万开高速公路铁峰山2号隧道涌水预测与评价研究

论文摘要

铁峰山2号隧道是万开高速公路的重要控制性工程,位于重庆市万州区境内,横穿铁峰山山脉,隧道长约6km,最大埋深约750m,隧址区主要地质构造为铁峰山背斜,该隧道是第一座横穿铁峰山背斜的深埋特长隧道。背斜轴部为碳酸盐岩,两翼被碎屑岩夹持,具有背斜紧凑、封闭储水构造特点。隧址区工程地质水文地质条件十分复杂,最主要工程地质问题为隧道岩溶涌水危害。本文通过大量的地面地质调查和钻探、工程物探、水文试验等工程手段,揭示了隧址区岩溶发育规律及控制因素、地下水的发育特征及规律。隧址区岩溶发育的控制因素主要有：地质构造、岩溶水的水动力模式、碳酸盐岩可溶性、地形、地貌和边界条件,等。隧址区岩溶发育的规律主要有：呈层性、顺层性、不均匀性、向深性和垂向分带性,等。隧址区地下水类型主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水,对隧道影响最大的是岩溶水,岩溶水具有“灌入式补给,畅通径流,集中排泄”的特点。岩溶水动力垂向上可分为：表层岩溶带、包气带、季节交替带、浅饱水带、压力饱水带和深部缓流带；岩溶水动力水平上可分为：补给区、补给径流区、排泄区。隧址区岩溶水系统分为浅部岩溶系统和深部岩溶系统,浅部岩溶系统在隧址区分为背斜南东翼、背斜轴部及背斜北西翼岩溶水系统。根据隧址区地下水的系统特征,采用隧道涌水专家评判系统对隧道涌水进行定性预测,判别该隧道在岩溶区可能产生大型涌水,采用地下水径流模数法、大气降水渗入量法和地下水动力法预测了隧道涌水量,预测结果分别为17537m3/d、18837m3/d、19023m3/d,并采用地下水动力学法对隧道左右线分段进行涌水量预测。根据隧址区水文地质特征、岩溶发育规律、构造条件、岩性特征、地形地貌等因素及涌水量计算结果,综合分析预测了隧道各段集中涌水位置和涌水方式并与隧道水文长观资料进行了对比,采用传统方法进行隧道涌水预测其准确率较低,主要由于岩溶地区特殊性和该背斜具有封闭储水构造特点,隧道涌水的影响因素较多。隧道涌水主要集中在岩溶区且以大股状涌水为主,背斜南东翼预测涌水量大于背斜北西翼预测涌水量,背斜南东翼隧道岩溶水多以集中涌水方式排泄,背斜北西翼隧道岩溶水多以分散滴状、线状和小股状排泄,隧道施工集中涌水部位多位于不同岩性接触部位,表明了隧址区岩溶发育的不均匀性和隧址区岩溶水具有明显的系统性特征。预测和评价了隧道涌水对工程、环境造成地表水漏失等影响和危害。根据隧址区的工程水文地质条件,提出了隧道涌水以“堵”为主的预防措施。评价了隧道贯通对隧址区水文环境的影响。提出了隧道集中涌水段以堵为主、超前堵水、辅以限量疏排的处理措施和建议,建议该隧道限制排放水的标准为3m3/m·d。由于隧道采取了限制排放地下水及对围岩进行衬砌,较好地恢复了地下水系统,既保证了工程建设,又合理地恢复了生态环境,有效遏制了水资源的枯竭。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.1.1 选题依据
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 隧道涌水预测问题研究现状
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 第2章 区域概况
• 2.1 自然地理和气象水文
• 2.2 区域地质
• 2.2.1 区域地层岩性
• 2.2.2 区域地质构造
• 2.2.3 地震
• 第3章 隧址区工程地质条件
• 3.1 地形地貌
• 3.2 地层岩性
• 3.2.1 三叠系（T）
• 3.2.2 侏罗系（J）
• 3.2.3 第四系（Q）
• 3.3 地质构造
• 第4章 隧址区岩溶发育特征
• 4.1 岩溶发育形态及特征
• 4.2 岩溶发育规律
• 4.2.1 岩溶发育的呈层性
• 4.2.2 岩溶发育的顺层性
• 4.2.3 岩溶发育的不均匀性
• 4.2.4 岩溶发育的向深性
• 4.2.5 岩溶发育的垂向分带性
• 4.3 岩溶发育的控制因素
• 4.3.1 地质构造对岩溶发育的控制
• 4.3.2 水动力模式是岩溶发育的主控因素
• 4.3.3 可溶性碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础
• 4.3.4 地形、地貌影响岩溶分异的方向与程度
• 4.3.5 边界条件控制岩溶发育范围
• 第5章 隧址区水文地质特征
• 5.1 岩组含水、富水性划分
• 5.1.1 隔水层（或相对隔水层）
• 5.1.2 堆积物孔隙含水岩组
• 5.1.3 基岩孔隙裂隙含水岩组
• 5.1.4 岩溶含水岩组
• 5.2 岩溶水的分带性
• 5.2.1 岩溶水动力垂向分带
• 5.2.2 岩溶水动力水平分带
• 5.3 地下水补给、径流、排泄条件
• 5.3.1 补给条件
• 5.3.2 径流、排泄条件
• 5.4 地下水动态
• 5.5 地下水质类型及侵蚀性
• 5.6 岩溶地下水系统特征
• 5.6.1 岩溶水的系统性、研究意义及研究方法
• 5.6.2 浅部岩溶水系统
• 5.6.3 深部岩溶水系统
• 第6章 涌水量预测方法的选择及涌水量计算
• 6.1 涌水预测方法的选择
• 6.2 隧道涌水专家评判系统
• 6.3 涌水量计算
• 6.3.1 大气降水渗入量法
• 6.3.2 地下水径流模数法
• 6.3.3 地下水动力学法
• 6.4 隧道涌水量预测与评价
• 6.5 隧道各段涌水位置及涌水方式预测与评价
• 6.6 隧道涌水对工程、环境的影响预测与评价
• 6.6.1 岩溶水的危害预测与评价
• 6.6.2 碎屑岩裂隙水的危害预测
• 6.7 隧道涌水的预防措施
• 6.8 隧道贯通后的水文环境影响评价
• 6.9 处理措施及建议
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 参考文献标注示例