云南万寿山地区岩溶水系统特征及隧道选线研究

岩溶地区隧道建设中常发生突水、突泥等地质灾害,危及工程和施工人员安全,故隧道线路的优化工作尤为重要。本文以三清高速万寿山隧道为例,通过大比例尺水文地质调查,查明了区域岩溶水系统的空间展布和岩溶地下水的循环特征,研究了不同隧道方案与岩溶水系统的空间位置关系,并预测不同线位方案岩溶水害的发育特征。在此基础上,选取隧道穿越断层数量、隧道穿越岩溶含水层长度、最大突水压力以及最大突涌水量作为隧道方案比选的定量评价指标,基于层次分析法,建立岩溶地区隧道线路综合评价模型。对不同线位方案进行地质比选,结果表明:C方案的岩溶水文地质条件相对较好,岩溶突水突泥风险最低。      

川东南隔挡式构造区隧道空间展布影响下岩溶涌突水特征简析

隔挡式构造区隧道工程涌水特征研究多局限于某个具体隧道工程及对应的特定岩溶水系统,缺乏关于隧道空间展布影响下涌突水问题的系统研究。文章提出以隧道穿越区岩溶发育及岩溶水水平与垂直分带差异作为隧道空间布置类型划分的主要标准,将隧道空间展布区的岩溶水文地质特征分为七类,对不同类型中岩溶含水介质空间结构特征、岩溶发育差异以及岩溶水在此区域流动的特点进行分析,并对八种类型的隧道涌突水的特征进行比较。据此,结合研究区拟建渝万客专铜锣山隧道和明月山隧道案例,分析此两隧道展布区域的岩溶水文地质特征,分别属于补给-垂直入渗型类型及补给径流-水平径流型类型。进一步对此两隧道可能遭遇的岩溶涌突水进行定性评价和涌水量计算,认为铜锣山隧道主要出现雨季涌水现象,水量大小受降雨强度控制,而明月山隧道涌水量较大。      

贵州岩溶山区封闭型岩溶大泉系统特征研究——以露郎岩溶大泉系统为例

露郎岩溶地下水系统是贵州岩溶山区典型的储水构造系统。通过分析系统的含水层和隔水层、地质构造的空间分布特征,应用岩溶学“洼地分析法”解译区内地下水运动轨迹、水动力学原理计算区内地下水力坡度、“地面穿越法”调查系统补径排条件、“长期动态观测法”分析岩溶水动态特征,总结系统岩溶地下水运动规律,为该类型的岩溶地下水系统的水文地质研究、岩溶水开发和保护提供了良好的基础。     

乌蒙山以礼河流域岩溶地下水富集特征及供水意义研究

岩溶地下水是乌蒙山集中连片贫困区内居民生产生活的主要水源,归纳区内地下水富集特征并探讨岩溶地下水的供水意义对于当地地下水资源勘察和开发利用具有重要的现实意义。文章针对乌蒙山以礼河中上游区域,基于现场水文地质调查,对水样进行采样和测试,并结合地下水天然资源量的计算方法,归纳总结了研究区内岩溶地下水的富集特征,并结合富水程度、供水条件和水质特征三个方面探讨了岩溶水的供水意义。研究得到以下结论：(1)研究区内岩溶地下水的富集特征可归纳为五种类型：断裂导水带、断裂溶蚀谷、条带溶蚀谷、褶皱溶蚀谷、阻水接触带;(2)富水块段内地下水化学类型以Na-HCO₃型和Ca·Mg-HCO₃型为主,水质整体较好,Ⅰ～Ⅲ类水占比为79%,超标指标主要为硝酸盐和耗氧量;(3)各富水块段地下水的天然补给量和排泄量分别为329.7～14 512.4万m³·a^-1和4.6～1 308.4万m³·a^-1,排泄量占补给量比值为0.3%～15.5%,区内地下水资源剩余开发潜力较大;(4)断裂溶蚀...     

