岩溶隧道涌水量预测系列论文岩溶隧道涌水量预测方法及适宜性分析

从岩溶地下水的赋存和运移特征出发,结合隧道工程地质勘察的特点,分析了岩溶隧道涌水量预测的研究现状以及目前常用隧道涌水量预测方法的特点及其适用条件,指出:基于达西公式的地下水动力学方法,包括解析法、数值法和部分经验公式法,不适合以岩溶管道和暗河为特征的隧道的涌水量预测;目前岩溶隧道涌水量预测应该以水均衡法为主,通过加强隧道区地下水动态监测,特别是暴雨过程地下水动态的监测,以进一步提高隧道涌水量的预测精度;此外,还应探索分析各种新理论、新方法在岩溶隧道涌水量预测中的应用.     

永顺隧道岩溶涌水风险性评价及地下水流量衰减过程分析

永顺隧道除进口1 km段为碎屑岩外,其余均为可溶岩段。为明确永顺隧道各路段岩溶涌水的风险级别,通过分析该隧道各路段的气象水文、地层岩性、地质构造等特征,采用隧道岩溶涌水专家评判体系对其不同路段岩溶涌水风险性进行评价,并采用地下水流量衰减的指数衰减理论分析了隧道段DK64+630～DK67+930发育的兰花洞地下暗河系统岩溶水流量的衰减过程。结果表明:永顺隧道DK64+630～DK67+930段为隧道涌水高风险路段,涌水量大于1×10~5 m~3/d,DK56+440～DK57+460段为隧道涌水低风险路段,DK57+460～DK64+630段为隧道涌水中等风险路段,DK67+930～DK68+522.27段为隧道涌水中低风险路段;通过基于GPRS通讯技术的实时在线监测系统得到的降雨量-流量-水位数据,分析了横洞及涨潮湾地区岩溶地下水流量的动态变化特征及其原因,得出兰花洞地下暗河岩溶系统具有双重含水介质的特性,既有大型的岩溶管道或洞穴,又有一般的岩溶裂隙和层间裂隙。该研究成果可为穿越暗河溶洞地区的公路、铁路隧道岩溶涌水的预测预报提供借鉴。     

高家坪隧道岩溶水系统识别及涌水量预测

为查明在建宜保高速高家坪隧道内ZK45+995m处突水点的补给来源以及隧道区的水文地质条件,并预测可能的涌水量,在对隧道区内岩溶发育规律调查分析的基础上,先后在隧道区开展了两次地下水示踪试验,结果查明:高家坪隧道内ZK45+995m处突水点的补给来源于隧道北侧的下埫岩溶洼地,汇水面积为0.66km2,突水点所处的岩溶管道为黄龙洞岩溶水系统的西支,为单一岩溶管道类型,地下水最大流速为341 m/d,平均流速为244m/d,地下水流速快,管道介质相当发育。根据示踪试验划分的黄龙洞岩溶水系统与干洞坪岩溶水系统边界范围,并利用黄龙洞泉长期降雨量-泉流量监测数据,采用大气降雨入渗法预测高家坪隧道ZK45+995m处突水点未来可能遭遇的最大涌水量为13 216m3/d,正常涌水量为5 940m3/d,为隧道防治水方案的制定提供了水文地质依据。     

基于多元相关分析法的岩溶隧道涌水量预测

降雨往往是影响岩溶隧道涌水的最主要因素,受岩溶含水系统调蓄作用的影响,降雨补给地下水一般都具有明显的滞后特征,因此岩溶隧道涌水量的大小不仅与当日降雨量有关,还可能受前期降雨量的影响,以隧道涌水量与当日降雨量建立的回归方程往往预测精度较低.以野三关隧道和马鹿箐隧道进口泄水洞的隧道涌水为例,运用多元相关分析法探讨了隧道涌水量与多日降雨量的相关关系和多元回归方程,并依据隧道实际涌水量监测资料对回归方程进行了检验.结果表明:在具有较长序列的隧道涌水量和降雨量观测资料的情况下,利用多元相关分析法可以比较简单、快捷、准确地预测隧道未来不同降雨条件下涌水量的变化;但值得特别注意的是,对于非全排型涌水隧道,仅依据隧道涌水量与降雨量建立的相关方程来预测隧道未来降雨条件下的涌水量会有较大误差,此时需结合所有排泄点的总排泄量与降雨量建立更多元的相关方程才能够取得较好的预测效果.     

