柿子园隧道在瞬时强降雨条件下的涌突水灾害分析

成兰铁路柿子园隧道于2018年8月发生了强降雨,降雨量最高达364.4 mm,强降雨后发生了特大涌突水,对隧道产生严重影响,为了研究涌突水的原因,采用水文地质调查、水文学和水文地球化学等方法对涌突水来源和过程进行了识别与分析。研究结果表明：(1)隧道涌水具有岩溶水化学特征,径流途径多为岩溶管道;(2)涌水量与降雨量具有线性响应关系,大气降雨是涌突水的主要补给来源,周边河流与涌突水水力联系较低;(3)暴雨破坏了隧道上覆岩溶含水层结构,致使渗透系数急剧增大是涌突水主要原因;(4)岩溶发育地层为隧道涌突水灾害发生主要段落,在治理时围绕预测涌水量危险较大的段落,进行重点治理。     

某艰险山区铁路隧道岩溶发育特征及涌突水危险性评价

某艰险山区铁路隧道是重要的控制工程，区域构造运动活跃、工程地质环境极为复杂，需穿越上三叠统波里拉组灰岩条带，岩溶突涌水问题突出。为了准确评价隧道涌突水的危险性，通过地质调绘、深孔钻探等手段，对隧道水文地质特征进行精细的调查和深入的分析，探明隧道岩溶发育特征及范围，将隧址区地下水径流系统分为局部表层、浅层和区域深层径流系统，并遵循多元、多层次的分析评价思路，选取不同评价指标，构建非可溶岩段和可溶岩段隧道涌突水危险性评价体系。评价结果显示，隧道涌突水问题总体以较低危险性为主，高和极高危险段仅约占隧道总长的4%和1%，主要受控于波里拉组灰岩条带和额艾顿断裂带。     

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。      

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。      

观斗山隧道水文地质条件分析及涌水量预测

在对隧道两侧进行水文地质调查的基础上,结合调查区地质环境背景,查明该区水文地质条件。分析不同地层岩性的含水性和富水性,评价地下水的补给、径流和赋存特征,预测隧道开挖时可能发生涌突水的位置。采用狭长水平廊道法、大气降水入渗系数法、比拟法和大气降水入渗法对隧道涌水量进行预算,为隧道施工开挖预防涌突水灾害提供依据。     

牛栏江引水工程岩溶隧洞涌水准确性分析

由于岩溶地区发育的复杂多变性,对于如何准确地预测复杂岩溶地区长大隧洞涌突水量,已成为一直以来难以突破的水文地质大难题。本文基于牛栏江—滇池引水工程中涌突水实例分析,从地层岩性特征及地质构造的影响、涌突水预测方法选取、计算参数选取、隧道涌水影响范围确定、水文地质单元划分5大主控因素,分别总结分析各因素对隧道涌突水预测准确性的影响。根据不同因素控制下其预测值与实际值的变化规律,提出提高隧道涌突水预测准确性的方法,并结合工程实例验证其可行性。其结论可为以后提高岩溶地区隧道涌突水预测准确性提供借鉴。     

云南丘北地区某隧道隧址区岩溶发育特征及涌水量预测

云南丘北地区构造作用强烈,可溶岩被断裂分割破碎,岩溶十分发育,隧道建设面临涌突水风险。本文通过对隧址区岩溶发育特征的分析,采用水均衡结合水文地质比拟方法预测了隧道涌水量,研究得出：隧址区岩溶发育特征为隧道上方高原平原发育有大量洼地落水洞,地下存在多期次岩溶管道,并发育两条典型的岩溶管道;计算得出隧道正常涌水量65 152 m³/d,最大涌水量130 098 m³/d,计算未考虑极端情况,实际涌水量可能比本次预测结果偏大。     

基于岩溶演化模型的隧道突水危险性评价

岩溶隧道是否发生涌突水,主要取决于洞身岩溶发育程度和岩溶系统结构类型,而这与岩溶系统的演化过程密切相关。岩溶系统的发育演化始于具有侵蚀性的水对可溶性岩体中裂隙的溶蚀扩展。基于此,本研究耦合了渗流模型和溶蚀扩展模型,并结合鸡公岭隧道区水文地质背景资料,建立了隧道区岩溶系统岩溶演化模拟模型,模拟再现了隧道区岩溶含水介质的发育情况。结果显示:随着岩溶系统的发育演化,整个系统中裂隙不断被溶蚀扩展,差异性溶蚀越来越显著,岩溶含水介质的非均质性越来越强;同时随着埋深的增加,岩溶发育程度及非均质性越来越弱;浅部和深部裂隙的平均溶蚀扩展率相差近1 500倍;鸡公岭隧道洞身标高处岩溶发育微弱,裂隙溶蚀扩展较小,仍为裂隙岩体,其等效渗透系数为0.51m/d,岩溶突水概率极低,隧道发生涌水时的涌水量为127.9m3/d,对隧道施工影响较小。     

