成兰铁路龙门山段水文地质条件及其对隧道工程的影响研究
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摘要
隧道涌突水是岩溶隧道工程中最典型、最重大的地质灾害形式之一,隧道的涌突水与隧道区的水文地质条件密切相关,对隧道区的水文地质条件研究历来受到重视,而隧道涌水量的计算和预测是隧道水文地质研究的重要内容。
本论文以成兰铁路龙门山段为研究背景,在广泛收集前人研究成果的基础上,结合野外地质-水文地质调查,运用水化学及同位素分析的方法,重点讨论了隧址区岩溶水文地质条件,划分了研究区岩溶水系统,并以邓家坪隧道为例,分析了隧道的涌水段位及涌水来源,对隧道的涌水量进行了预测和分段评价。通过各种方法综合分析,得出主要成果和认识如下:
(1)成兰铁路龙门山段位于龙门山构造带中段,构造复杂,碳酸盐岩地层发育。在构造作用下,地表岩溶以洼地、漏斗、落水洞为主,地下则有溶洞、暗河等存在。岩溶地下水受地质构造的控制,沿断裂带及其交汇部位、构造复合带、褶皱核部及岩溶管道系统形成地下水富集带。
(2)研究区地下水类型以碳酸盐岩裂隙溶洞水为主,含水介质按富水性可以分为强含水层、中等含水层及弱含水层。岩溶水化学类型主要为HCO3·SO4型和HCO3型,矿化度大都小于0.5 g/L。地下水同位素分析表明区内地下水接受大气降水及地表水混合补给。
(3)F8张性导水断裂对区内地下水有控制作用。区内各流域水量存在不均衡,各流域之间通过F8断裂存在水力联系。根据水化学和同位素特征,并结合地质条件分析认为,区内几个岩溶大泉是F8断裂与岩溶系统综合作用形成的。以地表分水岭、断裂带、隔水地层及河流为边界,研究区岩溶地下水系统可划分为15个二级子系统,文章着重研究了与邓家坪隧道相关的4个二级水系统的特征。
(4)分析研究表明,邓家坪隧道涌突水以断裂带涌突水和岩溶涌突水两类为主,涌水来源主要是岩溶地下水以及地表雎水河水。针对邓家坪隧道特征,选用了地下径流模数法、降雨入渗系数法、地下水动力学法及评分法对隧道涌水量的进行了预测。通过所选用预测方法的预测结果比较,选择出了恰当的预测涌水量,并对隧道涌水进行了分段评价。
The tunnel water gushing and bursting are one of the most typical and significantform of geological disasters in the karst tunnel projects, which are closely related tohydrogeology conditions in tunnel region. The research of hydrogeology conditionshas always been highlighted for special attention, calculation and prediction of waterinflow is brief contents of tunnel hydrogeological study.
The thesis is set in Longmen mountains section of Cheng-Lan railways. Based onwidely collecting the previous research results, combined with fieldgeology-hydrogeology investigation, made use of hydrochemistry and isotopic analysis,it lays stress on karst hydrogeology conditions, divides karst water system, andanalyses the location and source of water-gushing, predicts and section by sectionvaluates the water inflow about Dengjiaping tunnel.
Through each method, combining with synthetic analysis, it can conclude somemain achievements as follows:
(1) Longmen Mountain section of Cheng-Lan railway is located in middlelongmenshan structural belt, which characterized by complex structures and scalecarbonate formation. Under the action of structures, surface karst forms includedepressions, funnels, sinkholes, and underground karst forms are consist of karst caves,underground rivers. Karst groundwater enrichment zones are distributed mainly alongthe fault zones and their intersection part, compound structure belts, cores of folds andkarst passages under the control of geological structures.
(2) Groundwater types are comprised mainly of fracture-karst-cave water in carbonate rocks and aquifer mediums in terms of water abundance are divided intostrong karstic aquifer, midium aquifer and poor aquifer. Karst water chemistry typesfocus on HCO3·SO4 and HCO3 of which TDS is mostly less than 0.5 g/L. Isotopecharacteristics suggest that groundwater in the region is largely recharged byprecipitation mixing with surface water.
(3) Tensional fault F8 which is water-conductive has an important control on theformation of groundwater. There is unbalanced water amount of each basin and theyhave hydraulic connection through F8 fault. According to hydrochemistry and isotopefeatures, combined with geological conditions, it can hold that the genesis of severalkarst springs result for both F8 fault and karst system. The karst groundwater system inthe area can be divided into 15 secondary system bordering on ground watershed, fault,aquifug and river, meanwhile the article highlights the characteristics of 4 secondarygroundwater system correlating with Dengjiaping tunnel.
(4) It is showed that water gushing of Dengjiaping tunnel revolves around faultzone and karst system, whose most important source is karst groundwater and Jushuiriver wate. With respect to Dengjiaping tunnel features, the paper predicts water yieldin tunnel by means of groundwater runoff modulus method, precipitation rechargecoefficient method, groundwater dynamics and scoring method. With the comparisonof the results, appropriate water inflow is selected. And finally water inflow featuresare estimated section by section.
