外源补给型岩溶管道系统特征及隧道涌水条件研究——以利咸高速楼门隧道为例.pdf
《外源补给型岩溶管道系统特征及隧道涌水条件研究——以利咸高速楼门隧道为例.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《外源补给型岩溶管道系统特征及隧道涌水条件研究——以利咸高速楼门隧道为例.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第30卷第3期2023年 5月Vo l.30 No.3Ma y 2023妥全与环境工程Sa f et y a nd Env iro nment a l Enginee ring引用格式:於开炳,安祥龙,汤罗圣,等.外源补给型岩溶管道系统特征及隧道涌水条件研究以利咸高速楼门隧道为例m.安全与环境工 程,2023,30(3):100-108,117.Yu K B,An X L,Ta ng L S,e t a l.Ch a ra c t eris t ic s o f ext erna l rec h a rge k a rs t pipeline s ys t em a nd wa t er in
2、f lo w c o ndit io n 一 Ta k ing Lo u-men t unnel in Lixia n.expres s wa y a s a n exa mple J,Safety and Environmental Engineering,2023,30(3):100-108,117.外源补给型岩溶管道系统特征及隧道涌水条件研究以利咸高速楼门隧道为例於开炸,安祥龙2,汤罗圣1,蒋欣静3,李仲夏3*,杨赞3(1.湖北省交通规划设计院股份有限公司,湖北 武汉430051;2.河南省电力勘测设计院,河南 郑州450007;3.中国地质大学(武汉)环境学院,湖北 武汉430078)
3、摘要:为更加科学地预测岩溶隧道发生管道型突水时的涌水量,有效规避岩溶地区隧道施工过程中重大水害风 险,以利咸高速公路楼门隧道为例,结合野外水文地质条件调查、地下水示踪试验、高分辨率降雨-流量动态监测等 多种方法,通过查明研究区内岩溶管道系统地下水补径排条件、岩溶水系统边界条件,分析暗河管道的空间展布及 其与楼门隧道之间的空间关系,研究了外源补给型岩溶管道系统特征及隧道涌水条件,并根据高精度暗河出口流 量和降雨量观测数据,采用相关性分析法对楼门隧道涌水量进行了预测。结果表明:响水洞岩溶水系统内部发育 有两条岩溶管道(I号岩溶管道和H号岩溶管道),楼门隧道与I号岩溶管道在平面上相交,极有可能是隧道
4、突涌 水的主要来源;楼门隧道日最大涌水量达99 688 n?/d;建议从平、剖面上进一步优化线位,以规避重大岩溶突涌水 灾害。该研究结果可为楼门隧道工程的设计与施工安全提供地质依据。关键词:楼门隧道;外源补给型岩溶管道系统;管道型突涌水;涌水量预测;相关性分析中图分类号:X951;U453.6+1 文章编号:1671-1556(2023)03-0100-09 收稿日期:2022-08-07DOI:10.13578/ki.issn.1671-1556.20221064 开放科学(资源服务)标识码(OSID):Ch aracteristics o f External Rech arge Kars
5、t Pipeline System and Water Inflo w Co nditio n一 Ta k ing Lo umen Tunnel in Lixia n Expres s wa y a s a n Exa mpleYU Ka ibing1,AN Xia nglo ng2,TANG Luo s h eng1 JIANG Xinjing3,LI Zh o ngxia3*,YANG Yun3(1.Hubei Pro vinc e Transpo rtatio n Planning Co unsels Co.丄td.,Wuh an 430051,Ch ina.Henan Pro vinc
6、 ial Elec tric Po we r Surv e y Desig n Institute,Zh eng zh o u 450007 9Ch ina Sc h o o l o f Enviro nmental Stud ies,Ch ina University o f Geo sc ienc es(Wuh an),Wuh an 430078,Ch ina)Abst r ac t:To mo re s c ient if ic a lly predic t t h e wa t er inf lo w o f k a rs t t unnel a nd a v o id t h e m
