水工引水隧洞施工对围岩渗流场影响研究

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随着我国水利事业的快速发展,水利工程的数量和规模都达到了前所未有的高峰,大量水工引水隧洞应运而生。但隧洞的修建不可避免要穿越富水地段,而富水地段的隧洞施工,极易发生突泥涌水等安全事故并破坏隧址区生态环境。本文以引大济湟工程为依托,首先通过统计隧洞突涌水案例,分析隧洞突涌水的内在规律,之后通过对比LSTM、Elman神经网络、线性回归等方法的预测涌水量与隧洞施工实际的涌水量,得到预测隧洞涌水量最优方法;然后通过FLAC 3D软件对水工引水隧洞施工过程进行流固耦合模拟,分析隧洞孔隙水压力、地下水流速、位移、初衬应力的变化规律,然后建模分析不同水位、埋深影响因素对隧洞开挖的影响;之后对注浆圈厚度、渗透系数进行优化分析,选出水工引水隧洞注浆圈合理参数;最后在前人研究基础上,遴选出隧洞建造对地下水对环境影响负效应的评价指标,建立出由3个一级指标和17个二级指标组成的综合性评价体系,并进行案例验证。得到的主要结果如下:(1)通过大量工程案例分析和资料整理总结得出突涌水事故更易在深埋、长隧道、特长隧道中发生,且易发生在断层、岩溶、可溶岩等地层。对比三种不同模型的预测结果与施工期间的涌水量,LSTM模型预测精度更高。(2)通过有限元模型计算得出地下水流速自隧洞拱顶向两侧逐渐增大,最大值位于掌子面墙脚处。在初期支护封闭成环后,较之前地下水流速急剧下降。在隧洞施工期间掌子面平均涌水量为7.78m~3/h。(3)计算结果表明隧洞位移、地下水流速、涌水量、应力值都随水位升高与埋深的增加逐渐增大,地下水位变化对隧洞位移影响为:拱顶沉降>右边墙收敛>左边墙收敛>垫层隆起。埋深对隧洞位移影响为:拱顶沉降>右边墙收敛>左边墙收敛>垫层隆起等。(4)隧洞洞室位移、涌水量、地下水流速、应力随注浆圈厚度增大而减小,随注浆圈渗透系数减小而减小,当注浆圈厚度大于3m或注浆圈渗透系数比小于1/40时,注浆圈的止水效果远小于之前降幅,隧洞位移、涌水量等多指标的变化趋于平稳。通过综合考虑分析,隧洞注浆圈厚度取3m,其渗透系数与围岩渗透系数比取1/40时较为合理。(5)建立水工隧洞建造对地下水环境影响负效应评价指标体系,应用层次分析法确定各指标的权重值,并采用未确知测度理论构建负效应评价模型对引大济湟西干渠32#隧洞段地下水环境负效应进行了评价,其评价结果与实际情况一致性较好。该评价指标体系可为类似工程的环境负效应评价工作提供一定的参考。
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