本论文以成兰铁路龙门山段为研究背景,在广泛收集前人研究成果的基础上,结合野外地质-水文地质调查,运用水化学及同位素分析的方法,重点讨论了隧址区岩溶水文地质条件,划分了研究区岩溶水系统,并以邓家坪隧道为例,分析了隧道的涌水段位及涌水来源,对隧道的涌水量进行了预测和分段评价。通过各种方法综合分析,得出主要成果和认识如下:
(1)成兰铁路龙门山段位于龙门山构造带中段,构造复杂,碳酸盐岩地层发育。在构造作用下,地表岩溶以洼地、漏斗、落水洞为主,地下则有溶洞、暗河等存在。岩溶地下水受地质构造的控制,沿断裂带及其交汇部位、构造复合带、褶皱核部及岩溶管道系统形成地下水富集带。
(2)研究区地下水类型以碳酸盐岩裂隙溶洞水为主,含水介质按富水性可以分为强含水层、中等含水层及弱含水层。岩溶水化学类型主要为HCO3·SO4型和HCO3型,矿化度大都小于0.5 g/L。地下水同位素分析表明区内地下水接受大气降水及地表水混合补给。
(3)F8张性导水断裂对区内地下水有控制作用。区内各流域水量存在不均衡,各流域之间通过F8断裂存在水力联系。根据水化学和同位素特征,并结合地质条件分析认为,区内几个岩溶大泉是F8断裂与岩溶系统综合作用形成的。以地表分水岭、断裂带、隔水地层及河流为边界,研究区岩溶地下水系统可划分为15个二级子系统,文章着重研究了与邓家坪隧道相关的4个二级水系统的特征。
(4)分析研究表明,邓家坪隧道涌突水以断裂带涌突水和岩溶涌突水两类为主,涌水来源主要是岩溶地下水以及地表雎水河水。针对邓家坪隧道特征,选用了地下径流模数法、降雨入渗系数法、地下水动力学法及评分法对隧道涌水量的进行了预测。通过所选用预测方法的预测结果比较,选择出了恰当的预测涌水量,并对隧道涌水进行了分段评价。
The tunnel water gushing and bursting are one of the most typical and significantform of geological disasters in the karst tunnel projects, which are closely related tohydrogeology conditions in tunnel region. The research of hydrogeology conditionshas always been highlighted for special attention, calculation and prediction of waterinflow is brief contents of tunnel hydrogeological study.
The thesis is set in Longmen mountains section of Cheng-Lan railways. Based onwidely collecting the previous research results, combined with fieldgeology-hydrogeology investigation, made use of hydrochemistry and isotopic analysis,it lays stress on karst hydrogeology conditions, divides karst water system, andanalyses the location and source of water-gushing, predicts and section by sectionvaluates the water inflow about Dengjiaping tunnel.
Through each method, combining with synthetic analysis, it can conclude somemain achievements as follows:
(1) Longmen Mountain section of Cheng-Lan railway is located in middlelongmenshan structural belt, which characterized by complex structures and scalecarbonate formation. Under the action of structures, surface karst forms includedepressions, funnels, sinkholes, and underground karst forms are consist of karst caves,underground rivers. Karst groundwater enrichment zones are distributed mainly alongthe fault zones and their intersection part, compound structure belts, cores of folds andkarst passages under the control of geological structures.
(2) Groundwater types are comprised mainly of fracture-karst-cave water in carbonate rocks and aquifer mediums in terms of water abundance are divided intostrong karstic aquifer, midium aquifer and poor aquifer. Karst water chemistry typesfocus on HCO3·SO4 and HCO3 of which TDS is mostly less than 0.5 g/L. Isotopecharacteristics suggest that groundwater in the region is largely recharged byprecipitation mixing with surface water.
(3) Tensional fault F8 which is water-conductive has an important control on theformation of groundwater. There is unbalanced water amount of each basin and theyhave hydraulic connection through F8 fault. According to hydrochemistry and isotopefeatures, combined with geological conditions, it can hold that the genesis of severalkarst springs result for both F8 fault and karst system. The karst groundwater system inthe area can be divided into 15 secondary system bordering on ground watershed, fault,aquifug and river, meanwhile the article highlights the characteristics of 4 secondarygroundwater system correlating with Dengjiaping tunnel.
(4) It is showed that water gushing of Dengjiaping tunnel revolves around faultzone and karst system, whose most important source is karst groundwater and Jushuiriver wate. With respect to Dengjiaping tunnel features, the paper predicts water yieldin tunnel by means of groundwater runoff modulus method, precipitation rechargecoefficient method, groundwater dynamics and scoring method. With the comparisonof the results, appropriate water inflow is selected. And finally water inflow featuresare estimated section by section.
引文
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