《某地區(qū)巖溶隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的實(shí)證研究16000字（論文）》

某地區(qū)巖溶隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的實(shí)證研究目錄第1章緒論 21.1研究背景和意義 21.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3第2章研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景 42.1工程區(qū)概況 42.2自然地理?xiàng)l件 52.3地形地貌 52.4地層巖性 52.5地質(zhì)構(gòu)造 62.6水文地質(zhì)特征 62.6.1地表水特征 62.6.2地下水特征 72.6.3地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄 7第3章巖溶隧道涌突水災(zāi)害影響因素分析 93.1概述 93.2巖溶涌突水災(zāi)害水源體蓄存類型 93.3隧道巖溶涌突水形式分類 103.3.1根據(jù)水文地質(zhì)條件 103.3.2根據(jù)隧道施工和涌突水發(fā)生的時(shí)間關(guān)系 113.4巖溶突水影響因素 113.4.1地層巖性 113.4.2地質(zhì)構(gòu)造 123.4.3地形地貌 133.4.4水文地質(zhì)條件 143.5大獨(dú)山隧道研究區(qū)涌突水災(zāi)害影響因素分析 153.5.1地層巖性因素 153.5.2地質(zhì)構(gòu)造因素 153.5.4水文地質(zhì)因素 15第4章大獨(dú)山隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng) 164.1概述 164.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立 164.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取 164.2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)量化取值及單指標(biāo)等級(jí)劃分 174.3評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分析法 21第5章大獨(dú)山隧道主要洞段涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 215.1大獨(dú)山隧道典型洞段基本地質(zhì)背景條件 215.2評(píng)價(jià)結(jié)果分析 265.2.1涌水量預(yù)測(cè)法驗(yàn)證 26參考文獻(xiàn) 28

第1章緒論1.1研究背景和意義進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)的綜合實(shí)力逐年提高。為縮小東西部發(fā)展差距，早日實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化，我國(guó)近些年在西部地區(qū)的投入越來越大，特別是大型土木工程和水利水電工程項(xiàng)目逐年增多。公路和鐵路作為現(xiàn)今主要的交通途徑，是西部大開發(fā)戰(zhàn)略中主要的建設(shè)項(xiàng)目，如川藏公路、青藏鐵路等，其可以拉近各地區(qū)人民的之間各方面的交流，對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)起到更好的刺激作用。但由于我國(guó)西部地區(qū)多山起伏，在這些區(qū)域建設(shè)交通線路時(shí)，通常會(huì)為了綜合考慮當(dāng)前造價(jià)、施工技術(shù)和長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益等因素而選擇建隧道來縮段交通距離。并且，隨著工程施工技術(shù)水平的不斷提升，長(zhǎng)大隧道和深埋隧道的項(xiàng)目數(shù)量逐漸增多。如，我國(guó)陜西省的秦嶺終南山公路隧道，全長(zhǎng)18.4km，是目前世界最長(zhǎng)的雙洞單向公路隧道，它的建成溝通了西安市長(zhǎng)安區(qū)青岔和商洛市柞水縣營(yíng)盤鎮(zhèn)，極大的方便了兩地的交通往來;挪威羅爾達(dá)隧道(24.5km)的建成使奧斯陸和卑爾根兩大城市間的交通時(shí)間縮短了一半;瑞士圣哥達(dá)隧道(16.32km)，連通了阿爾卑斯山脈南北部地區(qū)，方便了交通往來。長(zhǎng)大隧道建成后可以極大地方便兩地的交通，但必須面對(duì)和處理更加復(fù)雜的隧道工程地質(zhì)災(zāi)害問題。如2005年12月22日，四少I}都漢高速董家山隧道接連發(fā)生了塌方和瓦斯爆炸事故，最終導(dǎo)致44人死亡，11人受傷，多人因安全事故責(zé)任問題被追究刑事責(zé)任「1';2011年7月18日，遼寧省大連市勝利路南端南山隧道在施工過程中發(fā)生塌方事故;2016年1月18日，蘭新鐵路民和至樂都段張家莊隧道頂部出現(xiàn)裂痕，洞壁多處水泥塊掉落，導(dǎo)致蘭州往西寧、嘉峪關(guān)、烏魯木齊等方向的車次全部停運(yùn)。在各類隧道災(zāi)害事故中，隧道涌突水災(zāi)害事故是巖溶區(qū)隧道工程建設(shè)中重點(diǎn)災(zāi)害之一，也是我國(guó)西部地區(qū)隧道建設(shè)過程中面臨最多的隧道工程災(zāi)害問題。巖溶隧道涌突水災(zāi)害是指在隧道施工過程中，地下含水層被揭露，或者施工導(dǎo)致隔水板變薄，阻水能力減弱，地下水在水頭壓力作用下突破隔水層進(jìn)入隧道的現(xiàn)象「3,3]隧道涌突水災(zāi)害根據(jù)地下含水層情況的不同，具有不同的爆發(fā)規(guī)模，小則如滲水、滴水，大則如洪流，常伴有泥沙。由于隧道工程排水空間的限制，人員和設(shè)備的撤離空間有限，一旦發(fā)生涌突水災(zāi)害，將對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的損害。如2006年1月22日，宜萬鐵路馬麓青隧道在平行導(dǎo)洞進(jìn)行爆破后發(fā)生特大涌水事故，水量高達(dá)2米，洞外多處房屋和土地被沖毀;2007年8月5日宜萬鐵路野山關(guān)隧道在施工過程中突然爆發(fā)突水突泥，涌水量約4}5萬m3/h，造成52名施工人員被困，多臺(tái)設(shè)備被沖毀，最終導(dǎo)致10人死亡;2013年9月11日，岑水高速岑溪大隧道由于在開挖過程中揭露了導(dǎo)水?dāng)鄬?，使地表水和地下水大量涌入隧道，并因此引發(fā)了地表塌陷等次生災(zāi)害，嚴(yán)重影響了隧道的工期;2015年8月6日，四川省滬州市境內(nèi)敘大鐵路中壩隧道進(jìn)口左側(cè)導(dǎo)洞處在施工過程中發(fā)生了突水突泥事故，造成多名工作人員被困。從上述施工案例可以看出，在施工過程揭露的涌突水災(zāi)害多具有突發(fā)性，若沒有提前預(yù)防準(zhǔn)備，施工人員在災(zāi)害發(fā)生時(shí)很難在第一時(shí)間做出正確的處理措施，通常導(dǎo)致重大災(zāi)害事故。