超长深埋隧洞（道）突涌水灾害危险性评价及水量预测方法

【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。