达陕高速公路隧道涌突水机制及防治措施研究

论文摘要

随着国家西部大开发战略的提出和实施,隧道建设在交通运输体系中占据举足轻重的地位,隧道涌突水是隧道建设过程中最突出的地质灾害。在隧道建设中经常遇到突水、涌泥等地质灾害,严重影响施工安全,对隧道建设及运营也极为不利。本文以达陕高速公路隧道为研究对象,收集己发生涌突水灾害的典型案例,采用理论分析、数值模拟等手段,在隧道涌突水类型、机制及危险性评价方面做了较为系统的研究,并针对不同危险性级别的涌突水制定了相应防治措施。取得了以下主要成果：（1）基于大量突水资料的收集与分析,涌突水主要受地质构造、地层岩性、含水层的富水性、隔水岩墙的厚度和地下水压力等的影响。根据隧道涌突水水源和地质构造,可将隧道涌突水分为以下几种类型：揭穿地表或地下水体涌水、揭穿含水岩层涌水、断层破碎带涌水（富水断层涌水、导水断层涌水、隔水断层涌水）、岩溶管道涌水（溶腔溶洞涌水、地下暗河涌水）、背斜和向斜构造破碎带涌水和层间破碎带涌水。（2）根据常见的隧道涌突水特征,提出了隧道涌突水的几种机制：直涌型、裂隙水力劈裂型（纯劈型、洞壁应力劈裂型）、断裂活化型、隔水岩层强度不够破坏型（弯曲破坏、剪切破坏）、施工扰动后的裂隙扩展型、关键岩块的失稳型。（3）隧道大部分突水过程实质上是地下水随开挖变化由含水层的Darcy流演变为潜在突水通道中的Brinkman流,直至突水隧道中形成N-S流的灾变过程。数值模拟研究表明,对于不同倾角的断层突水,在定流量边界条件下,断层倾角对渗流速度有影响,且相交的角度越小,断层对流速减小作用越明显；断层与隧道走向相交角度越小,涌突水流速越大。（4）在多角度、多层次分析传统评价体系、评价方法、计算模型优、劣的基础上,选定两级模糊综合评判方法的基本数学模型作为隧道涌突水危险性评价模型。选取了地层岩性条件、地形地貌条件、地质构造条件、地下水条件和其他条件作为一级指标,每个一级评价指标由若干个二级指标构成,采用易语言开发了“隧道涌突水危险性评价系统”软件。（5）用数值模软件对泄水孔排水进行模拟,结果显示,掌子面外侧的泄水孔相对内侧泄水孔排水速度较快；在泄水孔面积相同的条件下,大孔的排水速度较快。因此,排水孔布置时,可将排水孔均匀的布置在掌子面的四周,可适当增加掌子面四周排水孔的直径。（6）根据不同的涌突水危险性级别,制定了相应的防治方案和灾后综合处治方案。灾后综合处治方案有：施工排水方案、排水孔+全断面超前注浆方案、排水孔+径向注浆方案、泄水洞+迂回导坑方案和止浆墙+全断面注浆方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 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 隧道涌突水类型
• 1.2.2 隧道涌突水机制及模式
• 1.2.3 隧道涌水量计算与评价方法
• 1.2.4 隧道涌突水防治措施
• 1.2.5 目前存在的问题
• 1.3 主要研究内容、技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 研究区工程地质及水文地质条件
• 2.1 大巴山隧道
• 2.1.1 工程地质条件概述
• 2.1.2 水文地质条件
• 2.2 狮子寨隧道
• 2.2.1 工程地质条件概述
• 2.2.2 水文地质条件
• 2.3 本章小结
• 第3章 隧道涌突水类型及形成机制研究
• 3.1 隧道涌突水影响因素及类型
• 3.1.1 涌突水影响因素
• 3.1.2 涌突水类型
• 3.2 隧道涌突水形成机制研究
• 3.2.1 研究区涌突水案例分析
• 3.2.2 其他工程涌突水案例分析
• 3.2.3 涌突水机制研究
• 3.3 断层涌突水演化规律研究
• 3.3.1 涌突水过程的物理及数学模型
• 3.3.2 隧道涌突水过程模拟及演化规律
• 3.4 本章小结
• 第4章 隧道涌水危险性评价
• 4.1 模糊层次综合评判原理
• 4.1.1 模糊综合评判
• 4.1.2 层次分析法
• 4.2 涌突水模糊层次综合评判模型
• 4.2.1 指标选取
• 4.2.2 权重确定
• 4.2.3 隶属函数的确定
• 4.3 隧道突水危险性评价系统编制
• 4.4 工程应用
• 4.4.1 模型验证
• 4.4.2 工程应用
• 4.5 本章小结
• 第5章 隧道涌突水防治研究
• 5.1 隧道涌突水超前地质预报
• 5.1.1 TSP探测地下水响应特征
• 5.1.2 地质雷达探测地下水响应特征
• 5.1.3 瞬变电磁探测地下水响应特征
• 5.1.4 适宜地下水探测的物探方法评价
• 5.1.5 超前钻孔探测地下水方法及评价
• 5.1.6 应用实例
• 5.2 隧道涌突水处治措施研究
• 5.2.1 涌水处治措施研究
• 5.2.2 排水治理措施数值模拟
• 5.3 隧道涌突水处治措施设计
• 5.3.1 隧道涌突水预防设计原则
• 5.3.2 隧道涌突水预防方案
• 5.3.3 灾后综合处治方案
• 5.3.4 应用案例
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 致谢
• 主要参考文献