因此，加強(qiáng)巖溶區(qū)隧道涌水災(zāi)害的研究，并采用科學(xué)，先進(jìn)的隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)和危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法對(duì)隧道涌突水災(zāi)害進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，對(duì)保證隧道的安全施工有重要的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀巖溶又稱喀斯特(Karst)，是地表水和地下水對(duì)可溶性巖石(如碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等)進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，沖蝕、潛蝕及其引起的坍塌等物理作用為輔的作用過程及其結(jié)果。由巖溶作用所形成的地貌稱為巖溶地貌(喀斯特地貌)。巖溶突水是指巖溶區(qū)含水層地下水在水頭壓力作用下突破隔水層，或由于人類工程活動(dòng)直接揭露含水層，使得地下水流涌向巖體以外的空間，在隧道施工過程中極易發(fā)生。巖溶突水受到巖石力學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等多方面因素的共同作用，人們目前對(duì)其發(fā)生機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍存在許多不足。西方主要發(fā)達(dá)國(guó)家由于其國(guó)內(nèi)巖溶分布并不廣，且地質(zhì)條件相比于我國(guó)較為簡(jiǎn)單，因此國(guó)外學(xué)者對(duì)巖溶涌突水形成機(jī)理方面的研究并不多，主要由SalisM等(1983),KuznetsovSV等(1983)和WolkersdorferC等(1983)取得了一些研究成果。我國(guó)由于近年基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目較多，因此在涌突水災(zāi)害形成機(jī)理方面有較多的研究，主要以巖體裂隙水力劈裂、數(shù)值模擬和掌子面安全厚度三個(gè)方面的研究居多:如黃潤(rùn)秋等(2000以斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建了巖體裂隙在高水頭壓力作用下的破壞模型，對(duì)不同水頭壓力作用下巖體裂隙擴(kuò)展角的變化規(guī)律進(jìn)行了研究;李術(shù)才等用CT機(jī)實(shí)時(shí)掃描技術(shù)研究分析了巖體在不同水壓條件下裂隙破壞過程;王建秀等在石灰?guī)r水化作用和水力作用的基礎(chǔ)上，用斷裂力學(xué)理論和化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法建立了水化一水力禍合損傷模型，并通過一富水區(qū)隧道工程實(shí)例對(duì)演化模型進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算;謝興華(2004)在認(rèn)識(shí)到小規(guī)模構(gòu)造對(duì)涌水影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖體水力劈裂機(jī)理，對(duì)巖體裂縫擴(kuò)展果子進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并取得了一定的成果;李宗利等從斷裂力學(xué)角度對(duì)巖體裂紋面水力劈裂破壞模型與水壓力的關(guān)系進(jìn)行研究。風(fēng)險(xiǎn)(RiskDanger)是指某一事物由于外界或內(nèi)部因素導(dǎo)致某些損害的可能性。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)也稱安全評(píng)價(jià)或危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，它是在分析影響因素和造成研究對(duì)象損害關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘理論分析，對(duì)研究對(duì)象危險(xiǎn)性程度進(jìn)行分級(jí)研究。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)最早興起于20世紀(jì)初期的美國(guó)保險(xiǎn)行業(yè)，后來隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)生活過程中諸如火災(zāi)、爆炸、車禍等安全問題事故逐漸增多，人們開始意識(shí)到危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的重要性。近現(xiàn)代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以非線性數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型在各領(lǐng)域安全生產(chǎn)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方面得到了廣泛的運(yùn)用。如模糊故障數(shù)分析法、模糊綜合評(píng)判法、人工智能理論在地學(xué)領(lǐng)域，危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)理論被廣泛應(yīng)用于滑坡等地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域，如LiuZH等根據(jù)長(zhǎng)白山地區(qū)滑坡形成影響因素，采用關(guān)聯(lián)理論，對(duì)中國(guó)長(zhǎng)白山北坡進(jìn)行滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。在隧道工程中，隧道災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以對(duì)潛在的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)?？茖W(xué)系統(tǒng)的隧道災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是隧道工程能否順利安全進(jìn)行的關(guān)鍵。近年來，國(guó)外的隧道工程危險(xiǎn)性研究主要集中在隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)方面。在隧道工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面僅對(duì)一些具體技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析和探討，并沒有做系統(tǒng)的分析。