红层褶皱储水构造隧洞施工涌水过程数值模拟分析——以滇中引水工程风屯隧洞为例

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滇中红层区地层岩性以泥岩和砂岩为主,在复杂地质构造运动作用下,裂隙非常发育,宏观上形成泥砂岩互层的含水岩组,成为地下水存储、运移的良好通道,高峰寺组(K1g)含水层通常构成集中型地下水供水水源地。风屯隧洞穿越储水构造中K1g含水层时,必然对周边地下水环境产生重大影响,同时可能产生较大涌水量。鉴于此,本文以滇中引水工程风屯隧洞为例,采用Visual Modflow模拟隧洞穿越红层储水构造的涌水过程,以期为风屯隧洞地下水环境影响评价提供依据。  根据风屯隧洞地质环境条件,对研究区储水构造及水文地质单元分析,在此基础上,按隧洞穿越不同水文地质单元的分段,初步探讨隧洞施工涌水过程特征,针对于风屯隧洞涌水特点,建立三维数值模型,对隧洞涌水过程进行模拟分析。  主要研究成果如下:  (1)研究区构造以近南北向褶皱为主,由西向东形成为柳家村向斜、他思鲊背斜、烧香台向斜、风屯穹窿的连续复式褶皱区。寺脚底水文地质单元(Ⅱ)由K1g含水层构成,其层间裂隙水同时具有深循环和浅循环两套循环模式,尤其以深部循环具有特殊性:补给范围大、排泄较为集中。  (2)针对研究区储水构造及隧洞穿越K1g含水层各段的涌水过程特征,建立天然渗流场模型:通过剖面取得砂泥岩互层情况,并对含水介质的空间位置进行概化;通过野外的裂隙统计确定K1g含水层渗透张量,并根据压水试验结果对其校正;选择河流和地表分水岭作为模型边界;建立水文地质区水均衡方程式获取研究区入渗系数(α)。在隧洞施工过程中,采用全排水和堵排结合的施工方法,模拟两种工况下隧道穿越K1g含水层段的涌水过程。  (3)在全排水工况下,隧洞穿越他思鲊背斜核部转折端时,涌水量为14443.73m3/d,对背斜核部地下水影响较大,影响半径约700m,向斜东翼出现明显降位漏斗;隧洞施工到烧香台向斜东翼时,涌水量为12445.66m3/d,地下水位继续下降,稳定影响半径为1.75km,同时由于向斜两翼地下水水力坡度逐渐减小,西翼涌水量为11763.25m3/d,明显减小。  (4)堵排结合工况下,隧洞穿越他思鲊背斜核部转折端时,背斜核部地下水渗流场改变较小,向斜东翼出现微弱的降位漏斗;隧洞施工到烧香台向斜东翼时,他思鲊背斜核部地下水位明显回升,向斜东翼隧洞涌水量为13692.46m3/d,较全排水工况明显增大。  (5)研究区内受红层渗透性较弱的影响,地下水循环较慢,隧洞施工过程中产生的地下水渗流场变化具有一定的滞后性,因此封堵后地下水渗流场也很难在短时间内恢复到天然状态。
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