基于隧道岩溶突涌水风险评价的线位比选研究——以宜涪铁路鹤峰-宣恩段为例

隧道岩溶突涌水风险是山区铁路选线阶段的重要考虑因素。以宜涪铁路鹤峰-宣恩段为例，在区域1∶1万岩溶水文地质调查的基础上，分析了该铁路段各线位方案相关的岩溶水系统特征，根据岩溶水系统特征与隧道工程的位置关系开展了隧道岩溶突涌水风险评价，并从隧道岩溶突涌水风险的影响因素出发，选取隧道穿越强岩溶含水层段占比、最大压力水头和累计最大涌水量3个定量指标，运用层次分析法和变系数法构建隧道岩溶突涌水风险综合评价指标体系，对该铁路段北、中、南3个线位方案进行了岩溶水文地质条件比选。结果表明：南线方案岩溶水文地质条件相对较好，隧道岩溶突涌水风险最低。     

岩溶隧道突涌水机制及安全临界条件研究

我国西南山区灰岩分布广泛、岩溶十分发育,隧道建设中经常遭遇突涌水事故.以楚大高速公路九顶山岩溶隧道为例,针对该岩溶隧道发生突涌水的断面(左幅ZK281+940),基于综合物探推测出的涌水体空间位置及规模形态,建立了概化计算模型,并采用非连续变形分析(DDA)方法对高压岩溶水作用下隧道顶板破坏、发生突涌水事故的过程进行了...     

复杂岩溶矿床延深水平涌水量的预测

随着岩溶矿床的延深开采,矿坑涌水量的计算成为防治水害首先要解决的难题。文章创造性地采用国外广泛采用的岩溶水衰减动态分析法,选择了我国南方复杂岩溶含水层中有代表性的重庆市红岩煤矿,将丛林采区茅口组岩溶水动力单元和该单元南大巷(标高+370 m)的茅口灰岩岩溶含水层的主要排水点-1号突水点作为研究对象,建立了该单元岩溶含水层的计算模型-衰减动态(流量和水位)方程,求出了岩溶水动力单元水均衡、地下水储量计算和矿坑涌水量预测的水文地质参数:a、T、K、S、μ、Ie,建立了该单元岩溶裂隙-管道水的水均衡方程, 根据连续观察一个水文年以上的丰富地下水动态资料,预测了红岩煤矿370 m标高以下的延伸开采水平(295- 370 m)矿坑涌水量。     

盘龙铅锌矿区充水条件分析与基于GM(1,1)-Markov模型的涌水量预测

岩溶水害是威胁矿山开采安全的主要灾害之一。以广西武宣盘龙铅锌矿区为研究对象，在分析水文地质条件和岩溶发育的基础上，对矿区的充水条件进行了分析，并结合灰色理论与马尔科夫理论等方法对矿区涌水量进行了预测。结果表明：碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶含水层为矿区的主要含水层，其富水性中等；岩溶含水层是矿区涌突水的主要充水水源，其他充水水源还包括黔江、大气降雨和地表积水等，主要是通过裂隙、溶洞、采空区冒落带和导水裂隙带等充水通道直接或间接充水；采用GM(1,1)模型、GM(1,1)残差模型和GM(1,1)-Markov模型对2010—2020年矿区涌水量进行预测，并对模型预测精度进行了检验，其中GM(1,1)-Markov模型的预测精度最优，平均相对残差仅为1.96%,并预测得出2021年上半年和下半年该矿区涌水量分别为825.08 m³/h、867.40 m³/h。该研究结果可为矿区安全生产和涌突水防治提供理论依据。     

青云山隧道水文地质特征及涌水量预测

以青云山隧道为例,介绍了高山隧道水文地质调查及涌水量预测的基本方法.通过分析地表水、地下水的发育特征和水化学类型,基本查明了青云山隧道的补给径流排泄关系等水文地质特征;通过涌水量计算,得出隧道F3断层位置正常涌水量为1 697.43 m3/d,最大涌水量为2 424.90 m3/d,断层破碎带的单位正常涌水量为22.33 m3/d·m;最后提出青云山隧道进一步勘察、设计和施工的建议.     