目前，我國(guó)的隧道工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析主要以定性分析或者半定量分析的理論研究為主，并未形成成熟的參考規(guī)范，要想得到高可靠度的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，必須深入做更多的研究，特別是我國(guó)當(dāng)前在西部地區(qū)的隧道工程項(xiàng)目逐漸增多，復(fù)雜的區(qū)域地質(zhì)條件要求我們能夠更好地掌握預(yù)測(cè)工程災(zāi)害的方法。第2章研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景2.1工程區(qū)概況滬昆高速鐵路(滬昆客運(yùn)專線)是國(guó)家“四縱四橫”鐵路網(wǎng)戰(zhàn)略的一條重要的線路，東起上海虹橋站，途徑浙江、江西、湖南等主要南方省份，西至云南昆明站。線路全長(zhǎng)2264Km，建成后將是中國(guó)東西向線路里程最長(zhǎng)，途徑省份最多的高鐵線路。大獨(dú)山隧道位于貴州省關(guān)嶺布依族苗族自治縣境內(nèi)，是滬昆線貴州段一個(gè)重要的隧道工程項(xiàng)目，隧道全長(zhǎng)11.82Km，工程區(qū)地質(zhì)環(huán)境極其復(fù)雜，共穿越七條斷層，八處推測(cè)破碎帶，和一條暗河，且施工過程中揭露多處溶洞溶腔，發(fā)生多起涌突水災(zāi)害事故，被公認(rèn)為我國(guó)目前地質(zhì)條件最復(fù)雜的巖溶區(qū)高鐵隧道。2.2自然地理?xiàng)l件工程區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，其主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑，且春季少雨干燥，夏秋雨水集中，冬季陰雨多霧寡照。境內(nèi)年平均氣溫大約在15.40C-16.90C，其中一月份最低平均氣溫6.70C左右，7-8月最高，平均230C左右，個(gè)別年份曾出現(xiàn)極端天氣。關(guān)嶺縣降水充沛，并呈現(xiàn)不均勻分布，年平均降水量約為1205.1mm-1656.8mm。受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，使得區(qū)內(nèi)在全年各月份的降雨分布也不均勻，每年的4-9月為雨季，并且多集中在6-7月份。年平均蒸發(fā)量為1219.2mm，相對(duì)濕度為79%左右。境內(nèi)霜雪較少，年平均無霜期為310.6天，年平均積雪天數(shù)為1.6天，最多不超過3天。2.3地形地貌關(guān)嶺縣處于云貴高原向廣西方法傾斜的斜坡丘陵地帶，總體地勢(shì)由西北向東南方向逐漸降低。境內(nèi)山巒起伏綿延，海拔370m-1850m，平均海拔1000m左右。大獨(dú)山屬烏蒙山系，位于黔西高原與黔中丘陵過渡帶，屬構(gòu)造剝蝕一溶蝕中低山地貌，總體地勢(shì)由西北向東南逐漸降低，具有典型的構(gòu)造剝蝕一一溶蝕地貌特點(diǎn)。研究區(qū)最高海拔點(diǎn)位于營(yíng)盤山頂，海拔高程為1650.5m;最低海拔點(diǎn)為羅秧河處，694.20m。大獨(dú)山隧道工程區(qū)地面高程多為1000-1400m，區(qū)內(nèi)溶巖區(qū)和非溶巖區(qū)地貌各有差異，溶巖區(qū)地貌類型主要有低山一中低山溝谷、盲谷、槽谷、峰林峰叢一洼地和中盆地等;非可溶巖區(qū)地貌類型主要由低山一中低山溝谷、槽谷。2.4地層巖性關(guān)嶺縣境內(nèi)地層有第四系，三疊系，二疊系和石炭系，其中以三疊系地層為主，占全縣面積90%，中間缺失白至系和侏羅系，巖性主要以灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖為主，局部見玄武巖，大獨(dú)山隧道研究區(qū)隧道進(jìn)口及低洼槽谷、洼地和坡面上層主要以第四系坡積物、洪積物和殘積物為主，區(qū)內(nèi)其他地層由新到老主要為三疊系地層，分別有:竹桿坡段(T2Z)、楊柳井組(T2Y)、關(guān)嶺組獅子山段(T2g2)、關(guān)嶺組松子坎段(T2g1)、永寧鎮(zhèn)組第四段(T1Yn4)、永寧鎮(zhèn)組第三段(T1Yn3)、永寧鎮(zhèn)組第二段(T1Yn2)、永寧鎮(zhèn)組第一段(Tlyn1)和夜郎組(TiY)。2.5地質(zhì)構(gòu)造關(guān)嶺縣位于婭都一紫云斷裂、陸良斷裂和開遠(yuǎn)一平塘斷裂三處燕山期前古斷裂所包圍的三角地帶，屬黔西山字形構(gòu)造。研究區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆六盤水?dāng)嘞萜瞻残?gòu)造變形區(qū)，隧道位于法郎向斜北東翼和新場(chǎng)一九頭坡向斜南西翼，受褶皺擠壓作用，區(qū)域內(nèi)斷層發(fā)育，構(gòu)造條件極其復(fù)雜。大獨(dú)山隧道線路共穿越七條斷層和八個(gè)推測(cè)破碎帶。七條斷層分別為大新寨斷層、龍門地?cái)鄬?、跨巖斷層、大彎斷層、營(yíng)盤坡斷層、楊家沖斷層和永寧鎮(zhèn)斷層，對(duì)隧道涌突水災(zāi)害起主要控制作用。大新寨斷層為正斷層，屬區(qū)域大斷層分支，走向近SN，傾向NE，傾角80-850，區(qū)域上由郎家墳經(jīng)過玉碗井、大新寨，向東延出區(qū)外長(zhǎng)約3.4km，呈弧形，斷層破碎帶寬度約為50m.龍門地?cái)鄬訛檎龜鄬?，屬區(qū)域大斷層分支，走向近SN，傾向NE，傾角80-850，斷層兩側(cè)巖層有褶曲拖拉現(xiàn)象，斷層跨度約3.9Km，破碎帶寬度不詳。跨巖斷層為正斷層，屬區(qū)域性大斷層分支，走向NW，傾向NE，傾角75-850斷層北西側(cè)在白墳包一帶與小斷層相連，南東側(cè)與龍門地?cái)鄬酉噙B，斷層跨度約為3.7Km，破碎帶寬度約為71m。2.6水文地質(zhì)特征2.6.1地表水特征關(guān)嶺縣境內(nèi)有不同規(guī)模的河流28條，分屬東部、中部區(qū)域的打邦河流域和西南部地區(qū)的北盤江流域，河流總長(zhǎng)612.3km，河網(wǎng)密度0.46km/km2。打邦河常年水量充沛，河床水位高，落差集中，是區(qū)域地下水的重要補(bǔ)給來源;北盤江河流河床深切，水量雨季豐富，枯水期可能斷流，影響地下水補(bǔ)給量。大獨(dú)山隧道研究區(qū)地下水的排水基準(zhǔn)面是北盤江流域的羅秧河，河流總長(zhǎng)12km，平均流量1.03m3/s，主溝水量充沛，常年有流水，支溝枯水期斷流。地表水及地下水向河中排泄，加劇了隧道區(qū)地表溶蝕的發(fā)育。2.6.2地下水特征關(guān)嶺縣境內(nèi)碳酸鹽巖分布廣泛，區(qū)內(nèi)地下水存儲(chǔ)環(huán)境根據(jù)巖層類型可分為第四系松散土層孔隙水、碳酸鹽巖裂隙溶洞水和碎屑巖夾碳酸鹽巖巖溶裂隙水。第四系松散層孔隙水含水層是指賦存于第四系土層中的地下水，含水層主要以第四系殘積物和坡積物為主，富含粘土、碎石、砂、礫石等。巖層厚度不大，含水量較小，對(duì)隧道影響不大。碳酸鹽巖類巖層中的節(jié)理裂隙在巖溶水的作用下形成溶槽、溶蝕洼地、落水洞等巖溶地貌，這些巖溶地貌為地下水提供了存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)于這些溶洞、洼地空間內(nèi)的地下水稱為碳酸鹽巖裂隙溶洞水，多見于灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r等巖層中。