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大型地下工程岩溶涌(突)水模式的水文地质分析及其工程应用

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大型地下工程岩溶涌(突)水模式的水文地质分析及其工程应用

王建秀1,杨立中1,何静2(11西南交通大学土木工程学院,四川成都　610031;21贵州地质工程勘察院,贵州贵阳　550008)

摘　要:大型地下工程中涌(突)水成灾的大部分属于岩溶涌(突)水。岩溶含水介质类型、岩溶蓄水构造与地下工程岩溶涌(突)水形式密切相关。本文首先将岩溶含水介质划分为快速紊流和缓慢渗流两大系统,分析了典型的岩溶蓄水构造及其对地下工程施工运营的影响,然后给出了大型地下工程中岩溶涌(突)水的典型模式,最后对岩溶区大型地下工程防水工作的程式进行了探讨。关键词:大型地下工程(广义);岩溶含水介质;岩溶蓄水构造;岩溶涌(突)水模式;隧道水害防治程式中图分类号:P6411134 文献标识码:A 文章编号:100023665(2001)0420049204

Abstract:Itisestimatedthatmostofthehazardscausedbyblow(bursting)inlarge2scaleundergroundengineeringtakeplaceincarbon2aterockdistributingarea.Karstaquiferstylesandhydro2geologicalstoragestructurealongundergroundengineering’saxisarevitalforKarstgroundwaterblow(burst)’spredication.SeveraltypicalstylesofKarstgroundwater’sblow(bursting)aresummariesdinthepa2per.Finally,theprocedureproposedforpreventingKarstgroundwater’sblow(bursting)isalsodiscussed.Keywords:large2scaleundergroundengineering(broadsense);karstcarbonateaquifer;karsthydro2geologicalstoragestructure;typicalstylesofKarstgroundwater’sblow(bursting);procedureforpreventingKarstgroundwater’sblow(bursting)

收稿日期:2000212225;修订日期:2001203215

基金项目:国家自然科学基金资助(No.49872082)作者简介:王建秀(19712),男,博士研究生,研究方向为隧道工程、新型支挡结构与地质灾害防治,已发表论文十余篇。

1　概论本文定义为各种目的在地面以下岩土中钻凿形成空间并加以利用的工程为广义上的地下工程,其中有以开发利用地下空间为目的的工程(如地下铁道、水电厂房等),有以开采地下资源为目的的工程(各种矿山井巷工程),有跨越各种自然或人工障碍物的地下工程(铁路、公路的越岭隧道),有以传输物质为目的的地下

工程(如水工隧洞中的输水隧洞),有以预防空袭为目的的地下工程(如各种人防工程,军事上的各种地下洞室等)。其中大型的地下工程,包括铁路隧道、公路隧道、水工隧洞及矿山井巷等普遍存在着地下水涌入或突入的问题,而大多数成灾的工程岩体主要为岩溶化岩体。如国内雅砻江二级电站施工探洞发生高达2m3Πs的岩溶大突水,冲毁了施工设施并废弃了一条施

工隧洞,广渝高速公路华蓥山隧道(长4.7km,Q

max=

686880m3Πd)、京广铁路南岭隧道(长6.06km,Qmax=81000m3Πd)、衡广复线大瑶山隧道(长14.295km,Q

max

=15000m3Πd)等都曾发生严重的岩溶突水涌泥事故,

造成了严重的经济损失。抗水压隧道止水失败或岩溶水流场受隧道施工扰动后大量排除,还可能产生一系列环境工程地质问题,如区域岩溶水(渗)流场改变、地表井泉干涸、地下水局部疏干、地面沉降、岩溶塌陷等。正确分析岩溶含水介质类型,岩体所处的蓄水构造部位,概括其共性并从水文地质角度归纳出典型的成因模式是合理选择工程线路,深入研究岩溶水运移规律,

认识突水本质进而有针对性地提出预测模型的基础,

具有重要意义。

2　岩溶含水介质的划分一般而言,岩溶化岩体是由裂隙发育的岩体演化而来,故其结构或多或少残留有裂隙岩体的特征。一般来说,岩溶化岩体为广义上的多重介质,其中既有岩块中的孔隙,分割岩块的裂隙,还有孔隙受岩溶化改造形成的溶孔、溶穴,裂隙溶蚀而成的溶隙,甚至还有宏观巨大的岩溶管道网络、溶潭、地下暗河、大厅等。由