7、a jo r wa t er inf lo w ris k during t h e c o ns t ruc t io n pro c es s,t a k ing Lo umen t unnel in Lixia n expre s s wa y a s a n exa mple9by t h e met h o ds o f f ield h ydro geo lo gic a l s urv ey9gro undwa t er t ra c e r t e s t,h igh-res o lut io n ra inf a ll f lo w dyna mic mo nit o rin
8、g,et c.,we s t udied t h e s upplement,runo f f a nd dra ining o f gro und wa t er,t h e c la s s if ic a t io n o f k a rs t wa t er s ys t em,t h e s pa t ia l dis t ribut io n o f undergro und riv er pipeline a nd t h e rela t io ns h ip wit h Lo umen t unnel in t h e s t udy a rea.Th e res ult s
9、 a re a s f o llo ws:t h ere a re t wo k a rs t pipelines(I a nd H)in t h e k a rs t wa t er s ys t em o f Xia ngs h ui c a v e.Th e t unnel int ers ec t s No.I k a rs t pipeline o n t h e pla ne,wh ic h is pro ba bly t h e ma in s o urc e o f wa t er inf lo w in t h e t unnel.Ac c o rding t o t h e
10、 h igh-res o lut io n o bs erv a t io n da t a o f dis c h a rge a nd ra inf a ll a t t h e o ut let o f t h e undergro und riv er,t h e c o rrela t io n a na lys is 基金项目:企事业单位委托科技项目(2022043010)作者简介:於开炳(1985),男,硕士,工程师,主要从事水文地质方面的研究。E-ma il:c ug51 163.c o m通讯作者:李仲夏(1990),男,博士,副教授,主要从事水文地质方面的科研和教学工作。E
11、-ma il;zh o ngxia _ lic ug.edu.c n第3期於开炳等:外源补给型岩溶管道系统特征及隧道涌水条件研究以利咸高速楼门隧道为例101met h o d is us ed t o predic t t h e wa t er inf lo w o f t h e t unnel,a nd t h e ma ximum wa t er inf lo w o f t h e t unnel is 99 688 m3/d.It is s ugges t ed t o f urt h er o pt imize t h e line lo c a t io n f ro m t
12、h e pla ne a nd pro f ile t o a v o id ma jo r k a rs t wa t er inf lo w.Th e res ea rc h res ult s c a n pro v ide geo lo gic a l ba s is f o r t h e des ign a nd c o ns t ruc t io n s a f et y o f Lo umen t unnel.Key wo r ds:Lo umen t unne l;ext erna l rec h a rge k a rs t pipeline s ys t e m;pipe