在大獨(dú)山隧道研究區(qū)主要含水層有永寧鎮(zhèn)組一段、三段和四段，關(guān)嶺組二段、楊柳井組和竹桿坡組。在深埋巖層中通常形成復(fù)雜的巖溶管道，地下水含量較豐富，局部地段出露巖溶大泉，和地下暗河深切，對(duì)隧道影響較大。碎屑巖夾碳酸鹽巖層中由于相對(duì)隔水層的限制作用，影響地下水的補(bǔ)給，且地下水在接受補(bǔ)給后主要沿著溶蝕裂隙運(yùn)移。地下水鮮有出露地表，巖層富水性一般為弱一中等富水。在大獨(dú)山隧道研究區(qū)主要含水層有夜郎組、永寧鎮(zhèn)組二段、關(guān)嶺組一段等的灰?guī)r、白云巖、和泥質(zhì)白云巖等組成的含水巖組中。在大獨(dú)山隧道研究區(qū)各含水層中，巖溶化程度較高，多見溶蝕洼地、落水洞、溶洞等溶蝕地貌，地表負(fù)地形面積比較大，植被發(fā)育，有利于大氣降水的補(bǔ)給，地下水含量豐富，巖溶管道復(fù)雜，多處有巖溶泉水和暗河出露。2.6.3地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水補(bǔ)給和部分山區(qū)溝谷地表水補(bǔ)給。在可溶巖地區(qū)，大氣降水和地表水通過落水洞、漏斗、溶洞和巖溶管道等連接地下空間和地表的通道進(jìn)入地下，補(bǔ)給地下水;在非可溶巖地區(qū)，大氣降水和地表水主要通過巖體中貫通地表與地下空間的裂隙進(jìn)入地下空間，補(bǔ)給地下水。區(qū)內(nèi)地下水徑流方式受巖性分布的影響:在灰?guī)r區(qū)，巖體中復(fù)雜的巖溶管道、溶孔等空間給地下水提供了運(yùn)動(dòng)和存儲(chǔ)環(huán)境，并且通常在可溶巖和非可溶巖接觸帶存在地下水向地表水排泄的通道。在局部河谷、可溶巖與非可溶巖接觸帶可見地下暗河和巖溶泉水的地下水排泄口。研究區(qū)根據(jù)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境背景和巖層富水程度，可將研究區(qū)劃分為納丙寨水文單元、永寧鎮(zhèn)一綿羊坡水文單元和老鷹巖一舊營(yíng)水文單元，三個(gè)二級(jí)水文單元。其中，再根據(jù)地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄類型特征，可將永寧鎮(zhèn)一綿羊坡水文單元細(xì)分為永寧鎮(zhèn)子系統(tǒng)和綿羊坡斷層帶子系統(tǒng);老鷹巖一舊營(yíng)水文單元可以細(xì)分為老鷹巖子系統(tǒng)和舊營(yíng)子系統(tǒng)。納丙寨水文單元的地下水補(bǔ)給主要來自其北部和西部水文單元，沿著槽谷，地下巖溶網(wǎng)絡(luò)，向東南方向排泄。永寧鎮(zhèn)子系統(tǒng)中的地下水主要來自北部高山地表水和基巖裂隙水補(bǔ)給，并沿著區(qū)內(nèi)溝谷向南部徑流排泄。綿羊坡斷層帶子系統(tǒng)北高南低，北西向斷層密集發(fā)育。系統(tǒng)內(nèi)可溶巖層主要有永寧鎮(zhèn)組第四段、第三段、第一段和楊柳井組，僅在東瓜林處出露有非可溶巖巖組一永寧鎮(zhèn)組第二段。地表巖溶發(fā)育，分布有串珠狀洼地、溶洞、落水洞和石芽。區(qū)內(nèi)巖層以北西向?yàn)橹?，槽谷、洼地多為南北向分布。區(qū)內(nèi)在北西向發(fā)育多處斷層，巖體結(jié)構(gòu)多較破碎。地下水補(bǔ)給主要來自大氣降水和北部山區(qū)地表水和串珠狀巖溶洼地地下水的補(bǔ)給，并沿著區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造帶徑流，在張家寨暗河處出露。地下水徑流途徑較短，地下巖溶管道大魚。地下暗河在出露地表后，最終流入黑牛凹處的一落水洞。在該落水洞處發(fā)育有一處北北西向斷層，水流在流入暗河溶洞后沿著一處洼地順著永寧鎮(zhèn)組第一段地層，在冬瓜林處流出。老鷹巖子系統(tǒng)地勢(shì)由北向南逐漸降低，區(qū)內(nèi)地表水和地下水由溝谷或地下暗河，向羅秧河排泄。系統(tǒng)內(nèi)巖層主要有關(guān)嶺組二段和夜郎組巖層。區(qū)內(nèi)多處分布有洼地、落水洞等巖溶地貌。在大獨(dú)山半坡位置，出露多處泉點(diǎn)，分布分散，涌水量較小。有一地下暗河出口位于下九達(dá)寨北東側(cè)，該處巖層為厚層壯灰?guī)r，高程位置越位7_57m，與北盤江高差約為200m。區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給主要來自大氣降水和東部山區(qū)地表水和成片洼地地下水的補(bǔ)給。舊營(yíng)子系統(tǒng)地下水主要老子單元內(nèi)北部高山地表水和巖溶洼地地下水的補(bǔ)給，沿近東西向槽谷徑流，在舊營(yíng)部分地區(qū)以上升泉的方式排泄，其他大部分排泄于向谷日河。第3章巖溶隧道涌突水災(zāi)害影響因素分析3.1概述巖溶又稱喀斯特(Karst)，是可溶巖地區(qū)碳酸鹽巖和地表水或地下水之間長(zhǎng)期復(fù)雜的物理作用和化學(xué)作用的過程和結(jié)果，由此形成的地貌稱為巖溶地貌，其在世界各地均有分布。中國(guó)碳酸鹽巖廣泛分布，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)境內(nèi)碳酸巖系分布總面積可達(dá)200萬平方公里，其中出露地表的約占中國(guó)國(guó)土面積的130700區(qū)域上以西南各省地區(qū)為主要分布區(qū)，此外太行山區(qū)、魯中及晉西北、昆侖山脈及黃淮海平原等地也有大量分布。3.2巖溶涌突水災(zāi)害水源體蓄存類型巖溶地區(qū)由于巖性、巖體結(jié)構(gòu)面多樣性、地表水和地下水溶蝕能力和巖體地下水作用時(shí)間等因素之間的差異，導(dǎo)致不同地區(qū)巖溶發(fā)育會(huì)有很大區(qū)別:小的如溶孔、溶隙等，大的如溶潭、大型巖溶管道等。這也最終導(dǎo)致巖溶區(qū)巖溶水蓄存形式的多樣性。1)裂隙巖溶蓄水型溶巖區(qū)巖體中的裂隙構(gòu)造易形成與地表或地下含水層連通的裂隙管道，地表水或地下水可以通過這些裂隙管道存儲(chǔ)在巖體中。并且可溶巖中的節(jié)理裂隙構(gòu)造通常有利于地下水的流通，許多結(jié)構(gòu)面多處于地下水、空氣三相接觸狀態(tài)。巖體結(jié)構(gòu)面在與水和空氣經(jīng)過多年的相互作用，會(huì)使原本細(xì)小的裂隙變成較大的蓄水空間。2)溶腔溶潭蓄水型在強(qiáng)巖溶區(qū)，巖層潛藏的溶腔或溶潭往往蓄存有大量靜態(tài)水，當(dāng)其與地下暗河或地表水系連通時(shí)，將形成龐大的水源補(bǔ)給系統(tǒng)。如宜萬鐵路馬鹿籌隧道在施工時(shí)就曾揭露大型溶腔，并由此引發(fā)了重大涌突水災(zāi)害事故。3)斷層蓄水型斷層構(gòu)造區(qū)域巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，可以形成許多導(dǎo)水管道，并且提供較大的蓄水空間。此外，斷層可以連通巖體中的某些裂隙，使裂隙水匯聚到一起。巖溶區(qū)活斷層派生構(gòu)造帶和膠結(jié)帶往往容易形成典型的斷層含水構(gòu)造。如大瑤山隧道在揭露F9斷層時(shí)，發(fā)生了多次涌水災(zāi)害。