・94・　2001年第4期水文地质工程地质 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.于岩溶化岩体中不同层次和不同规模的空隙和空间控水能力不同,地下水流态各异,可以对其进行不同层次和规模上的分类。按地下水在其中流态的不同,可以将岩溶化岩体分为快速紊流系统和缓慢流渗流系统。快速紊流系统在岩体中控水能力强,动态变化快,其运动多呈紊流状态,其运动和传输类似于管道流体或地表水体,在岩溶管道网络中运移的地下水可以采用混联管道网络系统中管道水力学理论进行模拟,而在地下暗河及转入地下的伏流中,地下水运动则具有地表水系统的特征。相对于快速紊流控水系统而言,缓慢渗流系统也在岩溶化岩体中广泛存在,由于其中地下水具有层流的特征,符合达西定律,只是渗透性和储水性优于一般裂隙岩体,可以采用一般的地下水渗流理论来描述和解释。E.T.Shuster、W.B.White(1969,1971),QwinlanEw2ers(1985),T.C.阿特金森(1985),J.F.quinlan(1990),陈雨孙、边际(1988)、邹成杰(1994)、陈崇希(1995)、何宇彬(1997)等都深入研究过岩溶含水介质的多重性,隧道围岩快速流紊流系统与缓慢流渗流系统及其过渡类型的划分可选用阿特金森的三端元分类(图1)。图1　快速流紊流系统与缓慢流渗流系统含水介质的三端元划分(据阿特金森,1985)Fig.1　Theclassificationofturbulentflowandseepage3　岩溶蓄水构造文献[1]从供水角度论述了岩溶蓄水构造的类型和实例,将岩溶蓄水构造分为裂隙岩溶蓄水构造、断层岩溶蓄水构造、地下河及管道蓄水构造、层间岩溶蓄水构造、侵入体岩溶蓄水构造、膏溶角砾岩蓄水构造、覆盖岩溶蓄水构造和隐伏岩溶蓄水构造。本文以此为依据论述地下工程围岩中几种常见的岩溶蓄水构造类型。3.1　裂隙岩溶蓄水构造裂隙岩溶是指地下水沿可溶岩层面裂隙和节理裂隙流动,由于地下水的溶解作用,扩大了这些裂隙的宽度,使得可溶岩岩层具有比较高的透水性和富水性,其特点是岩溶在岩层中分布比较均匀,岩层中没有大的岩溶管道和溶洞,但岩溶在岩层的某些部位比较发育,

在岩层的拗折部位和背斜构造的轴部,裂隙岩溶比较发育[1]。在褶皱形成过程中岩体中产生了大量具有方向性的破碎构造和层间错动等地下水的储存和运移的空间和通道,地下水后期对上述空间和通道的溶蚀,改造产生了大量大型空间和连通的管道网络,形成局部富水构造。如拟建渝怀铁路圆梁山隧道(全长111155km)要通过毛坝向斜段,地下水水头预计高达542m,为一典型裂隙岩溶蓄水构造,过高的水头压力和隧道涌水成为隧道能否成功修建的关键。3.2　断层岩溶蓄水构造断层面两侧岩石破碎,不仅是蓄水的空间,更是汇集附近岩体中孔隙水、裂隙水和岩溶水的通道。断层可分为张性、压性和扭性成因的断层。阻水断层分隔补给源和富水性不同的含水介质,常常形成断层分隔型的蓄水构造[1]。张性断层的断层带和两侧的影响带是地下水导水的通道和赋集的空间,压性和扭性断层的断层泥和糜棱岩及胶结紧密的影响带属于隔水层或弱透水带,而裂隙密集带则有利于地下水的赋集。我国的京广复线大瑶山隧道通过F

9断层,该断层是区域

性主干断裂,规模大,岩体破碎,含断层泥,上盘岩体挤压错动强烈,节理裂隙及低序次的断层很发育,岩体破碎,是强富水带,隧道通过此带时多次涌水;下盘为强烈片理化的泥灰岩、灰岩,裂隙多被方解石脉充填、胶结,除局部次级断层较破碎富水外,一般少水。断层带中一层厚约20～30m的断层泥构成阻水层,分隔上、下盘,构成富水程度不同的两个体系[5],为典型的断层分

隔型蓄水构造。3.3　地下河及管道蓄水构造岩层的层面和破碎带在地下水的溶蚀和侵蚀作用下,经过漫长的地质年代可以形成规模巨大的岩溶管道网络和地下河蓄水构造。地下河及岩溶管道蓄水构造富水性往往很不均匀,转入地下的地表水和汇集到岩溶管道及地下河系统中的地下水在管道网络及地下河系统中的运动多呈紊流。如广渝高速公路华蓥山隧道穿越碳酸岩地层的岩溶管道,局部被施工揭露后,蓄水构造中的地下水大量涌入,严重地威胁着隧道的运