13、 t ype wa t er inf lo w;inf lo w predict io n;c o rrela t io n a na lys is我国西南地区碳酸盐岩地层分布广泛,岩溶现 象普遍,地表岩溶洼地、岩溶槽谷广泛分布,地下岩 溶管道、暗河、洞穴众多,岩溶地下水水量丰富且时 空上分布不均,暗河流量呈陡涨陡落的特点,极大地 增加了岩溶地区隧道工程发生突涌水灾害的风险,导致岩溶隧道突涌水事故时有发生口切,对工程建设 和人员安全构成了极大的威胁。因此,岩溶地区隧 道施工的水害问题已经成为制约工程安全和进度的 关键,岩溶地区隧道工程水害预测与防治对山区交 通建设具有重要的意义。岩溶隧道涌水量
14、预测的难点主要是在岩溶含水 层中孔隙、裂隙、管道三重介质并存勺,非均质性、各向异性高,现有的勘探技术和手段还不足以准确 地查明岩溶含水层的空间分布,相关水文地质概念 模型和数学模型还不能真实地刻画岩溶含水介质中 地下水的复杂运动特征凶。针对岩溶隧道涌水量预 测,众多学者经多年研究总结了多种预测方法诃,其中以解析法和数值法应用最为广泛:1115:o此外,一些学者也针对不同隧道条件提出了多种岩溶隧道 涌水量计算方法和预测模型,工程上常用的方法有 水文地质比拟法、水均衡法等。其中,水文地质比拟 法是将水文地质条件分析作为重点,详细论证岩溶 隧道之间的水文地质条件是否相似,需要开展大量 的调查、勘测及
15、分析工作匚如;水均衡法是以质量守 恒定律为理论基础,将隧道所在的岩溶区作为研究 对象,通过水量均衡方程来计算隧道涌水量匚卯。谢 伟等如主要基于裘布依理论公式对折多山隧道集 中涌水段涌水量进行了预测,以为隧道施工过程中 水害的防治提供依据;陈秀义匚闵利用大气降雨入渗 法、地下径流模数法以及地下水动力学法对六盘山 隧道涌水量进行了预测,并与隧道实际施工过程中 的涌水量进行了对比,进而评价了各种方法的适用 性以及存在的问题。岩溶隧道涌水量预测一直以来都是岩溶地区工 程施工的重点与难点,虽然不同的学者根据水文地 质条件的不同提出了不同的岩溶隧道涌水量预测公 式,但由于岩溶地区水文地质条件的差异较大,尤
16、其 是针对外源补给型岩溶管道系统特征识别及隧道涌 水量预测方面的工作还存在一些难点。因此,针对 非封闭流域岩溶水系统开展调查,揭示岩溶管道的 空间分布规律,对于岩溶地区隧道工程选线优化、避 免或减少岩溶隧道突水突泥灾害有重要的指导意 义。同时,在无法避免岩溶隧道突涌水灾害的情况 下,准确预测岩溶隧道突涌水可能发生的位置及涌 水量的大小等对岩溶地区隧道工程的正常施工、降 低施工风险也具有非常重大的意义。本文以利咸高速公路楼门隧道为例,结合野外 水文地质条件调查、地下水示踪试验、降雨-流量动 态监测等多种方法,通过查明研究区内地下水补给 来源、岩溶水系统边界条件、暗河管道空间展布及其 与楼门隧道之
17、间的空间关系,并通过长时间序列、高 分辨率的降雨-流量动态监测数据,利用相关性分析 法对楼门隧道涌水量进行预测,以为该隧道的安全 施工和突涌水灾害防治提供科学依据。1研究区岩溶水文地质条件概况利咸高速公路楼门隧道位于湖北省利川市沙溪 乡黄泥坝,该隧道呈SE-NW走向,全长为3 340 m,起点位于黄泥坝,进口里程桩号为K35+965,高程 为944.5 m,终点位于苏麻田河流北侧,出口里程桩 号为K39+305,高程为950 m,为单斜坡隧道。楼 门隧址及其附近岩溶发育程度高,地表水与地下水 转换迅速。研究区内主体构造为楼门向斜,向斜核部为二 叠系上统(巳)地层,翼部由二叠系下统栖霞组(Pig
18、)、茅口组(P仰)和志留一泥盆系(SD)地层组 成,向斜东翼被大沙溪断裂切割破坏,造成二叠系下 统茅口组地层直接与志留系地层接触(图1)。其 中,SD地层岩性以页岩、粉砂岩及石英砂岩为主,为区域隔水层;Pim地层岩性以厚-巨厚层灰岩为 主,地表岩溶洼地、槽谷地貌非常发育,地下发育大 型暗河和管道,岩溶发育程度强;Pig地层岩性以厚 层含炭质瘤状灰岩夹页岩为主,发育有岩溶泉、小型 溶洞,岩溶发育程度中等;巳地层岩性以中厚层硅 质灰岩及硅质岩、炭质页岩夹煤层为主,地层出露范 围较小,仅发育有少量溶蚀裂隙,岩溶发育程度弱。楼门隧道整体自北向南穿越二叠系下统栖霞-茅102安冬与琢境工裡 ht t p:
19、/水t aq.c bpt.c 第30卷PiQN堰河园火石域库,郁B江大沙溪、冢沟/受坝W匚2/断河力双河口/C黄马sD4.0 k m0 0.5 1.0 2.0强岩溶含水层中等岩溶含水层弱岩溶含水层|隔水层乙地质界线N断层 旦常年性河流 宜季节性河流岩溶洼地 PH岩溶管道及编号|H落水洞及编号 產暗河出口罟鲁|c a I 5 MC量 DI婶泉标高a地下水流向目含水系统回响水洞暗河岩溶水系统亟地层代号日剖面线m荧光素钠投放点I I荧光增白剂投放点n监测点u雨量监测站亘流量监测站口楼门隧道图1利咸高速公路楼门隧道区水文地质图Fig.1 Hydrog eolog ical map of Loumen