4)地下暗河及巖溶管道蓄水型巖層中的層面，節(jié)理裂隙和破碎帶等在地下水的長(zhǎng)期溶蝕和沖刷作用下會(huì)形成地下暗河和復(fù)雜的巖溶管道網(wǎng)絡(luò)，為地下水提供蓄水空間。5)層間巖溶蓄水型在巖層中含有砂巖或頁(yè)巖等隔水巖層時(shí)，由于非可溶巖的阻水作用，會(huì)使地下水流經(jīng)這些區(qū)域時(shí)產(chǎn)生聚集現(xiàn)象，若非可溶巖在巖層空間中可以構(gòu)成“凹”形結(jié)構(gòu)，則可謂巖溶水提供存儲(chǔ)空間。6)組合型巖溶蓄水類型由于巖體中裂隙結(jié)構(gòu)的多樣性，導(dǎo)致巖溶區(qū)的地下水系統(tǒng)往往具有復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得各蓄水體之間存在一定的水力聯(lián)系，許多涌突水災(zāi)害發(fā)生時(shí)其水體可能來自多種蓄水形式。3.3隧道巖溶涌突水形式分類3.3.1根據(jù)水文地質(zhì)條件從水文學(xué)角度分析，巖溶隧道涌突水災(zāi)害可以分為滲漏型突水型，施工穿越隔水?dāng)鄬油凰?，水力劈裂突水型，施工揭露充水巖溶管道網(wǎng)絡(luò)突水型和底膨破壞性突水型。滲漏型突水在地下工程施工中非常常見，它是指隧道開挖過程中，地表水或巖層中的地下水順著巖層中的裂隙匯聚到隧道圍巖，然后以水滴或小股流的形式進(jìn)入到隧道空間中，對(duì)隧道和地下工程的施工影響較小。巖層中隔水?dāng)鄬觾蓚?cè)的地下水水位往往存在一定的水頭差，施工穿越隔水?dāng)鄬油凰怯捎谒淼赖拈_挖導(dǎo)致隔水?dāng)鄬拥钠茐?，連通了斷層兩側(cè)的水文單元，在巨大的水頭壓力作用下，地下水涌入隧道，造成災(zāi)害事件。水力劈裂突水是由于隧道開挖過程會(huì)造成隔水巖層厚度變化，進(jìn)而造成應(yīng)力重分布，當(dāng)?shù)叵滤畨毫Υ笥诟羲畤鷰r強(qiáng)度時(shí)，隔水巖體可能產(chǎn)生劈裂破壞，進(jìn)而導(dǎo)致地下水涌入隧道中，造成災(zāi)害事故。水力劈裂突水由于爆發(fā)突然，具有極強(qiáng)的破壞力。施工揭露充水巖溶管道網(wǎng)絡(luò)突水是由于隧道開挖導(dǎo)致地下巖溶管道與隧道洞腔連通，地下水通過連通的管道涌入隧道中，從而造成隧道施工災(zāi)害事故。底膨破壞突水是由于隧道開挖導(dǎo)致承壓水的上層隔水板變薄，地下水在水壓作用下突破上層隔水頂板，涌入隧道，造成災(zāi)害。3.3.2根據(jù)隧道施工和涌突水發(fā)生的時(shí)間關(guān)系根據(jù)隧道施工和突水發(fā)生的時(shí)間關(guān)系，可以將巖溶隧道涌突水災(zāi)害分為，突發(fā)型、緩發(fā)型和滯發(fā)型:突發(fā)型涌突水是指隧道施工過程中爆破一結(jié)束即發(fā)生涌突水，具有爆發(fā)突然，破壞力強(qiáng)等特點(diǎn);緩發(fā)型涌突水是指在爆破結(jié)束一段時(shí)間后發(fā)生的，涌突水速度相對(duì)較緩慢的突水類型;滯發(fā)型涌突水是指隧道開挖后，由于隔水巖層持續(xù)應(yīng)力變化，最終導(dǎo)致地下水突破隔水板造成涌突水災(zāi)害，具有規(guī)模大，破壞力極強(qiáng)等特點(diǎn)，發(fā)生時(shí)間多為隧道開挖后幾個(gè)月甚至更長(zhǎng)。3.4巖溶突水影響因素巖溶隧道涌突水災(zāi)害的形成及其涌突水規(guī)模、涌突水類型是研究區(qū)多種因素共同作用的結(jié)果。根據(jù)己有的研究成果，巖溶隧道涌突水災(zāi)害的影響因素主要包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、水文地質(zhì)條件和其他不良地質(zhì)條件等因素。3.4.1地層巖性地層巖性是巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，其直接影響著巖溶的發(fā)育程度和速度，且主要由巖石的類型和結(jié)構(gòu)特性兩方面決定。就可溶巖中的碳酸鹽類巖石而言，其可根據(jù)方解石和白云石等礦物成分在巖石中的含量劃分為石灰?guī)r類(方解石>50%)、白云巖類(白云石>50%)和過渡類型，碳酸鹽類巖石的溶水能力主要由方解石的含量決定，方解石含量越多，越易溶于水。因此，在灰?guī)r區(qū)更加有利于巖溶的發(fā)育。碳酸鹽類巖石的結(jié)構(gòu)特性對(duì)巖溶發(fā)育的影響主要體現(xiàn)在礦物顆粒大小和結(jié)構(gòu)孔隙率。當(dāng)?shù)V物顆粒較小且孔隙率較大時(shí)，礦物晶粒與水接觸機(jī)會(huì)和巖石的吸水率較大，增加了巖溶水與巖石中易溶礦物的接觸，從而有利于巖溶的發(fā)育。在碳酸鹽巖中，常見的結(jié)構(gòu)有粒屑結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)、亮晶結(jié)構(gòu)、生物骨架結(jié)構(gòu)和重結(jié)晶交代等數(shù)種。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，溶巖不同巖石結(jié)構(gòu)對(duì)巖溶發(fā)育由易到難依次排序?yàn)?生物碎屑結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)、粒屑結(jié)構(gòu)、亮晶結(jié)構(gòu)和粗晶結(jié)構(gòu)，且晶粒越細(xì)小越有利于巖溶發(fā)育。此外，巖層的厚度和產(chǎn)狀等因素對(duì)巖溶的發(fā)育也會(huì)產(chǎn)生影響。在溶巖地區(qū)，巖層厚度越大，巖層中的碳酸鹽類巖石所含雜志越少，越有利于巖溶的形成。巖層的產(chǎn)狀主要決定著地下水的滲流規(guī)律，在巖層中往往順層方向節(jié)理裂隙比較發(fā)育，且滲透率遠(yuǎn)高于垂直巖層面的方向，更有利于地下水的滲透，進(jìn)而決定了巖溶的發(fā)育規(guī)律和特征。另外，在不同巖層的接觸帶是典型的巖溶易發(fā)區(qū)，常常造成大規(guī)模溶蝕現(xiàn)象。3.4.2地質(zhì)構(gòu)造地殼由于地質(zhì)構(gòu)造作用會(huì)導(dǎo)致原本完整的巖層或巖體發(fā)生變形或破裂，在巖層中留下斷層、褶皺和節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造痕跡。這些構(gòu)造痕跡的存在改變了巖層中地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而在不同程度上影響著巖溶的發(fā)育:1)斷層構(gòu)造巖體中的斷層構(gòu)造由于破碎帶中大量裂隙的存在，為地下水提供了良好的運(yùn)移通道和存儲(chǔ)環(huán)境?？梢哉f區(qū)域地下水的分布規(guī)律受區(qū)域斷層的分布影響很大，進(jìn)而決定這區(qū)域巖溶的發(fā)育特征和分布規(guī)律。如，湖北宜昌某地巖溶溝谷、溶盆等巖溶地貌主要沿著區(qū)域構(gòu)造的分布區(qū)分布。本文根據(jù)不同受力狀態(tài)下形成的斷層:張性斷層、壓性斷層和扭性斷層三個(gè)方面介紹不同斷層類型對(duì)區(qū)域巖溶發(fā)育的影響。張性斷層是指受水平拉張地應(yīng)力作用而形成的斷層，多表現(xiàn)為正斷層。