西南某山区高速公路岩溶隧道的涌水灾害危险性研究

西南某山区高速公路越岭岩溶隧道所处区域地质环境条件复杂,全段不仅存在通过岩溶进行地下水近、远程补给而发生涌水突泥的风险,而且勘察发现进口段存在岩溶管道与临近龙湖存在水力联系,存在湖水倒灌的风险。因此,本文以隧道近场区地质建造和构造改造格架为分析物质基础,以地质作用过程机制为分析方法,通过调查、物探及钻探等手段基本查明隧址区环境地质条件,在此基础上建立水文地质原型,对地下水、地表水的补径排关系和渗流场特征,及岩溶空间展布特征展开分析研究,定性到半定量地进行了隧道涌水危险性预测评估,并以评价成果为依据对原隧道平纵布置进行了调整,以进一步降低建设和运营期间的涌水突泥危险性。     

岩溶隧道涌水及其专家评判系统

在我国岩溶区许多的铁路、公路隧道及水工隧道的修建中,遇到大量的岩溶涌水、突泥问题,给工程施工和运营带来很大危害。基于岩溶水文地质学的最新理论和国内外工程实践,结合作者多年实践经验,提出隧道岩溶涌水专家评判系统。该系统认为岩溶隧道涌水是隧道与岩溶水系统在四维时空交汇的结果,因此,必须根据隧洞揭露的强岩溶层、岩溶水系统分布、水动力分带、岩溶结构面分析确定涌水的可能性及性质。在此基础上,根据岩溶水动态计算动态涌水量。      

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...     

高风险岩溶隧道掌子面突水机制研究

在我国西部强岩溶地区,越来越多的长大深埋隧道潜在突水、突泥的风险,由于隐伏岩溶水体位置、规模以及体量的不确定性,突水模式与类型异常复杂,隧道掌子面的突水风险系数极高。对于隧道开挖后围岩结构完整性较好的掌子面,在特大体量隐伏岩溶水体作用下,当开挖面进入安全厚度内迅速发生破断突水,具备明显的突变特征。针对隧道掌子面发生破断突水的突变特征,采用数值手段探讨了施工条件对突水突变现象的影响。将隧道简化为圆形,建立了掌子面失稳的折叠突变模型,通过对系统势能函数的分析,推导了隧道掌子面发生破断的突水条件和最小安全厚度计算公式,基于系统势能突变控制参数灾变演化路径的分析,提出了掌子面突水的具体防治措施,并结合工程实例验证了其可行性。     

基于不同渗流方程的岩溶隧道涌突水过程模拟

岩溶隧道开挖过程中突水发生机制复杂,本文以Darcy定律、Brinkman方程及Navier-Stokes(N-S)等渗流方程为基础,应用多场耦合数值分析工具,在计算模型中耦合Darcy流、Brinkman和N-S等不同的渗流控制方程,将深部含水层、隧道开挖破碎带和隧道临空面整个突水水流路径相连接,实现突水流动的全过程模拟。明月山隧道突水算例表明,在开挖扰动作用下,地下水沿节理裂隙流动导致隧道突水;单一裂隙水流速和水压较大,而多管道溶隙具有分流分压作用;隧道与断层呈小角度相交时流速较小,断层能起到截水的作用,而呈大角度相交时,断层不仅有导水的作用,更加剧了突水的流通。     

基于AHP的岩溶隧道涌水专家评判系统及其应用

为了将岩溶涌水评判系统中定性描述的影响因子定量或半定量化,以便直观、有效地对隧道地质灾害进行预测预报,本文采用层次分析技术(AHP)将隧道岩溶涌水的多因素量化集成,并导出评判隧道岩溶涌水的综合指标（Skarst）,用于评判不同岩溶水文地质条件下隧道涌水的风险性。应用该模型对乌池坝隧道岩溶涌水进行评价,结果为: ZK259+890～ZK258+500段和ZK255+405～ZK253+182段属低风险区段,Skarst≤0.24;ZK256+300～ZK255+405段和ZK258+500～ZK257+500段为中等风险区段,0.24＜Skarst≤0.70;ZK257+500～ZK256+300段为高风险区段,Skarst＞0.70。      