20、tunnel in Lixian expressway口组(P1Q+m)中等-强岩溶含水岩组构成的楼门向斜 岩溶汇水系统。区内地势整体东高西低,西侧堰水河 及其支流构成区内岩溶地下水的排泄基准;大沙溪断 裂以东志留一泥盆系碎屑岩区汇集的大气降水形成 地表径流,越过断裂进入西侧P,m强岩溶含水层 时,即通过落水洞潜入地下转为伏流,自北向南依次 发育土溪、张高坝、杀鸡洞、大沙溪4个伏流入口(表 1);区内岩溶地下水除接受大气降水的补给外,大沙 溪断裂东侧志留系砂页岩区的外源水也是重要来 源,受地形和构造的共同控制,岩溶地下水首先由楼 门向斜两翼向核部汇集,之后沿楼门向斜核部分别 往南北两侧径流,于
21、响水洞暗河和石门泉集中排泄 至堰水河及其支流,见图1。表1利咸高速公路楼门隧道区主要岩溶地下水点的高程 和流量一览表Table 1 List of elevation and flow of main karst g roundwater points in Loumen tunnel in Lixian expressway岩溶地下水点高程/m流量/(L si)土溪伏流入口1130100张高坝伏流入口995150杀鸡洞伏流入口995175大沙溪伏流入口910476响水洞暗河8351 000石门泉1 000202研究区岩溶管道分布特征分析研究区内共有4个伏流入口和2个岩溶地下水 集中排泄点,查
22、明这些伏流入口与排泄点之间的水 力联系是确定研究区岩溶管道空间分布、岩溶水系 统边界范围及其对楼门隧道影响的关键。根据研究 区水文地质调查,响水洞暗河是区内二叠系岩溶含 水层的主要排泄点,流量约为1 000 L/s,而石门泉 流量较小,约为20 L/s,上述伏流可能均属于响水 洞暗河系统,即两个岩溶水系统的边界可能位于土 溪伏流以北的马鞍山一带的地表分水岭。为此,本 研究开展了 2组地下水示踪试验,分别在最北端的 土溪伏流入口和最南端的大沙溪伏流入口投放荧光 素钠和荧光增白剂两种示踪剂,在响水洞暗河出口 和石门泉放置GGUN-FL24野外荧光示踪仪连续 监测示踪剂的浓度变化。研究区地下水示踪试
23、验结 果及管道参数,如表2所示。根据地下水中示踪剂浓度的监测结果,2组示踪 试验投放的示踪剂均在响水洞暗河出口出现响应,响 水洞暗河出口地下水中示踪剂浓度的变化曲线如图 2所示,而石门泉则未接收到示踪剂浓度异常。第3期於开炳等:外源补给型岩溶管道系统特征及隧道涌水条件研究以利咸高速楼门隧道为例103表2研究区地下水示踪试验结果及管道参数Table 2 Groundwater tracer test results and pipeline parameters in the study area试验组号示踪剂示踪剂示踪剂示踪剂距离/H1滞后时最快流速/平均流速/岩溶管道投放地点投放量/g监测地
24、点间/h(m h_ 1)(m )宜径/m1土溪伏流入口荧光素钠2 000响水洞暗河出口5 40053310.19.82.52大沙溪伏流入口荧光增白剂1 000响水洞暗河出口2 4008290.9240.05.8日期/(年月日)(a)土溪-响水洞暗河出口地下水中荧光素钠浓度的变化曲线1.8 r0总101.5 M趣201.2 褐-30毀一40塗0.9来您500.6 L 602021-03-31 2021-04-02 2021-04-04日期/(年月-日)(b)大沙溪响水洞暗河出口地下水中荧光增白剂浓度的变化曲线图2楼门隧道区响水洞暗河出口地下水中示踪剂浓度 的变化曲线Fig.2 Variation
25、 curves of tracer concentration in underg round water at the outlet of Xiang shui cave underg round river in Loumen tunnel由图2可见,2组示踪试验地下水中示踪剂浓 度的变化曲线均呈近似对称的尖瘦型单峰曲线,反 映响水洞暗河系统的岩溶管道化程度较高。其中,在土溪伏流入口投放荧光素钠533 h后,才在响水 洞暗河出口监测到地下水中示踪剂浓度异常,552.5 h之后地下水中示踪剂浓度快速达到峰值,平均流 速约为9.8 m/h;而大沙溪伏流入口投放荧光增白 剂8 h后,即在响水洞暗
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 补给 岩溶 管道 系统 特征 隧道 条件 研究 高速
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。