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原文传递复杂水文地质条件下德江隧道突水防灾顶板安全距离研究

论文题名：	复杂水文地质条件下德江隧道突水防灾顶板安全距离研究
关键词：	水文地质;隧道突水;防灾顶板;安全距离
摘要：	在贵州岩溶山区，岩溶地下水十分丰富，给隧道建设造成了诸多难题，主要表现为隧道涌突水。贵州省德江至务川高速公路由于地形等条件的限制须穿越石朝向斜富水地质构造，拟以德江隧道穿越（5.4km），为目前贵州省规划建设最长的公路隧道，因向斜构造储水作用和底部泥岩对地下水的阻隔作用德江隧道上方形成了规模巨大的地下暗河系统，水头高达210m，流量达3.8m3/s，涌突水问题是影响该特长隧道建设的关键水文地质问题。隧道上方含水层为二叠系茅口组厚层灰岩，岩溶极为发育，水力联系强，隧道顶板岩性为二叠系栖霞组灰岩夹泥岩，为弱透水地层，具有相对隔水能力，但围岩级别低。隧道顶板厚度预计为45m，不排除小于45m的可能，隧道开挖卸荷将导致部分裂隙扩张，渗透性增大，高水头地下水在裂隙中渗流可能导致裂隙进一步演化，甚至发生劈裂，当顶板厚度过薄时将导致突水，所以德江隧道突水防灾顶板安全距离是德江隧道安全建设的关键，具有重要的研究意义和价值。本文在对隧址区工程、水文地质条件评价的基础上，对隧道顶板性质进行了定性分析，借鉴“三下”采煤造成围岩的损伤和破坏而形成导水裂隙带导通地下水的研究思维，结合离散元裂隙网络流固耦合数值模拟对德江隧道突水防灾顶板安全距离进行研究，主要得到以下几点结论：　　1、通过地质剖面调绘、钻孔岩性及揭露岩溶情况得出德江隧道顶板岩性为灰岩夹钙质泥岩，非质地纯厚的灰岩，且位于深部缓流带以下，岩溶不发育，但围岩级别低，通过钻孔压水试验得出2.3MPa下顶板岩层单位透水率为3.14Lu，为弱透水层，具有一定的隔水能力，所以对德江隧道的威胁是来自于隧道开挖卸荷导致的局部岩体裂隙扩张和渗透性改变，在高水头作用下裂隙进一步演化，当弱透水顶板过薄时可能丧失隔水能力而导致突水。　　2、通过离散元数值模拟得出围岩强度、结构面强度、岩层产状和隧道埋深对隧道开挖卸荷形成导水裂隙具有不同程度的影响，德江隧道开挖卸荷形成的导水裂隙高度大于顶板厚度，将波及上覆高压含水层，隧道开挖将受到上覆高压岩溶地下水一定的影响，同时工程类比法也得出45m顶板厚度偏小，德江隧道存在一定的涌突水风险。　　3、通过不同顶板厚度下德江隧道开挖离散元流固耦合数值模拟得出，在210m高水头流固耦合作用下顶板为10m、15m和20m厚度时顶板都发生了垮塌，且水压力均大于1MPa，最大达到1.6MPa，最大瞬时流量均大于0.1m3/s，最大达到0.665m3/s，顶板基本丧失隔水能力，判定隧道发生了突水，当顶板厚度大于等于25m时在流固耦合作用下未能导致顶板垮塌，仅能导致顶板出现较大变形，随着顶板厚度的增大，变形量、涌突水压力和最大瞬时流量明显减小，顶板逐渐发挥相对隔水能力，所以德江隧道突水防灾顶板安全距离约为25m。　　4、德江隧道石朝向斜轴部预计顶板厚度为45m，流固耦合数值模拟得到不考虑初期支护条件下德江隧道拱顶变形值为0.137m，最大涌水压力为0.412MPa，最大瞬时流量为0.028m3/s；施加初期支护条件下拱顶变形值为0.072m，小于0.12m容许变形值，最大涌水压力值为0.25MPa，最大瞬时流量为0.022m3/s；不考虑耦合作用的地下水动力学方法计算得涌水压力为0.0268MPa，所以45m顶板厚度下开挖隧道，围岩变形值在可控范围内，围岩具备一定的隔水能力，隧道仅能袭夺部分水体，不会发生突水，但水压力值和流量值较大需要进行注浆加固，通过地下水动力学方法理论计算得德江隧道合理注浆加固圈参数达ng=50，tg≥6m后可以合理降低高水头地下水对德江隧道的威胁。
作者：	高杨
专业：	地质工程
导师：	何文勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	贵州大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文