花梨隧道岩溶水文地质条件及危险性评估

花梨隧道是瓮开高速的控制性工程,其地质构造及岩溶水文地质条件较为复杂。采取现场地质调查、钻探、测量、室内岩土物理力学指标试验、电法物探等综合勘察手段,分析花梨隧道含水层岩性组合特征、可溶岩体系分布特征及岩溶水系统性,查清了其岩溶水文地质条件,并对涌突水危险性进行了分级评价。结果表明:（1）花梨隧道地表出露的可溶岩与非可溶岩,分为泥质粉砂岩组成的非可溶岩与灰岩组成的可溶岩两个体系;（2）花梨隧道预测正常涌水量为32 126.4 m3·d-1,隧道最大涌水量应按预测涌水量的2~6倍考虑;（3）花梨隧道可溶岩段内岩溶涌突水危险性总体为中等危险,其中极高危险段占总长度的16%。      

基于高分辨率示踪技术的岩溶隧道涌水来源识别及含水介质研究

利用高分辨率示踪技术探讨了重庆三泉隧道突水来源,并对含水介质进行了刻画,结果表明:（1）隧道涌水段受长滩地下河影响,而麦阴槽落水洞为长滩地下河的补给来源之一;（2）试验段岩溶含水介质通畅,地下水流速快,为典型紊流态;地下河管道结构不均匀,发育两条过水通道,为主管道并联支管道,无溶潭和地下湖发育;利用Qtracer2软件,计算得到地下河几何参数及水文地质参数:地下管道储水体积为1 148.4 m3,表面积为1.30×106 m2,平均直径为1.37 m,长度为780 m;摩擦系数为0.51,舍伍德数为1 055.1,施密特数为1 140,水力深度为1.08 m,分子扩散边界层厚度为1.3 mm;（3）因试验时间短、试验为小流量期及存在其他地下河出口等条件制约,示踪剂天来宝的回收率较低,上湾洼地与隧道涌水段连通关系有待进一步研究;（4）由于三泉隧道涌水点与地表水具有直接水力联系,且涌水量大,建议引走地表洼地水源、填埋隧道上方麦阴槽落水洞或在隧道下方新建泄水洞排水。      

峨汉高速廖山隧道岩溶发育规律及其工程效应浅析

峨汉高速廖山隧道地处西南岩溶区,岩溶地质灾害频发。在开展岩溶区地质环境调研的基础上,厘清隧址区岩溶发育特征,浅析隧址区岩溶发育规律及其控制因素,最后探究了岩溶发育的工程效应。结果表明:隧址区岩溶形态多样,呈现多尺度、多样化、密集性发育的特征;岩溶在控溶因素的耦合作用下表现出显著的选择性、方向性、分层性、不均匀性以及系统连贯性等规律,其中地层岩性及其组合情况是物质基础,地形地貌与地质构造特征是主导条件,而水文地质条件是决定性因素;岩溶发育的工程效应表现在隧洞稳定性、岩溶涌水突泥和全寿命周期内的影响三个方面,不良岩溶地质体及岩溶富水空间的存在极易诱发洞身大变形、隧底岩溶塌陷等稳定性问题,以及局部静态岩溶水突出与湖水倒灌等涌水突泥灾害,甚至对隧道结构在运营期内的稳定性和耐久性造成不利影响。      

沪蓉高速公路乌池坝隧道区岩溶发育特征及其涌水分析

乌池坝隧道区有6种岩溶地貌类型,涉及2个岩溶水系统（3条地下河）。其中白岩坝地下河发育受碳酸盐岩层组类型控制,管道结构单一,具有侧向补给、纵向排泄的水文地质特征;龙潭和毛田地下河发育受构造控制,具有多分支、多级排泄的特征。本文将乌池坝隧道分成3部分5个岩溶区段,评价了各区段岩溶发育对隧道涌水的影响,认为从ZK256＋300至ZK257＋000段,岩溶涌水可能性极大。采用大气降水入渗系数法和地下水疏干法,对各岩溶区段隧道涌水进行计算预测,其中ZK256＋300至ZK257＋500段涌水量达31．3×10^4m^3／d。[