九绵高速公路白马隧道施工地下水环境负效应分析及对策研究

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中文摘要：我国正处在高速发展的进程当中，在西南地区有大量的隧道在建。隧址区地质环境复杂、自然环境敏感，施工过程中对环境保护的要求比较高，其中对地下水环境的保护是至关重要的一环。隧道施工揭露地下水容易打破地下水渗流场的平衡，长期疏干地下水使渗流场发生改变，进而导致地下水位下降、地面沉降、隧道涌突水和水质污染等环境负效应的发生。在对隧址区的自然环境造成影响的同时，也给人类生活、生产和隧道安全施工带来严重影响。白马隧道邻近自然保护区，具高埋深、高地应力、软弱围岩、构造发育和地下水环境敏感等特点。研究隧址区地下水环境负效应能够为隧道安全施工和环境保护提供指导方向，也为相似的隧道施工提供了指导性作用和安全保障。本文在总结国内外相关研究成果的基础上，开展了以下工作。进行现场踏勘，采取隧址区水样进行水化学分析，对白马隧道地下水环境现状进行评价，并采用地下水化学动力学法和水均衡法进行涌水量预测;基于实际案例分析出主要地下水负效应类型为隧道涌水，研究其造成的危害和形成机理;进行数值模拟，研究隧道施工涌水前后地下水渗流场变化规律并预测涌水量，与解析法涌水量预测结果对比分析;针对隧道涌水研究进行砂槽模型试验，模拟隧道围岩不同渗透率条件下水位降深、渗透系数和含水层厚度的相互关系;进一步提出关于现有地下水环境负效应的针对性防治意见。主要研究成果如下: （1）评价了白马隧道地下水环境现状，评价结果为良好，分析出白马隧道地下水环境负效应主要是隧道涌突水引发的围岩大变形。形成机理为围岩中地下水对岩体进行软化，隧道开挖后形成临空面，软弱围岩受地应力作用向隧道内挤压，在岩层面间产生了滑动面导致围岩大变形。（2）基于水化学分析数据预测涌水量的地下水化学动力学法，计算得隧道正常涌水量12303.1m3/d,最大涌水量24606.2m3/d，与传统的水均衡法相比较预测结果偏小。两者结果总体属于同一数量级，在可接受范围内，该方法可推广适用于非岩溶隧道的涌水量预测。（3）进行隧址区地下水渗流场数值模拟，建立了区域地质模型，研究了隧道贯通后有无止水措施的极端情况下，地下水分布、运动变化规律和隧址区地下水环境恢复情况。研究可得在隧道中部高埋深区域地下水水位受扰动较小，易于恢复;在隧道进出口浅埋深区域地下水水位受扰动大，地下水环境不易恢复;渗透率大的岩层位置水位降升比渗透率小的岩层大。在此基础上对隧道主要断层带位置涌水量进行预测，与水均衡法和水化学动力学法计算出的涌水量对比分析，预测效果良好。 (4）模型试验研究中，相同渗透系数条件下，隧道造成的水位降深随含水层厚度的减小，降幅明显变小;相同的含水层厚度，隧道造成的水位降深随着渗透系数的增大而增大。隧道开挖后的涌水量是随时间逐渐减小的，且含水层厚度越小、渗透系数越大越容易得到稳定的涌水量。 (5)依据地下水环境负效应影响分析研究结论，对依托工程提出了相应的对策措施。依据隧道埋深、地应力和构造带影响条件，划分了高、中、低风险区段，对各风险段提出了不同的防排水原则和防治措施。

作者：

张涛

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关键词：

公路隧道地下水环境涌水量预测对策分析负效应分析

授予学位：

硕士

学科专业：

地质资源与地质工程

导师：

黄璐；李苍松

学位年度：

2021

学位授予单位：

西南石油大学

语种：

中文

中图分类号：