・05・ 水文地质工程地质2001年第4期　© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

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海底隧道突涌水分析及应用研究【土木工程岩土工程专业优秀论文】

海底隧道突涌水分析及应用研究【土木工程岩土工程专业优秀论文】

３．３．２翔安隧道中突涌水风险预测根据第２章分析可知，在海底隧道的修建过程中，全强风化层、断层等不良地质段是其发生突涌水的风险位置，根据厦门翔安隧道的实际地质条件，在下面等不良地质地段存在着突水的风险。

３．３．２．１断层、风化深槽空间分布特征海域地震反射勘探发现并经地质钻探验证，隧址区呈北西及近南北向展布有四条基岩风化深槽，见图３．３。

其中：Ｆｌ基岩风化深槽位于Ｋ８＋３４４，走向北西２７６。

，宽约２０８ｍ，二长岩岩脉发育，北东侧球状风化严重，弱～微风化岩岩面形态复杂，旱锯齿状；Ｆ２基岩风化深槽位于ⅪＯ十４５０，走向北西３０４．５。

，宽约９５ｍ；Ｆ３基岩风化深槽位于ⅪＯ十６８６，走向北西３４５．５。

，宽约１４５ｍ；Ｆ４基岩风化深槽位于Ｋ８＋９４６，走向北西２９０。

，宽约１５５ｍ。

二长岩岩脉发育。

根掘风化深槽的空间分布特征，结合厦门区域地质资料对比研究推断：厦门东通道海底隧道分布的风化深槽是北西向浔江断层（Ｆ３，）的组成部分，为断裂破碎带加后期风化作形成。

图３．３厦门海底隧道断层、风化槽分布示意图Ｆｊｇ３－３ＰｏｓｊｔｉｏｎｏｆｆａｕＩｔｓａｎｄｄｅｅｐ帕ａｔｈｅｒｅｄｒｏｃｋ曲ｒｏｕｇｈｉｎＸｉａ—ｔＩ站ｎｕｎｄｅｒｓｅａｔｕｎｎｅＩ通过压水试验、并温及电阻率测并、岩体裂隙调查及渗透系数、渗透破坏试验，研究风化深槽的渗透性能。

风化深槽岩土体总体上属弱～微透水层。

水平方向上渗透性变化规律是：总体上透水性较弱，全、强风化层的渗透性Ｆｌ号深槽较Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４号深槽相对要小。

垂直方向上渗透性变化规律是：总体上透水性较弱，全、强风化层较弱，相对要大。

Ｆ１风化深槽深度５１．８０ｍ～５４．６０ｍ段；Ｆ４号风化深槽深度１３．３０ｍ～１９．３０ｍ、３０．３０ｍ～３２．４０ｍ段，Ｆ３风化深槽深度１６．ＯＯｍ～２３．ＯＯｍ段的透水性均较其它段略大。

综合测试与研究工作表明，风化深槽全～强风化带岩体渗透系数为ｌＯ—ｃｍ／ｓ级；弱风化带岩体渗透系数为ｌＯ—ｃｍ／ｓ级。

贵州某隧道岩溶水文地质条件及涌水量研究

贵州某隧道岩溶水文地质条件及涌水量研究

贵州某隧道岩溶水文地质条件及涌水量研究洪运胜【摘要】A designed tunnel in Guizhou lies in karstification region characterized by complicated geological condition. The present paper has a discussion on hydrogeological conditions, karstification, recharge, runoff and discharge of groundwater in the designed tunnel and calculates its water inflow by means of modulus of groundwater runoff and atmosphere precipitation infiltration way.%拟建隧道位于贵州岩溶地区，地质条件复杂，且隧道将横穿过一条地下河下方，隧道遭遇岩溶涌突水的危险性较大。

通过分析该隧道岩溶水文地质环境，论述了隧址区岩溶发育分布规律、岩溶水补径排条件，并采用地下水径流模数法和大气降水入渗法2种方法对比计算对隧道涌水量做出初步预测评价，为施工提供依据。

【期刊名称】《四川地质学报》【年(卷),期】2016(036)004【总页数】4页(P620-622,626)【关键词】岩溶;涌水量;大面坡【作者】洪运胜【作者单位】贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州遵义 563000【正文语种】中文【中图分类】P641大面坡特长隧道位于N 线走廊带上，隧道进口里程为NZK6+470，隧洞进口高程632.72m；出口里程为NZK13+360，洞口高程753m，全长6 890m。

