【摘要】：隧洞(道)工程的建設(shè)難度極具挑戰(zhàn)性,長距離、大埋深已成為未來地下結(jié)構(gòu)工程的新特點(diǎn)。突涌水是制約隧洞(道)工程安全建設(shè)的關(guān)鍵因素之一,因此研究超長、深埋隧洞突涌水災(zāi)害預(yù)判、預(yù)測(cè)問題具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。本文基于統(tǒng)計(jì)95例隧洞(道)突涌水案例,分析了突涌水災(zāi)害的影響機(jī)制。針對(duì)超長、深埋隧洞中突涌水災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境,結(jié)合突涌水災(zāi)害的致災(zāi)因素,構(gòu)建了超長、深埋隧洞突涌水災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。利用模糊層次分析法與云模型結(jié)合,建立了危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)價(jià)方法。對(duì)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果中高危險(xiǎn)區(qū)段利用ArcGIS與FLAC3D結(jié)合建立復(fù)雜的三維地質(zhì)模型,計(jì)算隧洞開挖過程中突涌水量。提出了先預(yù)判超長、深埋隧道中突涌水災(zāi)害的發(fā)生位置,評(píng)價(jià)突涌水災(zāi)害危險(xiǎn)程度,再縮小范圍定量預(yù)測(cè)突涌水量的方法,研究成果如下:(1)統(tǒng)計(jì)了95個(gè)隧洞(道)突涌水案例,經(jīng)分析得,涌水實(shí)例中長、特長隧洞(道)占72%,深埋隧洞(道)占53%,發(fā)生在可溶巖隧洞(道)中的涌水實(shí)例占比84.2%,非可溶巖占比15.8%。將突涌水的水源分為先導(dǎo)水源和補(bǔ)給水源:先導(dǎo)水源為致災(zāi)構(gòu)造中儲(chǔ)水;補(bǔ)給水源包括地表水系、降雨。先導(dǎo)水源中占比最大的突涌水量范圍,溶洞、暗河類比斷層、裂隙類高一個(gè)數(shù)晤級(jí)。同等情況的補(bǔ)給水源,對(duì)淺埋隧洞(道)的影響大于深埋隧洞(道),巖溶區(qū)大于非巖溶區(qū)。(2)構(gòu)建了超長、深埋隧洞突涌水災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,建立了一種突涌水災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)價(jià)方法,總結(jié)了危險(xiǎn)性等級(jí)對(duì)應(yīng)的突涌水量預(yù)測(cè)范圍,針對(duì)危險(xiǎn)性等級(jí)提出了建議性的處理及防治措施。研究成果應(yīng)用于引漢濟(jì)渭工程秦嶺輸水隧洞中,已開泛段(約70 km,截止2018年8月)中87.8%突涌水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)發(fā)突涌水情況吻合性較好,驗(yàn)證了該方法的可靠性。對(duì)秦嶺隧洞未貫通(約12 km,截止2018年8月)突涌水危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)預(yù)測(cè),為有效預(yù)防突涌水災(zāi)害發(fā)生奠定了基礎(chǔ)。(3)數(shù)值計(jì)算高危險(xiǎn)性區(qū)段K15+500～16+900開挖過程中的涌水量,隧洞最危險(xiǎn)點(diǎn)出現(xiàn)在K16+460～700范圍內(nèi),最大涌水量為4.33萬m3/d。當(dāng)隧洞開挖到斷層破碎帶時(shí),隧洞涌水量突然增加。數(shù)值結(jié)果與施工現(xiàn)場(chǎng)反饋涌水量對(duì)比,相對(duì)誤差絕對(duì)值在8.65%～49.3%之間,該方法的模擬精度滿足工程中突涌水計(jì)算的精度要求,主要優(yōu)點(diǎn)在于可計(jì)算開挖過程中的涌水量,可進(jìn)一步指導(dǎo)施工過程中處理及防治措施采用。
【圖文】：

背景及意義國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，諸如公路、鐵路、跨流域調(diào)水、水電站向崇山峻嶺、巖溶發(fā)育的西北、西南等地轉(zhuǎn)移，為解決西部地區(qū)交通、空分布不均和充分利用地形落差建設(shè)高水頭水力梯度發(fā)電站的問題，（道）需要建設(shè)，超長、深埋隧洞（道）已成為交通、水利、水電等設(shè)的關(guān)鍵控制性工程。截止 2017 年底，中國在建特長鐵路隧道 210 座劃特長鐵路隧道 353 座，總長 4962 km。公路隧道兩年來增加特長隧13 km。長距離輸水隧洞共 22 座，其中單個(gè)工程洞室總長度之和已超過長度已超過 80 km，洞室最大埋深超過 2500 km[1-3]。超長、深埋隧洞洞（道），所在區(qū)域通常經(jīng)過多次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，具有高地應(yīng)力、高水域廣，具有地形地貌復(fù)雜、斷層、褶皺、裂隙等不良地質(zhì)發(fā)育、地表。在施工過程中，極易發(fā)生重大地質(zhì)災(zāi)害，其中突水突泥是最具有挑戰(zhàn)1，，也是制約工程開挖進(jìn)度的關(guān)鍵因素之一[4]。

西安理工大學(xué)碩士表塌陷等次生災(zāi)害問題，造成經(jīng)濟(jì)損失，人員傷亡等危害，如圖 1-2（a）中引漢濟(jì)渭秦嶺輸水隧洞 2015 年 8 月 9 日出現(xiàn)大的涌水，嚴(yán)重影響工期；圖 1-2（b）宜萬鐵路中發(fā)生高壓涌水事故，幾十噸的設(shè)備被沖出幾米外，危及施工人員生命安全；圖 1-2 中（c）、（d）為貴南高鐵朝陽隧道 2018 年 6 月 10 日發(fā)生大的突涌水事故，事故設(shè)備沖毀、3 人死亡。故如何度過突涌水高發(fā)區(qū)，確保施工安全是要解決的重大難題之一。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV698.2

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本文編號(hào)：2663965