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隧道涌水预测研究已经有近半个多世纪的历史,特别是近二三十年来,无论研究的深度和广度都有了很大的拓展,目前国内外隧道涌水预测主要有以下方法:水文地质比拟法、水均衡法、经验公式法、解析法、地下水径流模数法、水文地质数值法等方法,其中解析法为最常用的方法。但是随着计算机发展的今天,数值法逐渐成为更精确、更便捷、更符合时代发展要求的一种新方法。本文就是应用数值法来预测岩溶地区隧道涌水的一个实例。
岩溶地区隧道的涌水预测一直以来就是一个难题,从国内外许多隧道的预测实例来看,其预测的结果与实际的大小一般都有很大的出入,无论预测结果偏小还是偏大,都将给工程的可行性论证、设计以及施工带来巨大损失。很显然造成上述结果的原因很多,归纳起来不外乎以下两方面:其一,是水文地质条件未调查清楚;其二,用以预测隧道涌水量的数学模型建立得不正确。因此,隧道涌水预测研究仍将是任重道远。
本文的研究,是结合本工程岩溶地区实际的复杂水文地质环境,在充分收集和研究前人的工作成果的基础上,开展区域地层岩性、地质构造、裂隙调查和统计测量,对本线路工程出露的碳酸盐岩进行系统的采样、岩样化学成分分析、矿物成分鉴定和溶蚀试验,查明不同岩石类型的溶蚀性;有针对性地开展洞穴探测及其控制因素的调查;查明研究区含水介质类型、分布范围、地下水赋存和运移条件、地下暗河的空间分布、流量及其与隧道的关系;隧道深孔钻探资料分析,参数计算和涌水量评价;建立相应的水文地质概化模型和相应的数学模型。
本文中隧道的涌水预测包括:隧道开挖初见涌水量的预测、隧道正常涌水量的预测以及由于暴雨的缘故而发生的最大涌水量的预测。我们在求隧道涌水相关量之前,先利用以年为单位的天然稳定流(以多年水文观测资料平均数据为基础)条件来建立隧道研究区的地下水渗流模型,并求出与验证研究区的相关参数,建立起一个合乎实际与理论逻辑的概念模型和模拟模型。然后,随着隧道的开挖,增加了排泄点,破坏了原本平衡的地下水渗流场,隧道开始进水,此时的隧道涌水为初始涌水;随着时间的推移,地下水位不断的下降,隧道涌水逐渐减少,当地下水位降至隧道底板标高时,地下水位不再下降,隧道的涌水亦达到稳定状态,此时,隧道的涌水量称为正常涌水量;然后,在隧道的正常涌水过程中,由于暴雨的出现,地下水位抬生,隧道的涌水不断的增加,当地下水位达到最高值时,隧道的涌水达到最大,此时的隧道涌水量称为最大涌水量。随着隧道的开挖进程,地下水的变化为非稳定流态,在模拟的过程中,其初始变量均取模型天然状态下的水头等相关值为初始值,来进行模拟预测,并结合实际的观测水位资料和实验资料来分析与调试,使模拟结果符合实际情况。
本文的最后就是根据模拟的结果,结合工程的实际,来给出具体的结论和切实可行的建议,以服务工程的设计与施工,为工程的顺利进行提供技术上的参考与支持。