深埋超长隧道水文地质条件及涌水机理研究

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在隧道开挖过程中,可能遇到岩爆、软弱围岩塌方、块体稳定性、高温地热、瓦斯、涌水灾害及其环境效应等一系列的工程地质灾害。其中,涌(突)水在隧道开挖中较为常见,对涌水量的预测与实际结果相差过大或是防治不合理,往往造成重大的人员伤亡及经济损失。对于深埋长隧道的施工开挖,因其洞线长,穿越地质条件复杂,大埋深,具有高压涌水的条件,对其水文地质条件及涌(突)水的研究显得尤为重要。对于深埋超长隧道水文地质条件及涌水机理问题,本论文以锦屏二级电站工程区为例,进行详细的地质及水文地质调查研究,对地形地貌、地层岩性及构造等条件进行简要分析,主要研究含水介质及富水性、地下水动力条件、地下水宏量组分及三线图解特征等水文地质条件,划分水文地质单元,分析涌水水源、影响涌水因素与涌水机制。还通过不同种方法,对隧道典型段涌水量进行分段计算,得出与实际较吻合的结果。主要研究成果有:(1)研究区内地下水类型包括松散岩层孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水及基岩裂隙水三大类。锦屏二级电站深埋长隧道以碳酸盐岩类裂隙溶洞水及基岩裂隙水为主,随埋深增大基岩裂隙水占主导地位。研究区水体PH值中性偏碱性,地下水类型以HCO3-Ca及HCO3-Ca-Mg为主。(2)地下水的补给来源包括大气降雨、高山融雪及地表水三类,径流多受地形坡度影响控制,地下水以多种途径向雅砻江排泄,同时存在泉水排泄方式。(3)研究区辅助洞开挖至碳酸盐岩地层内,揭露涌水段(点)达三百多处,地层以T2b为主。影响涌水发生的因素包括岩性及构造、地下水水力学特性及含水层的性质三种,其中在深埋长隧道的施工中,地下水水力学特性影响最大。(4)容易发生涌水的地段主要有碳酸盐岩与非碳酸盐岩接触带、断层破碎带、裂隙带、岩溶发育地区及岩溶区的沟谷及溶蚀洼地地段。(5)隧道涌突水的形成机制可分为以下几种:水力劈裂型涌水、直接型涌水、冲溃型涌水、穿越阻水断层涌水及底板破坏型。对于锦屏二级水电站深埋超长隧道研究区,可见前三种涌水机制,辅助洞统计的近三百多处涌水段大部分涌水机制属于直接涌水,在杂古脑地层中可见冲溃型涌水。(6)对辅助洞A洞部分典型地段,运用地下水径流模数法、大气降雨入渗系数法及地下水动力学法,进行了涌水量的理论计算,得出了不同涌水量结果,经过分析可知,以地下水动力学法中的大岛洋志公式计算的涌水量结果较好,最接近实际涌水量。
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