青坪特长隧道穿越区岩溶地下水系统研究

青坪特长隧道为贵州省一拟建高速公路控制性工程,穿越泥高向斜地质条件极复杂区,岩溶发育强烈,地下河、岩溶塌陷及隧道涌水等问题急需解决。隧道附近有一座库容700多万方青坪水库,隧道施工会否对水库产生影响,是各方重点关注的问题。以地下水系统的角度对泥高向斜蓄水构造进行研究,旨在对高速公路通过青坪台地段路线方案进行优化。     

岩溶隧道断层面突水灾害的力学机制

为防止岩溶隧道因顶部岩盘发生力学破坏而发生突水突泥灾害,以宜万线五爪观隧道为工程背景,对隧道-岩溶系统进行抽象概化,分析了断层构造突水机理及隧道穿越断层段引发的主要突水模式,进而研究岩溶隧道顶部岩盘力学破坏机制,得到了如下结论:(1)建立了溶腔位于隧道顶部条件下压性断层与张性断层突水力学模型;(2)推导了岩溶隧道断层段岩盘最小安全厚度计算公式;(3)应根据溶腔水压力的变化选择按抗弯强度或抗剪强度计算岩盘最小安全厚度;(4)结合工程实例验证了此岩盘最小安全厚度计算方法的合理性。研究对断层段岩溶隧道的设计和施工提供一定的参考。     

特长隧道岩溶涌水量预测方法分析

由于岩溶区隧道穿越空间的复杂性、多变性和特殊性,加之地区差异性和水文循环系统的不确定性,各类预测方法均存在其自身的缺点,致使涌水量预测与实际存在一定差异。从水文机理和岩溶水的运动特征出发,结合岩溶区快速补给与慢速补给的差异与特征,采用水均衡法、地下水径流模数法和隧道涌水专家评判系统3种方法,对金奎地特长隧道岩溶涌水进行预测分析。结果显示,水均衡法计算结果值最大,径流模数法计算结果值最小,专家评判系统计算结果值在二者之间。经验证,专家评判系统更为精确,该方法强调次降雨对隧道岩溶涌水的作用,提高了隧道岩溶涌水量预测的精度。      

广西罗城岩溶地下水资源量分析与评价

根据广西罗城县的地质条件、岩溶发育特征、含水介质、赋存及水动力等条件,划分其岩溶地下水系统。结合含水层富水性,分别采用降水入渗系数法、容积法和枯季径流模数法对罗城县地下水天然补给量、地下水储存资源量和可开采资源量进行评价。结果表明全区地下水多年平均天然补给量34 189.75万m3/a,其中岩溶地下水多年平均天然补给量34 083.32万m3/a,全区岩溶地下水储存量为116 584.25万m3/a;可开采资源量为7125.67万m3/a。研究结果可为广西罗城县岩溶地下水的开发利用提供科学依据。     

西南典型紧窄褶皱小尺度浅层岩溶水系统特征及隧道涌水分析

西南地区典型紧窄褶皱控制下的浅层岩溶水,具有循环交替快、水量丰富等特点。精细刻画小尺度浅层岩溶水系统模式类型及其特征,对于探讨岩溶水资源量以及中—浅埋隧道涌水条件具有重要意义。本文以西南典型紧窄褶皱——重庆铜锣山背斜和遵义铜锣井背斜为研究对象,细致地梳理岩溶水系统特征的控制性因素,提出地层空间结构的细微差异导致含水介质及地下水补给、径流、排泄特征等不尽相同。据此,将研究区浅层岩溶水系统细分为四类小尺度模式,并基于各模式差异分析中—浅埋隧道涌水条件。研究认为:穿越不同小尺度岩溶水系统的隧址段,其涌水条件具有一定差异;间互式地层空间结构导致小尺度浅层岩溶水系统之间因地表水体的转换而存在联系,计算涌水量时需考虑相邻可溶岩地层外源补给,而包裹式结构则造成各系统相对独立,计算时需考虑相邻非可溶岩地层外源补给;深切河谷排泄边界,不可忽略降雨对隙流散排型模式的补给,计算涌水量时,降雨量参数应小于年均降雨量,但若边界为浅切河谷,降雨量参数可直接选用年均降雨量。      

