由静储量及洪水期地下暗河动储量构成。由于降雨通过地表的洼地、落水洞迅速补给地下暗河,涌突水的剧增将对隧道施工带来极大的危害。因此,季节变动带内岩溶隧道涌突水危险性评价尤显重要。本文以滇东高原某岩溶隧道K5＋850-K10＋800段为例,根据段内枯水期稳定涌水量和雨季最大涌水量预测结果和岩石的可溶性（K1）、地质构造因素（K2）、地表汇水条件（K3）、地下水化学特征（K4）、隧洞埋深与地下水位的关系（K5）,分别进行了涌突水危险性评价。最后以段内地面暴雨前后实际涌水量变化验证涌突水危险性评价结果。

岩溶隧道涌突水灾害危险性评价指标体系及量化取值方法

深入分析了岩溶隧道施工过程中涌突水灾害的超前预测预报及风险评价体系的研究现状,提出了国内外关于岩溶隧道涌突水灾害的超前预测预报尚处于探索性研究阶段、如何提高预测预报的精度成为长大深埋隧道施工中涌突水灾害防治最为迫切、最为关键的问题。采用理论分析与实例统计相结合的方法,查明了岩溶隧道涌突水灾害的孕灾环境与主要致灾因子,选取"岩石可溶性、地质构造条件、地表汇水强度、地下水循环交替强度、隧道与地下水位的相对位置关系"5个评价因子,建立了岩溶隧道涌突水灾害危险性预测评价指标体系,并采用定性与定量化相结合的方法,重点对评价指标的量化取值方法进行了研究。

深埋长大公路隧道高地应力岩爆和岩溶涌突水问题及对策

对二郎山和华蓥山隧道在建设过程中的高地应力岩爆与岩溶涌突水问题进行了研究。概述了二郎山隧道地应力场、岩爆及围岩变形的监测预报,并对华蓥山隧道岩溶涌突水的特征、原因及对隧道的影响进行了研究;提出了岩爆和涌突水的防治措施,并予以实施。

通海隧道施工涌突水灾害与环境影响研究

通海隧道是中国云南国际铁路通道昆明-河口线上的主要工程,也是云南省在建的最长隧道。隧道全长10 302 m,全隧道为单面坡,最大坡度为20.4‰。该隧道在通海县境邻近杞麓湖,作为通海县重要的水资源,杞麓湖具有工农业用水、调蓄、防洪、航运、旅游、水产养殖等功能,是通海县社会经济发展的主体。隧道施工以来,在进出口的数个出水点涌出大量的地下水,由于工程区为生态敏感的岩溶地区,因此亟需查明隧道涌水与周边杞麓湖等水体的水力联系。通过对隧址区岩溶水文地质条件的研究,在充分了解区域构造环境、褶皱与断裂特征、掌握地下水含水岩组及其富水特性、地下水补径排特征的基础上,划分出隧址区的水文地质单元,结合隧道施工涌水状况以及已开挖段所揭示的地质条件等,利用地质原形研究和同位素分析等方法重点分析隧道涌水来源及其与杞麓湖的水力联系,明确隧道工程对周边地区水环境的影响。

岩溶隧道涌突水灾害发生机理与工程防治

研究目的:针对国内岩溶区长大隧道施工过程中频繁遭遇的涌突水灾害对工程造成重大损失和人员伤亡的现状,在调研国内外隧道涌突水灾害发生现状的基础上,利用薄板理论、剪切破坏理论对隧道涌突水灾害发生机理和过程特征进行了研究,旨在得到涌突水灾害的形成和发生条件、预防措施以及岩溶地段隧道的施工原则。研究结论:涌突水灾害的形成和发生,必须具备四个基本条件;由于隧道开挖引起围岩应力场变化和溶洞内水压作用,隔水岩板发生松弛,易导致灾害发生;岩溶地段隧道施工要遵循下述原则:排水降压、超前支护,以堵为主,堵排结合,浑水要堵,清水要排。