三都隧道施工涌水量的动态预测研究

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近年来,随着我国经济建设的飞速发展,交通设施的不健全逐渐成为阻碍经济增长的重要因素之一,路网的完善须要修建大量的越岭隧道。然而,隧道施工可能引发涌突水灾害,小则延误工期,大则造成人员伤亡,这样的工程事故不胜枚举。若要减少甚至消除涌突水带来的损失就必须提前预报并做好防治措施,因此,及时准确地预测隧道开挖过程中某段时间内将遭遇的涌水量具有十分重要的意义。三都隧道是新建贵广铁路的关键性控制工程,隧道位于贵州省黔南州都匀市境内,总长为14665m,洞身穿越褶皱6个、断层13条。隧址区地质构造条件复杂,地层岩性繁多,包括多种可溶岩与非可溶岩层。本文从研究区水文地质条件着手,分析得出区内地下水类型、含水岩组特征及岩溶发育程度,并结合水化学试验,掌握地下水的补给、径流和排泄规律。根据现场调研时获取的资料,对施工涌水量监测数据进行了统计分析,掌握隧道施工组织动态情况。利用VisualModflow地下水三维数值模拟软件对施工过程中隧道的动态涌水量及隧址区地下水渗流场的动态变化过程进行了模拟和分析,得到主要如下结论:(1)研究区属溶蚀丘峰洼地、侵蚀构造台状中低山地貌,地下水补、径、排主要受地形地貌控制。地下水主要由大气降水补给,并通过地表沟谷与地下通道径流。补给区多为隧址区海拔较高地区,径流途径通畅、周期较短,水-岩作用较弱。研究区地下水系统分为两个,分别隶属洞庭湖水系-清水江流域与珠江水系-都柳江流域,天然条件下又可将该两系统分别细化为2个和3个次级单元。(2)隧址区地下水主要赋存于ol、O1t、O1h及O1d等可溶岩地层与断层破碎、裂隙密集带,地下水类型以岩溶水和基岩裂隙水为主。分布于可溶岩地层的褶曲及断层富水带,赋水条件良好,亦是地下水渗流的优势通道,隧道在开挖揭露该类地段时极易引发涌突水事故,应做好防治措施。(3)从整个研究区范围来看,地下水系统自始至终都有且只有两个,隧道施工改变了开挖段附近的局部渗流场,但并未颠覆研究区宏观的渗流规律,区域地下分水岭基本顺高山脊(大炉坡、罩子山、牛皮坡、排江坡、龙泉山)自西南向东北延伸,而清水江与都柳江支流则仍然分别作为西、东两面地下水系统的排泄基准面。在不考虑隧洞止水支护与辅助坑道开挖干扰的条件下,隧道两端等水位线逐渐由向外凸出转为向内凹进,并不断沿隧道线收敛。随着隧道的施工,区内地下水系统间的界线逐渐向西偏移,而系统内则衍生出了新的次级单元,同时出现了子单元间的界线不断朝南北两侧推移的规律。(4)运用Visual Modflow数值模拟软件对隧道开挖过程进行模拟,对施工过程中的动态涌水量及渗流场的动态变化过程进行了预测:渗流场方面,随着施工的推进,开挖所到之处等水头线密集出现于隧道高程附近,渗流场逐渐受到干扰,且影响范围不断随掘进方向逼近。水位逐渐下降到隧道线附近,但在数月后,由于止水支护的跟进,渗流场逐渐得到恢复。而已开挖段随时间的推移,渗流场形态无明显变化,地下水位基本平稳。涌水量方面,隧道主洞部分涌水量大致呈上升趋势,但进口部分两段均出现了明显陡增的现象,分析表明,该部分地段断裂构造与岩溶十分发育,是引发涌水量突增的根本原因。平导与横洞的涌水量相对主洞较稳定,基本随降水量的变化而波动,表明平导和横洞的涌水量主要受大气降水的控制,地下水渗流场相对稳定。隧道涌水总量在掘进过程中大致呈上升趋势,在进口段完工之后开始回落,预计在隧道竣工的一段时间后,隧道总涌水量变化规律将与辅助坑道相似,地下水位进入相对稳定的状态,主要受降水与蒸发的影响。
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