大连地铁5号线跨海隧道设计关键技术

大连地铁5号线跨海隧道是我国首条岩溶区的跨海大直径盾构隧道,隧道跨海段长度约2.3 km,采用单洞双线的盾构隧道形式,盾构结构为双层衬砌结构,外径为11.8 m。隧道穿越区域工程地质及水文条件复杂,局部地段岩溶及地下水发育,周边控制性因素较多,设计过程中遇到诸多难点。对地铁跨海隧道单洞双线和单洞单线断面形式进行了综合对比,对岩石破碎、地下水发育条件下的大直径盾构进行选型,通过对比及数值模拟,分析了复杂地质条件下盾构隧道双层衬砌的优势,并结合衬砌形式对防排水方案进行优化,提出了完整的盾构穿越岩溶发育区的处理措施。分析结果表明,岩溶发育区地铁盾构隧道在需要设置排烟风道时采用单洞双线盾构隧道方案更优,采用双层衬砌方案,可以显著提高衬砌结构的耐久性。相关研究成果可供类似工程参考。     

地下水多元示踪试验在岩溶隧道水害预测中的应用——以张吉怀高铁兰花隧道为例

以张家界—吉首—怀化高速铁路兰花隧道为例,在岩溶水文地质调查基础上结合地下水多元示踪技术,查明了兰花隧道隧址区各岩溶地下水系统以及地下暗河管道的空间展布。结果表明:（1）兰花隧道及其附近区域全部为寒武系碳酸盐岩裸露区,以峰丛洼地为主,地表和地下岩溶极为发育;（2）兰花隧道隧址及其附近区域共发育有呆业洞和兰花洞两个独立的地下暗河系统,其中Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号三个岩溶水系统属于兰花洞地下暗河系统的子系统;Ⅳ号岩溶水系统属于呆业洞地下暗河系统;（3）Ⅳ号岩溶地下水系统在平面和剖面上都没有与兰花隧道相交,不会对隧道突涌水构成威胁;（4）兰花洞地下暗河系统以中部兰花洞暗河天窗为界分为上游和下游两段,上游段Ⅰ号和Ⅱ号岩溶水系统在平面和剖面上都没有与兰花隧道相交,不会对兰花隧道突涌水构成威胁;下游段Ⅲ号岩溶水系统在平面上与兰花隧道相交（交点里程为DK60+100）,可能存在隧道突涌水风险;（5）依据高分辨率降雨-水文动态监测数据,采用降雨入渗系数法预测在极端暴雨情况下兰花隧道揭露Ⅲ号岩溶管道的最大涌水量为7.08×104 m3?d-1。      

多级水流系统耦合下深部岩溶分异研究——以川东隔挡式构造区中梁山背斜南段为例

新构造运动背景下,干、支流对地壳抬升反应速率的差异,导致具有不同排泄作用的河谷广泛组合,形成多级地下水流动系统,地下水作为岩溶含水系统发育的主要控制因素,多级水流系统的空间耦合影响岩溶发育分布规律。文章首先根据中梁山背斜南段岩溶槽谷横向沟谷的发育特征,将岩溶槽谷划分为渗流区、分流区、外流区;结合横向沟谷控排作用与地形指数,分析多级水流系统耦合的空间分异特征。其次通过隧道建设背景下地表水漏失、隧道涌水情况及隧道施工揭露岩溶现象验证在多级水流系统耦合效应下深部岩溶发育特征。结果表明:渗流区以区域水流系统为主,隧道涌水量巨大,水流通道连通性良好,地表水基本干涸,深部岩溶发育强烈;分流区除了近河谷地带以局部水流系统为主、深部岩溶发育较弱以外,宽缓分水岭地带的地下水流动仍然以区域性流动为主,深部岩溶较发育,隧道涌水量较大,地表水与深部岩溶地下水水力联系较好,隧道建设对地表水影响严重;外流区以局部浅循环为主,深部岩溶发育程度弱,深部岩溶水与地表水水力联系较弱,地表水漏失程度一般。本研究不但拓宽了托特多级水流系统的应用领域,为岩溶发育理论研究提供了新的角度,同时为深埋岩溶隧道建设的危险性评价及引发的环境负效应研究提供理论指导。     