大面坡特长隧道NZK10及KZK10横穿石朝向斜，该向斜两冀不对称，北西冀平缓，倾角15°～30°，南东冀陡倾斜，倾角20°～50°。

工程地质基础—地下水

工程地质基础—地下水

n Vn V
孔隙
岩石中的各种空隙 1.分选良好，排列疏松 的砂；2.分选良好，排 列紧密的砂
3.分选不良的，含泥、 砂的砾石；4.经过部分 胶结的砂岩
5.具有结构性孔隙的 粘土
6.经过压密的粘土
7.具有裂隙的岩石
8.具有溶隙及溶穴的可 溶岩
影响孔隙度大小的因素主要有：
颗粒排列方式 分选程度 胶结充填程度 结构及次生孔隙 分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大； 反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。
3.地貌条件：在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。 一般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层； 在山区一般很难储存大量的地下水。
4.人为因素：大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降； 修建水库，可促使地下水位上升。
(2)水循环的类型 根据水分循环的路径和规模，可分为两种：
◆大循环——海陆之间的水分交换过程，也称为海 陆间循环。 ◆小循环——水仅在海洋或陆地内完成的循环过程。
潜水与地表水补给的关系
(a) 潜水补给河流 (b)河流补给潜水
(c)单侧补给
潜水与地表水之间的关系
练习题一
1.某地区潜水等水位线图见下图。试确定
①河水与潜水之间的补排关系；
②A、B两点间的平均水力坡降
（A、B两点距离近似为60m）
③若在C点处凿井，多深可见
潜水面？
承压水
充满两个隔水层之间的含水层中的重力水。 含水层分区：补给区、承压区、排泄区、自流区、隔水顶板、隔水底板
H2S ： 一般存在于深部地下水中，在微生物作用下由硫 酸盐还原而形成。局部浅层地下水含有较多的H2S，并呈酸 性，对混凝土具有侵蚀性。
CO2 ：主要来源于土壤中有机质氧化产生的CO2，还有大 气中的CO2。深层地下水的CO2含量较高。含CO2较高的地下 水具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。
山区高速公路桥梁特长隧道水文地质问题分析

山区高速公路桥梁特长隧道水文地质问题分析

山区高速公路桥梁特长隧道水文地质问题分析摘要：高速公路由于线位选择的需要，往往穿越高山峡谷，以桥梁、隧道的形式通过，由于隧道深埋地下，水文地质条件对隧道的建设影响极大，甚至是隧道选址的关键因素。

基于此，本文对山区高速公路桥梁特长隧道水文地质问题进行分析，作出以下讨论仅供参考。

关键词：山区高速公路桥梁；特长隧道；水文地质问题引言随着我国高等级公路的进一步发展，隧道穿越岩容区是难以避免的。

尤其是岩溶发育强烈且复杂的地区，公路隧道的岩溶病害将更加突出，涌突水问题、空洞加固支护问题、围岩稳定问题、隧道开挖对地下水资源的影响破坏问题都是岩溶区公路隧道的难题。

由于公路各项工程措施均应尽可能地避开溶洞、暗河、溶蚀破碎带等不良区域，因此岩溶区公路选线也成为关键环节。

1水文地质的重要性如果想要深入的了解到水文地质问题，那么就需要参照工程地质勘察提出的具体要求，不仅仅要检查和岩土工程有关的水文和相关地质条件，同时还需要对于地下水为岩土体以及建筑物产生的不利地质作用进行有效的分析和研究以及适当的评价。

此外，因为人们对其给予的关注程度存在差异，因此经常会产生很多不同的问题。

所以，在具体进行工程勘察的过程中，要求对于所需要面对的水文地质产生的危害进行适当有效的分析，事先使用切实可行的措施对其给予科学防治，防止出现各种各样的负面的影响，除此之外还需要对于潜存的一些问题提出切实可行的预防措施。

及时的掌握与水文地质有关的技术，使用多种方法，使用多种相关仪器去精准的对主要的水文地质参数进行测量，不仅仅能够有助于快速勘查，还同时还能够更好的防止并且降低多种勘查过程中可能出现的危害。

所以，持续的运用勘查水文地质多方面条件，能够深入的认识并且分析隧道地质特征等与技术相关的条件，通过这样的方式对会对隧道开发建设的水文地质条件产生影响的内容进行深入并且客观的研究与分析，最终公示期能够得出勘查区相关的地质环境条件。

2隧道建设可能产生的水文地质问题分析2.1基岩裂隙潜水在水文地质勘探过程中，对于基岩裂隙的检测属于非常重要的环节。