超长深埋隧洞（道）突涌水灾害危险性评价及水量预测方法

发布时间：2020-05-14 21:31

【摘要】：隧洞(道)工程的建设难度极具挑战性,长距离、大埋深已成为未来地下结构工程的新特点。突涌水是制约隧洞(道)工程安全建设的关键因素之一,因此研究超长、深埋隧洞突涌水灾害预判、预测问题具有重要的科学价值和实用价值。本文基于统计95例隧洞(道)突涌水案例,分析了突涌水灾害的影响机制。针对超长、深埋隧洞中突涌水灾害的孕灾环境,结合突涌水灾害的致灾因素,构建了超长、深埋隧洞突涌水灾害危险性评价指标体系。利用模糊层次分析法与云模型结合,建立了危险性等级评价方法。对危险性评价结果中高危险区段利用ArcGIS与FLAC3D结合建立复杂的三维地质模型,计算隧洞开挖过程中突涌水量。提出了先预判超长、深埋隧道中突涌水灾害的发生位置,评价突涌水灾害危险程度,再缩小范围定量预测突涌水量的方法,研究成果如下:(1)统计了95个隧洞(道)突涌水案例,经分析得,涌水实例中长、特长隧洞(道)占72%,深埋隧洞(道)占53%,发生在可溶岩隧洞(道)中的涌水实例占比84.2%,非可溶岩占比15.8%。将突涌水的水源分为先导水源和补给水源:先导水源为致灾构造中储水;补给水源包括地表水系、降雨。先导水源中占比最大的突涌水量范围,溶洞、暗河类比断层、裂隙类高一个数晤级。同等情况的补给水源,对浅埋隧洞(道)的影响大于深埋隧洞(道),岩溶区大于非岩溶区。(2)构建了超长、深埋隧洞突涌水灾害危险性等级评价指标体系,建立了一种突涌水灾害危险性等级评价方法,总结了危险性等级对应的突涌水量预测范围,针对危险性等级提出了建议性的处理及防治措施。研究成果应用于引汉济渭工程秦岭输水隧洞中,已开泛段(约70 km,截止2018年8月)中87.8%突涌水危险性评价结果与实发突涌水情况吻合性较好,验证了该方法的可靠性。对秦岭隧洞未贯通(约12 km,截止2018年8月)突涌水危险性进行评价预测,为有效预防突涌水灾害发生奠定了基础。(3)数值计算高危险性区段K15+500～16+900开挖过程中的涌水量,隧洞最危险点出现在K16+460～700范围内,最大涌水量为4.33万m3/d。当隧洞开挖到断层破碎带时,隧洞涌水量突然增加。数值结果与施工现场反馈涌水量对比,相对误差绝对值在8.65%～49.3%之间,该方法的模拟精度满足工程中突涌水计算的精度要求,主要优点在于可计算开挖过程中的涌水量,可进一步指导施工过程中处理及防治措施采用。
【图文】：

背景及意义国家西部大开发战略的实施，诸如公路、铁路、跨流域调水、水电站向崇山峻岭、岩溶发育的西北、西南等地转移，为解决西部地区交通、空分布不均和充分利用地形落差建设高水头水力梯度发电站的问题，（道）需要建设，超长、深埋隧洞（道）已成为交通、水利、水电等设的关键控制性工程。截止 2017 年底，中国在建特长铁路隧道 210 座划特长铁路隧道 353 座，总长 4962 km。公路隧道两年来增加特长隧13 km。长距离输水隧洞共 22 座，其中单个工程洞室总长度之和已超过长度已超过 80 km，洞室最大埋深超过 2500 km[1-3]。超长、深埋隧洞洞（道），所在区域通常经过多次地质构造运动，具有高地应力、高水域广，具有地形地貌复杂、断层、褶皱、裂隙等不良地质发育、地表。在施工过程中，极易发生重大地质灾害，其中突水突泥是最具有挑战1，，也是制约工程开挖进度的关键因素之一[4]。

西安理工大学硕士表塌陷等次生灾害问题，造成经济损失，人员伤亡等危害，如图 1-2（a）中引汉济渭秦岭输水隧洞 2015 年 8 月 9 日出现大的涌水，严重影响工期；图 1-2（b）宜万铁路中发生高压涌水事故，几十吨的设备被冲出几米外，危及施工人员生命安全；图 1-2 中（c）、（d）为贵南高铁朝阳隧道 2018 年 6 月 10 日发生大的突涌水事故，事故设备冲毁、3 人死亡。故如何度过突涌水高发区，确保施工安全是要解决的重大难题之一。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV698.2

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本文编号：2663965