沅古坪隧道选线的岩溶水文地质问题

避开突水突泥的高风险区是岩溶隧道选线的基本出发点。沅古坪隧道穿过岩溶强发育区,为典型的岩溶深长隧道。岩溶地下河、向斜蓄水构造、两侧水库以及地下水位与顶板的高差大等是影响其隧道安全建设的重要因素,也是选线要考虑的关键水文地质问题。为更好地进行隧道东、中、西三条设计线的比选,在隧道研究区开展了1:1万的岩溶水文地质专题调查,查清研究区岩溶发育和水文地质特征,划分出岩溶地下水系统,从而比较了3条隧道线所处的岩溶水动力水平分带和垂直分带,分析隧道与地下河、岩溶泉的空间关系,并结合物探资料分析了向斜蓄水构造的影响。结果表明:东线隧道穿过地表分水岭地带,处于岩溶水动力系统的补给区和垂向分布带的季节变动带、浅饱水带,基本不与地下河管道立交,远离了流量较大的岩溶泉,降雨补给面积最小,因此,总体涌水风险最小,为最佳隧道线路。西线纵穿赤溪河上游地下水系统的中部,穿过径流和排泄区,处于岩溶水动力垂向分带的浅饱水带,并与多条岩溶管道立交,且临近西侧高家溪水库,涌水风险最大。东线隧道临近黄鱼溪水库的北段、穿过郭家界向斜储水构造核部的南段是涌水高风险区,需扩大岩溶水文地质补充调查,并在施工中加强超前地质预报研究,最大程度避免岩溶地质灾害。      

岩溶地区地下水位变动带隧道涌水问题的思考

通过鸡冠山隧道涌水实例及广泛收集岩溶地区隧道涌水案例,总结出岩溶地区隧道季节变动带涌水具有反应时间快、水量大、泥沙重的特点,并综合分析地下水季节变动带隧道的水文地质特征,将其划分为一般山岭隧道及向斜构造地下水位变动带两种类型,且对两种类型涌水机理进行了阐述。岩溶地区隧道前期勘察应重点划分隧道岩溶地下水系统及地下水动力分带,查明岩溶发育特征与规律;施工期和运行期应结合岩溶揭露情况和涌水情况开展针对性的补充勘察,做好降雨、涌水过程和涌水压力监测,判断和预测最大外水压力和涌水量。针对涌水问题,提出封堵和排泄两种处理思路:施工开挖揭露的岩溶现象不可盲目封堵,需尽可能维持原通道的通畅,针对可能涌水的隧道衬砌设计不可仅考虑围岩结构,应充分考虑外水压力,做好围岩固结灌浆;常规隧道“环形排水系统+中心沟”排水系统可靠性差,针对大流量涌水,多采用泄水洞排水。      

实例分析隧道建设对岩溶水的影响

贵州省是岩溶地貌发育的地区,在进行铁路建设时经常遇到隧道工程与地下岩溶水系统相互干扰的问题,文章以磨雄隧道和银山隧道为例,借助大地电磁解译和MIDAS-GTS程序计算,阐述岩溶地下水系统与隧道建设的不和谐关系。磨雄隧道施工后,居民饮泉点干涸,水位未按预期设计恢复,造成原本饮水紧缺的山区雪上加霜;银山隧道施工中遭遇罕遇暴雨,竖直侧墙被突增岩溶水压爆,侧墙破坏长度达20 m,中断列车通行超过24 h。因此建议贵州地区隧道建设的前期选线时,要查清岩溶地下水系统边界,尽量避让岩溶强烈发育地段,设计期应充分考虑岩溶水可能造成的危害,施工期对所遇岩溶水通道宜通不宜堵。      

