基于岩溶地貌要素分形特征的郑万铁路鄂西段隧道涌水量预测

发布时间：2020-04-05 06:42

【摘要】：郑州至万州铁路全长748.084km,为构建我国西南地区与中原、华北、东北地区快速客运主通道,同时也是建设西南地区快速客运网,补充完善我国铁路“四纵四横”客运专线网的重要组成部分。郑万铁路沿线地形地质条件复杂,工程艰巨,铁路穿越神农架穹窿复杂岩溶区,隧洞施工所遇到的隧洞涌水问题是一个不得不解决的问题。岩溶区隧道涌水研究必须要注重对岩溶发育规律和岩溶形态分布特征的研究,岩溶区水文地质条件一向复杂,岩溶形态和规模难以准确探测。分形理论的提出,是岩溶地貌形态的定量化和研究岩溶发育规律的有力工具。本文从区域地质背景、岩溶水文地质条件的认识出发,采用常规统计和分形理论相结合,对研究区岩溶地貌要素进行统计分析,并用分形方法对岩溶地貌进行刻画,建立岩溶地貌要素与地下岩溶发育情况的对应关系,并从岩溶地貌发育程度影响汇水条件和入渗强度角度出发,根据地貌分形特征选取隧道涌水量的计算参数,探讨一种新的隧道涌水量参数选取方法,并对郑万铁路鄂西段隧道涌水量进行预测。最后结合铁路线路在不同地貌特征区穿越情况进行验证,并预测穿越可溶岩地层各隧洞段的涌突水问题。主要研究成果有如下几个方面:1)从研究区各可溶岩地层的岩性、出露情况、富水性、岩溶发育程度等几个方面对比,可将寒武系上统娄山关组(∈_3O_1l),覃家庙组(∈_2q),震旦系上统灯影组(Z_2∈_1dn)概化为岩溶发育程度高的可溶岩;将奥陶系下统(O_1n~g),寒武系下统石龙洞组(∈_1sl),寒武系下统天河板组(∈_1t)概化为岩溶发育程度中等的可溶岩;奥陶系中上统(O_(2+3)b),寒武系下统石牌组(∈_1s),寒武系下统牛蹄塘组(∈_1n),神农架群石槽河组(Pt_2s)概化为岩溶发育程度低的含水岩组。2)依据岩溶水系统划分依据,将该岩溶水系统划分为八个岩溶水系统。3)通过对研究区地貌元素常规统计分析,发现以下规律:研究区山脉整体走向(NE-SW)平行于区域大构造新华断裂,向穹窿核部靠近,山体分布越密集,顶点高程越高;研究区河流长度普遍10km,主要发育在400-1000m高程;研究区可溶岩地层共有147个洼地,其中81.6%的洼地面积0.1km~2。洼地发育个数受可溶岩地层岩性控制,地层可溶岩越纯,发育的洼地个数越多。4)利用分形方法计算研究区峰体形态,得出岩溶地貌发育属于幼期~壮年期,具有继续扩大和向深发育的潜力;通过对研究区河流的分形计算,发现河流分维值与岩溶发育程度呈负相关关系。对研究区149个洼地分维值的统计发现,发育在1300-1500m高程的山原期夷平面和会原期夷平面是洼地发育的集中区域。用公里网格将研究区地形线分割成块,对每块“公里网格”中地形线用二维网格覆盖法进行计算得出分维值。通过收集的研究区钻孔资料,印证了研究区地形线分维值分为五个范围(1,1~1.2,1.2~1.5,1.5~1.81.8),分别对应岩溶微弱发育,岩溶较弱发育,岩溶中等发育,岩溶较强发育、岩溶极强发育。5)从岩溶地貌发育程度影响汇水条件和入渗强度角度出发,拟合铁路隧洞穿越不同区域地貌元素分形特征预测各隧洞段涌突水量。在计算涌水量的过程中,依据单元网格内地形线分维值,用“范围界值法”选取大气降水入渗系数。预测楚烽隧道正常涌水量可达43483.7 m~3/d。预测新华隧道正常涌水量为30983 m~3/d。预测甘家山隧道和兴山隧道正常涌水量分别为11365.58 m~3/d、10433.67 m~3/d。
【图文】：

神农架林区,兴山县,神农架,穹窿

第 2 章研究区地质环境条件2.1 自然地理概况2.1.1 交通位置研究区位于神农架穹窿东南展布区域，由北向南经过阳日镇、大风垭、神农架林区的新华镇到兴山县的古夫镇，东经 110°41′32″～110°58′26″，，北纬31°20′34″～31°43′46″之间，研究区总面积约 838km2。

水系分布,水系分布

研究区水系分布图
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U453.6

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