斷裂面通常具有形狀不規(guī)則、表明粗糙的特點(diǎn);構(gòu)造巖多以角礫巖為主，且大小懸殊，無定向規(guī)則排列，結(jié)構(gòu)疏松，裂隙率高，有利于巖溶水的穿流。張性斷層是非常有利的巖溶作用場(chǎng)所。壓性斷層是指在擠壓應(yīng)力作用下而形成的斷層，多表現(xiàn)為逆斷層(包括沖斷層、逆掩斷層、輾掩斷層)。其斷裂面往往程舒緩波狀，且寬度大，通常為區(qū)域性大斷層。斷層中的構(gòu)造巖以角礫巖、糜棱巖、斷層泥為主，有時(shí)可見構(gòu)造滑鏡體。斷層中的構(gòu)造巖通常呈致密膠結(jié)狀態(tài)，孔隙率較低，不利于地下水流通。因此，壓性斷層中的巖溶化程度相對(duì)較弱。扭性斷層是指受剪應(yīng)力作用而形成的斷層，多表現(xiàn)為平移斷層。其斷層面通常光滑、平整，有時(shí)呈鏡面出現(xiàn)。構(gòu)造巖可見角礫巖與糜棱巖，并具有偏離花的窄帶。斷層產(chǎn)狀平穩(wěn)，斷層線近平直，斷層面多陡傾或近直立，延伸較深較遠(yuǎn)，有利于巖溶水向地下深處流動(dòng)，易形成一些規(guī)模較大的溶洞和廊道。2)褶皺褶皺不同部位由于受力條件和變形結(jié)果不一樣，導(dǎo)致不同位置巖體的裂隙發(fā)育程度有所差異。本文從褶皺核部、轉(zhuǎn)折部位和翼部三個(gè)角度介紹褶皺構(gòu)造對(duì)巖溶發(fā)育的影響。背斜軸部通常為分水嶺地段，在巖溶水系統(tǒng)中一般屬于補(bǔ)給部位。該區(qū)域由于張應(yīng)力的作用，張節(jié)理發(fā)育，有利于雨水或地表水沿著這些裂隙運(yùn)動(dòng)，對(duì)可溶巖層進(jìn)行侵蝕、運(yùn)移，易形成落水洞、漏斗、洼地等，其通常與構(gòu)造軸線一致呈帶狀分布。向斜軸部易富集地下水，在巖溶地下水系統(tǒng)中易形成聚水區(qū)。并且，由于軸部層間裂隙發(fā)育，給巖溶水的水平運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造非常有利的條件，有利于巖溶水向地表河流排泄，因此又是巖溶水系統(tǒng)的排泄區(qū)。同時(shí)，巖溶區(qū)軸部的垂向裂隙在長(zhǎng)期水流溶蝕作用下易形成漏斗、落水洞等巖溶區(qū)垂直地貌形態(tài)。3)節(jié)理裂隙節(jié)理裂隙是巖層中最常見的地質(zhì)構(gòu)造，它對(duì)巖溶發(fā)育的影響主要由結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度，節(jié)理寬度等因素決定。巖體中結(jié)構(gòu)面越發(fā)育，節(jié)理開口和寬度越大，越有利于地下水與溶巖發(fā)生巖溶作用，對(duì)巖溶發(fā)育越有利。3.4.3地形地貌地形地貌對(duì)巖溶發(fā)育特征的影響主要體現(xiàn)在其對(duì)地表水和地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，首先地形線的形態(tài)決定著巖溶區(qū)匯水范圍和水源補(bǔ)給能力，匯水面積大，水源補(bǔ)給來源多，匯集水量就越大。更有利于巖溶的發(fā)育。其次，地面的坡度和起伏情況影響著水流的速度和滲透量，坡度越陡，水流速度越大，對(duì)地表水向地下巖層的滲透越不利，巖溶發(fā)育越弱;坡度越緩，水流速度越小，對(duì)地表水向地下巖層的滲透越有利，巖溶發(fā)育越強(qiáng)。此外，巖溶區(qū)某些特有地貌如，巖溶洼地、落水洞等負(fù)地形區(qū)通常與地下水系統(tǒng)存在連接通道，并且在雨季時(shí)容易使雨水在這些地方匯集，使得此類地貌區(qū)間內(nèi)的巖溶發(fā)育程度與其他凸地形區(qū)的發(fā)育程度差異越來越大。3.4.4水文地質(zhì)條件巖溶隧道涌突水災(zāi)害的水文地質(zhì)條件主要包括地下水的水力學(xué)特性和地下水對(duì)隧道圍巖的侵蝕能力。其中，地下水的水力學(xué)特性主要與地下水水位線和隧道埋深位置有關(guān);而地下水對(duì)隧道圍巖侵蝕能力主要與隧道洞軸線所在的的巖溶水動(dòng)力分帶有關(guān)。不同的巖溶水動(dòng)力分帶，地下水的活動(dòng)規(guī)律不同，我國(guó)學(xué)者在研究巖溶區(qū)地下水動(dòng)力規(guī)律時(shí)通常根據(jù)巖層剖面至上而下可以劃分為表層巖溶帶、垂直滲流帶、季節(jié)變動(dòng)帶、淺飽水帶、壓力飽水帶和深部緩流帶六個(gè)分帶。1)表層巖溶帶:在可溶巖地區(qū)，由于強(qiáng)巖溶化作用，使得地表巖體中形成很多裂隙和孔隙，為巖溶水提供了存儲(chǔ)空間，此類水稱為表層巖溶帶水。其通常處于水圈、大氣圈、生物圈、巖石圈的交匯區(qū)域，也是人類生產(chǎn)生活和動(dòng)物生存的重要的水源來源地。由于埋藏淺，當(dāng)隧道線路通過表層巖溶帶時(shí)，一般不會(huì)發(fā)生較大的涌水災(zāi)害。2)垂直滲流帶:垂直滲流帶又稱包氣帶，其位于表層帶以下，雨季區(qū)域最高水位以上。本帶巖體中多發(fā)育有裂隙、溶隙和溶水管道等導(dǎo)水通道，通過其與地表連通，可以將大氣降水和地表水引入地下。其與表層巖溶帶的交界處一般為溶蝕相對(duì)微弱的完整的溶巖面。垂直滲流帶的垂向厚度因地而異，有的地方可能十幾米或者幾十米，有的地方可達(dá)幾百米。當(dāng)隧道線路穿過此帶時(shí)，多發(fā)生季節(jié)性圍巖滲漏水或小股流涌突水災(zāi)害。3)季節(jié)變動(dòng)帶:季節(jié)變動(dòng)帶一般位于雨季最高水位以下和旱季最低水位以上的巖層位，又稱過渡帶。其含水量受季節(jié)因素影響較大，雨季時(shí)，地下水位上升，巖層多處于飽水狀態(tài);旱季時(shí)，水位下降，巖層多處于枯水狀態(tài)。若隧道穿越此帶，在雨季時(shí)節(jié)或者大雨天時(shí)，容易發(fā)生較大的涌突水災(zāi)害。4)淺飽水帶:淺飽水帶是指旱季最低水位以下和地下暗河系統(tǒng)排水面以上的層位，又稱水平管道循環(huán)帶。其常年有水流循環(huán)，地下水具有較強(qiáng)的巖溶化能力。且在雨季時(shí)節(jié)，由于大量大氣降水的補(bǔ)給和地表水的下滲，巖層中常形成充水溶洞和溶潭，隧道線路穿過時(shí)，常常造成大型涌突水災(zāi)害，對(duì)施工安全造成巨大威肋、。5)壓力飽水帶:壓力飽水帶是指地下暗河系統(tǒng)排水面以下和區(qū)域主要水系排水基準(zhǔn)面以上的層位。相比于淺飽水帶，本帶巖層的巖溶化發(fā)育程度相對(duì)較弱，但是沿著斷裂帶和各種結(jié)構(gòu)面，巖溶可以發(fā)育很強(qiáng)，也可以發(fā)育很深。由于水深較大，通常具有較大的水壓，當(dāng)隧道施工揭露此帶時(shí)，常發(fā)生特大型突水突泥災(zāi)害。6)深部緩流帶:深部緩流帶是指受區(qū)域排水基準(zhǔn)面影響較小的層位。通常巖溶發(fā)育較弱，但當(dāng)存在較大的斷裂構(gòu)造時(shí)，常形成溶洞或溶蝕斷裂帶;并伴有復(fù)雜的混合溶蝕作用和古巖溶作用。由于埋藏位置通常較深，隧道工程一般不會(huì)經(jīng)過此處。