宜万铁路野三关隧道“8.5”突水事故成因分析

2007年8月5日宜(昌)万(州)铁路野三关隧道发生了重大的岩溶突水事故.在岩溶水文地质调查的基础上,对野三关隧道所处流域两个主要岩溶洼地以NaCl为示踪剂进行了充水水源和充水途径的示踪试验.两次示踪试验结果查明水洞坪岩溶洼地是"8.5"突水事故的主要水源,茅口组灰岩中发育的周家包暗河被F18断裂切割,将暗河水导入隧道形成突水事故.稻子坪的水在隧道突水段西以渗-涌水的形式进入隧道.水洞坪示踪实验得出二叠系栖霞-茅口组岩溶含水层中的地下水流速为50 m/h.稻子坪示踪试验得到茅口组灰岩含水层中的地下水流速为45.5 m/h;大冶组灰岩含水层中的地下水流速为10.8 m/h.本示踪结果为宜万铁路野三关隧道的后期恢复施工和防渗工作提供了依据,并为岩溶地区深埋隧道的设计和施工提供了试验和分析工作的实例参考.     

铁路施工期岩溶地质宏观预测专家系统研究

岩溶的发育受到多种因素控制,具有不确定性,在结合宜万铁路齐岳山隧道、八字岭隧道、野三关隧道、马鹿青隧道以及渝怀铁路圆梁山隧道等多座岩溶地区山岭隧道的岩溶洞穴发育分布特征分析研究的基础上,提出了包括地层岩性、地质构造、地形地貌、地表水、地下水、隧道设计等因素在内的隧道工程岩溶超前预报的地质分析指标体系,明确了岩溶灾害发生危险性的高、中、低3个等级的工程地质标志性特征,应用专家评价法研究了各个指标的权重,构建了超前地质预报专家系统知识库,研制了山岭隧道岩溶超前地质预报专家系统,通过宜万铁路具体隧道工程的实际应用探讨了专家系统预测的可靠性。     

川藏铁路格聂山和察雅段构造岩溶发育规律及岩溶地下水循环模式研究

Construction of the Sichuan-Tibet Railway may face significant geological safety risks of water inrush and mud inrush in the plateau tectonic karst region. It is of great scientific and practical significance to carry out research on the evolution regularity of the plateau tectonic karst and the relevant karst groundwater circulation mode for the early prediction and identification of the water inrush and mud inrush disaster in the railway tunnel to be built. Based on the field survey and published literatures, this paper makes an in-depth analysis and draws some conclusions. The tectonic karst development shows obvious sequence characteristics and elevation zonation. The first level to fourth level karst development areas were formed before Miocene, late Miocene to Pliocene, Pliocene and Pliocene to Pleistocene, and occur in the elevation range of 4900?5300 m, 4000?4300 m, 3700?3800 m and 2900?3200 m, respectively. Active faults obviously control the distribution and enrichment of karst groundwater. Since the late Pleistocene, active faults have connected different karst areas and formed unique storage conditions for the tectonic karst groundwater in the plateau region. Karst groundwater system can be divided into high recharge area, remote pipeline flow area and concentrated discharge area. The high recharge area occurs in the first-level karst evaluation area, and the third-level and fourth-level are the concentrated discharge area which generally contain the outcropping springs with a discharge of more than 100 L/s. The groundwater system is appropriately divided into shallow and deep groundwater flow system. Karst springs are mainly supplied by ice and snow melting water, and exhibits the dynamic characteristics of the high water pressure, long flow path and deep water groundwater circulation. High CO₂ saturation concentration of the melting water and the salt effect of sulfate promote the formation of high TDS sulfuric acid karst groundwater of low temperature.