何家寨隧道地质灾害整治实践与探讨

贵州水柏铁路何家寨隧道,工程地质条件极其复杂,集“高瓦斯、强岩溶、大涌水”为一体,施工期间曾发生多次涌水涌砂、洞内坍方、地表塌陷与滑坡、支护衬砌开裂变形等地质灾害,堪称水柏铁路施工难度最大的“烂洞子”。文章结合该隧道地质灾害的整治实践,就有关设计与施工技术问题进行探讨。     

基于井口涌水量变化类型判断岩溶含水层厚度

针对含水相对均匀的溶洞-裂隙水含水岩组,为判断岩溶含水层厚度,通过对空气潜孔锤钻进工艺施工钻孔井口涌水量变化进行分析,结果发现:利用该工艺施工的钻孔井口涌水量一般会出现稳定型、降低型和增长型三种变化类型;井口涌水量变化类型反映了岩溶含水层是空间尺度上发育的垂向地下水系统,具有分层特征,其厚度与碳酸盐岩岩溶化程度的不均一性耦合,体现了碳酸盐岩岩体内不同空隙的发育规模、密度及其相互间的联系程度;明确了地下水埋深状况以及含水层的构成条件。故采用空气潜孔锤钻进工艺施工的钻孔,在非干孔情形下,可以利用井口涌水量的变化类型判断岩溶含水层厚度。     

高速公路隧道涌水生态安全评价——以宝天高速公路为例

针对隧道涌水对生态环境影响的特点,找出了其可能对生态环境造成负面影响的因素和产生的原因;以生态安全理论为基础,根据P—S—R指标体系模型,构建了隧道涌水对生态环境影响综合评价系统的层次模型,确立了各个层次的评价指标,包括包气带岩性、包气带结构、地下水位埋深、地下水矿化度、地下水化学类型、土壤含水量、土壤含盐量、降雨量、蒸发量、植被覆盖度、水环境质量共11项,其中地下水位是影响生态安全的最主要指标,权重为17%;并以花石山1号隧道为例对隧道涌水对生态环境的影响进行了安全评价,结果显示在涌水条件下1号隧道隧址区的生态安全综合指数为0.040 705,属于很不安全状态,用实例验证了所构建的隧道涌水对生态环境影响的安全评价体系基本正确,为隧道涌水生态安全评价提供了一个科学、可供操作的评价方法和手段。     

二郎山特长隧道施工对地下水环境的影响

结合二郎山区域水文地质特点,分析了二郎山特长隧道施工对区域地下水环境的影响,为下阶段开展二郎山特长隧道地下水环境专项调查与保护工作提供支撑。结果表明,隧道正常涌水量为34321.62m³/d,采取相应措施后用水量为6400m³/d。二郎山特长隧道施工对隧址区地下水系统有一定的影响,但影响范围较小、可控。     

西南喀斯特流域枯季地下水电导率特征及水-岩作用分析

受特殊水文地质条件影响,西南喀斯特流域水动力过程与物质循环过程复杂,利用单一水文信息分析该地区水动力过程具有较大难度。地下水电导率受喀斯特水文地质条件影响显著,可以综合反映区域水动力条件与岩性特征。论文选取贵州普定县后寨河流域为研究区,通过野外调查及地下水电导率原位测定,结合流域地形、岩性及落水洞、岩溶泉等岩溶地貌空间分布规律,分析了喀斯特流域枯季地下水电导率空间分布及其受水-岩特征的影响。结果表明,山丘区地下水电导率较低,主要由于喀斯特山区是岩溶裂隙/管道网络发育的强径流区,水-岩接触时间较短。随高程降低,地下水电导率呈现增加趋势,表明地下水流速度减缓,水-岩接触时间变长。地下水电导率受岩性特征影响显著,石灰岩区水-岩作用强烈,易形成较高电导率地下水,平均电导率650 μS/cm,白云岩区水-岩作用减弱,地下水电导率降低,平均值523 μS/cm。     

昆仑山隧道渗(漏)水水力联系及水动力参数试验研究

隧道施工过程中经常发生隧道涌(漏)水现象,对施工或运营安全可能造成较大影响。为了从根本上治理隧道渗漏水害,首先必须详细准确了解水害的根源,即渗漏水点与地表水源之间的水力联系。对于岩溶管道水比较有效的研究方法是开展连通试验,而对于渗透性能差、水力联系复杂的基岩裂隙水地区开展连通试验是不多的, 尤其是在高纬度、高海拔、以及多年冻土地区开展隧道渗漏水水力联系试验研究尚属首次,值得进一步深入探讨研究。本文针对青藏铁路昆仑山隧道渗漏水情况,在详细调查研究基础上,采用多种形式的连通试验,对昆仑山隧道渗漏水的径流条件和围岩渗透性能进行分析,并进行渗漏水的主要水动力参数计算,为该隧道渗漏水害的治理提供了科学依据。     