3.5大獨(dú)山隧道研究區(qū)涌突水災(zāi)害影響因素分析3.5.1地層巖性因素大獨(dú)山隧道研究區(qū)廣泛分布有灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖等可溶巖，為巖溶發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ);局部巖層中夾有頁(yè)巖、泥巖等非可溶巖層，在層面處以形成巖溶徑流管道;巖層產(chǎn)狀多為15-450，有利于巖溶發(fā)育。3.5.2地質(zhì)構(gòu)造因素大獨(dú)山隧道研究區(qū)主要位于法郎向斜和新場(chǎng)一九頭坡向斜翼部，向斜軸線未于隧道相交，向斜巖層產(chǎn)狀不對(duì)稱，兩翼擴(kuò)展角分別約為134“和1520。大獨(dú)山隧道穿越7條斷層和8處推測(cè)破碎帶，斷層破碎帶寬度約為8m-70m,其控制著地下水的運(yùn)移和存儲(chǔ)規(guī)律，影響著巖溶的發(fā)育，對(duì)隧道涌突水災(zāi)害的影響較大。3.5.4水文地質(zhì)因素根據(jù)大獨(dú)山隧道研究區(qū)鉆孔資料，穩(wěn)定地下水水位與隧道位置高程差為20m-150m，其值越大時(shí)，對(duì)隧道涌突水災(zāi)害的影響程度越大。隧道穿過納丙寨水文單元、棉羊坡斷層帶子系統(tǒng)、永寧鎮(zhèn)水文單元和老鷹巖水文單元。隧道埋深位置多位于季節(jié)變動(dòng)帶和淺飽水帶，地下水補(bǔ)給主要來自大氣降水補(bǔ)給和山區(qū)地表徑流補(bǔ)給，在對(duì)應(yīng)隧道里程D1K852+740.O}D1K855+300D1K855+300}D1K858+020和D1K860+0_SO}D1K864+6_5_5處，地下水流量較大。在D1K856+630}D1K856+650位置大致位于洞頂70}90m處，處，大獨(dú)山隧道與張家寨暗河大角度相交，相交對(duì)隧道的施工影響較大。第4章大獨(dú)山隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)4.1概述隧道工程由于其施工環(huán)境的特殊性，再加上涌突水災(zāi)害有突發(fā)性的可能，當(dāng)發(fā)生涌突水災(zāi)害時(shí)，很難及時(shí)做出有效的處理手段，從而對(duì)隧道工程設(shè)備造成破壞，對(duì)工程人員生命安全造成威肋、。為了盡可能減少隧道施工時(shí)涌突水災(zāi)害對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)造成的損失，有必要對(duì)隧道各洞段涌突水災(zāi)害發(fā)生可能性情況和災(zāi)害發(fā)生時(shí)的破壞規(guī)模做超前風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)，以提前采取應(yīng)對(duì)措施。隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是通過分析研究區(qū)隧道涌突水災(zāi)害的形成機(jī)理，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分析，結(jié)合特定的評(píng)價(jià)模型，對(duì)涌突水災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行等級(jí)劃分評(píng)價(jià)。其主要核心內(nèi)容包括:評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立、評(píng)價(jià)模型方法的確定、評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定，圖4.1。圖4.1隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)4.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立4.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取巖溶隧道涌突水災(zāi)害的評(píng)價(jià)指標(biāo)是基于涌突水災(zāi)害的形成機(jī)理和研究區(qū)特定的地質(zhì)環(huán)境背景決定的。根據(jù)大獨(dú)山隧道地質(zhì)條件和巖溶隧道涌突水災(zāi)害形成機(jī)理，本文從地層、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、水文地質(zhì)和不良地質(zhì)5個(gè)角度考慮，選取巖性、巖石結(jié)構(gòu)等13個(gè)涌突水災(zāi)害影響因素作為本文大獨(dú)山隧道涌突水災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)，表4.1。表4.1大獨(dú)山隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系4.2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)量化取值及單指標(biāo)等級(jí)劃分在根據(jù)影響因素選取了評(píng)價(jià)指標(biāo)后，為了進(jìn)一步分析隧道涌突水災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，需要根據(jù)隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，在定性分析的基礎(chǔ)上對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行影響程度量化分級(jí)劃分。本文參照工程界常用的隧道風(fēng)險(xiǎn)五級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)(表4.2)，結(jié)合定性分析，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)做量化分級(jí)。表4.2隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)(1)地層因素量化取值及影響等級(jí)劃分地層因素從巖性、巖石結(jié)構(gòu)、巖層產(chǎn)狀和巖層接觸帶四個(gè)角度進(jìn)行分析。其中:巖性的溶水性強(qiáng)弱可以用巖石中方解石(CaC03)的含量作為度量標(biāo)準(zhǔn);巖層的接觸帶，由于溶解性的差異，地下水的活動(dòng)規(guī)律會(huì)受到影響。溶解性相對(duì)較低的巖層或非可溶巖可以起到相對(duì)隔水層的作用，這可以為地下水形成富集區(qū)域。另外，巖層接觸帶處容易匯聚來自不同巖層的地下水，可以對(duì)溶巖造成混合侵蝕作用。巖石的可溶性主要由其中的方解石(CaC03)含量決定的，因此可以通過計(jì)算巖層接觸帶兩側(cè)不同巖層的方解石(CaC03)含量差來體現(xiàn)兩個(gè)巖層之間的溶水能力差異大小，并對(duì)其分級(jí)打分。根據(jù)上述分析，地層因素的五個(gè)二級(jí)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表4.3。