详情

原文传递岩溶蓄水构造区隧道涌突水量计算探析

论文题名：	岩溶蓄水构造区隧道涌突水量计算探析
关键词：	岩溶隧道;涌突水计算;灾害地质;蓄水构造;随机数学模拟;神经网络
摘要：	岩溶地区围岩介质以裂隙岩溶为主,具有强烈的非均质性和各项异性。岩溶地区修建隧道,施工和运营期的岩溶突水、突泥、翻浆冒泥、塌方等地下水灾害频频发生,有“十隧九漏”之说。如何提高隧道地下水富集程度及水量预测预报的精度,始终是隧道工程建设中的技术攻关难题。对隧道涌突水灾害预测的研究,一方面需对隧道涌突水量预测方法基本理论进行研究,另一方面需要结合孕育灾害的地质背景研究。由此得出每种方法的优缺点及对不同蓄水构造的适宜性。　　对隧道涌突水量预测方法的研究。目前提出的隧道涌水量预测方法很多,基于工程实践和文献查阅,归纳总结目前国内外隧道涌突水灾害预测的方法,总结为近似方法、理论计算方法、数值模拟方法、随机数学方法和非线性理论方法五大类。　　对孕育灾害的地质背景研究。划分地下水蓄水构造的标准很多,结合多年西南地区岩溶隧道的工程实例与相关文献,从含水结构的角度出发,考虑构造控制因素将岩溶区蓄水构造划分为三大类:单斜型、向斜型及背斜型岩溶蓄水构造。其次考虑岩性控制特征分别划分次级纯碳酸盐岩型和碳酸盐岩夹非可溶岩型。　　本文以渝怀铁路圆梁山隧道-毛坝向斜蓄水构造和邻垫公路明月山隧道-明月峡背斜蓄水构造为实例,分别利用地下水动力学法、水均衡法、visual modflow数值模拟法、层次分析-模糊数学随机数学方法以及神经网络5种方法来预测其隧道涌突水量。　　毛坝向斜隧道涌突水量计算。隧道最大涌水总量,降雨入渗系数法计算结果(2057859m3/d)远大于地下水动力学(285333m3/d)计算结果。隧道稳定涌水总量,以地下水动力学法计算结果最大(168819m3/d),其次降雨入渗系数法(118504m3/d),VM数值模拟法结果最小(106620m3/d)。各段涌突水量分析,计算水量较大段为岩溶含水层P2w+P2c和P1q+P1m段,非可溶岩段水量较小。和实际灾害对比,地下水动力学法较符合实际,降雨入渗系数法和VM数值模拟法总体趋势能反映各段涌突水灾害的相对危险程度,但计算的水量值降雨入渗系数法偏大,VM数值模拟法偏小。涌突水量的评判等级,层次分析-模糊综合评判和神经网络法评判结果基本一致。发生涌突水灾害的第8、9、11、12和14段,评判涌突水量等级均为第Ⅳ、Ⅴ级。没有发生涌突水灾害的段,评判等级均集中在Ⅰ-Ⅲ级,预测结果较满意。　　明月峡背斜隧道涌突水量计算。各方法反映的规律和毛坝向斜基本一致。隧道最大涌水总量,降雨入渗系数法计算结果(6332363m3/d)远大于地下水动力学(289873m3/d)计算结果。隧道稳定涌水总量,降雨入渗系数法计算结果最大(283632m3/d),其次地下水动力学法(137441m3/d),VM数值模拟法结果最小(12626m3/d)。各段涌突水量分析,计算涌突水水量主要集中在背斜核部的T2l+T1j可溶岩地层,两翼非可溶地层水量较小。和实际灾害对比,地下水动力学法相对较符合实际,降雨入渗系数法和VM数值模拟法总体趋势能反映各段涌突水灾害的相对危险程度,但计算的水量值降雨入渗系数法偏大,VM数值模拟法偏小。涌突水量的评判等级,层次分析法评价第5-12段均为Ⅳ级；而实际在第5和12段并没有发生涌突水灾害。神经网络预测第5和12段为Ⅲ级,其余为Ⅳ、Ⅴ级,所以神经网络预测结果较层次分析-模糊综合评判略优。　　岩溶隧道涌突水量计算方法适宜性分析。各类方法在两种实例蓄水构造中计算显示的规律差异不大。理论计算方法中,地下水动力学方法较降雨入渗系数法更适合于毛坝向斜和明月峡背斜蓄水构造,同时,降雨入渗系数法更适合于明月峡背斜蓄水构造,认为降雨入渗系数法适用于隧道通过潜水含水体或埋藏深度较浅的隧道,而地下水动力学法更适用于深埋深、高水头的隧道。数值模拟方法、层次分析-模糊综合评判法和神经网络方法对两种蓄水构造均适用,预测的精确度更重要地是取决于方法,以及方法中参数的选择。
作者：	罗敏
专业：	环境地质
导师：	许模
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文