风化花岗岩隧道矿山法施工地下水渗流特征与防水技术研究

以风化花岗岩隧道为工程背景,通过现场监测和数值模拟研究手段,研究了风化花岗岩隧道所处地层在矿山法施工条件下地下水的渗流规律,并通过不同防水结构下流固耦合特征的分析,探讨了不同防水结构下地下水对二次衬砌的影响,进而在考虑场区地下水环境变化的基础上,提出了合适的防水控制措施。结果表明:隧道全断面开挖时,地下水流速在仰拱上部断面支护之后达到最大,地下水流速最大值位于拱脚处,随后依次降低;隧道开挖后,地下水水位迅速下降,在仰拱支护期间达到最低点,此后缓慢恢复;地铁隧道矿山法施工防水结构大致简化为全包防水型和控制性全包防水型,隧道下部结构对防水结构型式的变化较敏感,不同防水结构下隧道断面处二次衬砌背后孔隙水压力分布有很大的差异;隧道拱顶处地下水水头越高,排水盲管的铺设对隧道下部结构孔隙水压力的折减效果越显著;全包防水结构下隧道下半部分孔隙水压力的平均值较大,控制性全包防水结构下隧道上半部分孔隙水压力的平均值较大。     

广西典型岩溶水系统环境中222Rn的分布及指示意义

放射性同位素氡222是来源于地层中铀衰变生成的惰性元素.由于其半衰期只有3.82d，且其活度在地下水和地表水中差异显著，近年来氡在水文学中的应用日渐兴起.但²²²Rn在岩溶环境中的分布和行为特征少有研究.以广西三个典型岩溶水系统为例，研究²²²Rn在包气带、非饱和带和饱水带中的浓度分布和指示意义.发现²²²Rn在上部包气带中的活度不足500Bq/m³，但在非饱和带中有局部异常高区，与局部小地质构造的分布有关.在饱水带中，地下水的滞留时间、不同地下水组分的混合和氡运移的距离等是导致²²²Rn活度差异的原因.管道介质的²²²Rn活度比裂隙介质的高；含水介质土壤覆盖层大的比土壤浅薄的普遍高.在大型岩溶水系统的排泄区，地下水补给河流，河流也可能短暂反补地下水，由于地下水和河流²²²Rn的差异显著，²²²Rn可能成为地下水-地表水相互作用研究的理想示踪剂.     

河北省顺平县地下水化学特征及其成因分析

为研究顺平县地下水化学特征及离子来源,服务顺平县水资源科学开发与管理,系统采集了县域33组岩溶水和12组孔隙水样品,综合利用Gibbs图、离子比值关系和多元统计分析方法,分析了顺平县各类型地下水水化学类型、组成特征和主要控制因素,评估各来源对地下水溶质的贡献率.结果表明,研究区孔隙水和岩溶水整体呈弱碱性,TDS变化范围分别为245.89～430.00mg·L^-1和223.54～1 347.80mg·L^-1;阴阳离子组分以HCO^-₃和Ca²⁺为主.研究区内地下水聚类分为PW1、PW2类孔隙水和KW1、KW2、KW3类岩溶水,PW1和KW1类为HCO₃-Ca·Mg型水,PW2为HCO₃·Cl-Ca·Mg型水,KW2为HCO₃·NO₃-Ca·Mg型水,KW3为高矿化度的SO₄-Ca·Mg型水.以白云石矿物为主的碳酸盐岩风化和以钠长石、钾长石为主的硅酸盐岩矿物风化是地下水主要的...     

覆盖型岩溶塌陷动态演化数值模型研究

预测不同水动力环境下岩溶覆盖层土洞发育规模和极限规模尺寸对于评价覆盖层稳定性意义重大.以武汉市烽火村覆盖型岩溶塌陷为实例,利用弹塑性理论和变饱和渗流理论建立了渗流-应力单向耦合控制方程,结合土洞剥蚀判据提出覆盖型岩溶塌陷动态演化数值模型,并以此模型预测在不同孔隙水位与岩溶水位之差△H水动力环境下覆盖层中潜在土洞的发育规...     

土地利用对埋藏型岩溶区岩溶水质的影响——以涪陵丛林岩溶槽谷区为例

岩溶水文系统的开放性和脆弱性,使其很容易受到人类不合理活动的深刻影响,造成水质的持续恶化。对比研究埋藏型岩溶垄脊槽谷区岩溶水质变化与土地利用的关系可以看出,研究区水质20年来的变化以及水质的空间变异与土地利用有很大的相关性;其中集约化的农业耕作、炸石填土增加土地面积、利用落水洞排放污水和独特的微型稻田水位控制设施对岩溶地下水水质产生显著影响;这也表明人类活动已经对该区水文地球化学产生了区域性的重大影响。面对区域岩溶水质恶化的趋势,通过土地整理,保护岩溶水质是迫切需要关注的工作。