表4.3地層因素影響等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)(2)地質(zhì)構(gòu)造量化取值及影響等級(jí)劃分地質(zhì)構(gòu)造因素可以從斷層、褶皺、和節(jié)理發(fā)育程度三個(gè)方面來考慮。大獨(dú)山隧道共穿越七條斷層和八處推測(cè)破碎帶。在本文研究中，可以根據(jù)斷層帶寬度來度量導(dǎo)水能力的強(qiáng)弱，大獨(dú)山隧道研究區(qū)主要有兩處褶皺，均為向斜，且向斜軸線與隧道洞軸線均未相交，即隧道都處于向斜翼部，因此可以根據(jù)褶皺兩翼的擴(kuò)展角進(jìn)行分級(jí)，褶皺擴(kuò)張角越狹小，越有利于巖溶發(fā)育，為了使評(píng)分依據(jù)與其他指標(biāo)統(tǒng)一滿足等級(jí)遞增原則，根據(jù)褶皺兩翼擴(kuò)張角補(bǔ)角進(jìn)行等級(jí)劃分。。因此，地質(zhì)構(gòu)造因素的具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為表4.5。表4.4節(jié)理狀況分級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表4.5地質(zhì)構(gòu)造因素影響等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)(3)地形地貌因素量化取值及影響等級(jí)劃分地形地貌主要考慮匯水能力和地形坡度兩方面的影響，其中，匯水能力可以根據(jù)區(qū)域地表負(fù)地形面積比進(jìn)行判斷;地形坡度對(duì)涌水災(zāi)害的影響呈負(fù)相關(guān)。因此，可以按照表4.6的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地形坡度因素和匯水面積因素進(jìn)行分級(jí)。表4.6地形地貌因素影響等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)(4)水文地質(zhì)因素量化取值及影響等級(jí)劃分隧道施工過程中發(fā)生涌突水災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)大小與其所處的區(qū)域地下水垂直動(dòng)力分帶有很大關(guān)系。此外，地下水水位的和隧道位置的高程差在很大程度上也表征了突水的危險(xiǎn)程度。根據(jù)歷年突水實(shí)例統(tǒng)計(jì)資料，總結(jié)了不同地下水水位條件下發(fā)生巖溶涌突水災(zāi)害的頻率。本文大獨(dú)山隧道涌突水災(zāi)害的水文地質(zhì)因素從隧道所處的地下水垂直分帶位置和地下水水位和隧道高程位置差兩方面進(jìn)行考慮，并可以根據(jù)如下規(guī)則進(jìn)行分級(jí)，如表4.7。表4.7水文地質(zhì)因素影響等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)(5)不良地質(zhì)因素量化取值及影響等級(jí)劃分不良地質(zhì)因素主要考慮隧址區(qū)巖層中石膏富含情況和隧道線路附近溶洞、洼地發(fā)育情況。根據(jù)勘察資料，大獨(dú)山隧道研究區(qū)多處巖層揭露有石膏，可根據(jù)其在巖層中的富含情況對(duì)其進(jìn)行分級(jí)打分，表4.8。表4.8不良地質(zhì)因素影響等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)4.3評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分析法在隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中，各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)隧道涌水結(jié)果的影響程度是不同的，因此需要對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行分析。權(quán)重分析通常有主觀權(quán)重分析法和客觀權(quán)重分析法兩大類:主觀權(quán)重分析主要是根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)判斷不同指標(biāo)在決策問題中的重要性;客觀權(quán)重分析是基于分析樣本數(shù)據(jù)和決策目標(biāo)之間某種內(nèi)在關(guān)系，判斷不同指標(biāo)的重要性程度。為了綜合考慮專家經(jīng)驗(yàn)和研究區(qū)客觀規(guī)律，本文采用層次分析法和嫡權(quán)法分別對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主觀權(quán)重分析和客觀權(quán)重分析，并采用距離函數(shù)組合規(guī)則得到適合本文評(píng)價(jià)的組合權(quán)重。第5章大獨(dú)山隧道主要洞段涌突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)5.1大獨(dú)山隧道典型洞段基本地質(zhì)背景條件D1K852+900-D1K853+000上層覆蓋有2m厚的黑褐色，硬塑狀，粘土層。成分主要為茹粒，含部分炭質(zhì)，土質(zhì)不均，夾少量灰?guī)r碎石，粘性一般。巖性主要為淺青色、淺灰黃色，中厚層狀，弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r和灰黃色薄層狀，弱風(fēng)化白云巖，巖石結(jié)構(gòu)以亮晶結(jié)構(gòu)為主，巖層層面傾角均為470，節(jié)理裂隙較發(fā)育，有少量方解石脈和泥質(zhì)物填充，圍巖綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為V級(jí)。構(gòu)造上位于法郎向斜翼部，附近無斷層。水文地質(zhì)劃分上該段處于北盤江水系統(tǒng)，納丙寨水文單元。穩(wěn)定地下水水位高程為1240.35m，根據(jù)巖溶地下水動(dòng)力分帶，隧道位置處于季節(jié)變動(dòng)帶。D1K853+600-D1K853+850:上層覆蓋有4m厚的褐灰色，硬塑狀，粉質(zhì)粘土層。成分主要為茹粒，次之為粉粒，上層0-2m處土質(zhì)較均勻，且0-0.3m處為種植土，含植物根系，下層2-4m處的土層約含5%的泥灰?guī)r礫石，粒徑40-60mm。巖性主要含有黃灰色，薄層一中厚層狀弱風(fēng)化泥灰?guī)r;灰色，中厚層狀，弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r和灰綠色，薄層一中厚層狀弱風(fēng)化頁(yè)巖。泥灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r的結(jié)構(gòu)以粒屑結(jié)構(gòu)為主，頁(yè)巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部有溶蝕現(xiàn)象，圍巖綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為V級(jí)。構(gòu)造上位于法郎向斜翼部，有一處推測(cè)破碎帶，破碎帶寬度約為55m。隧道位置位于北盤江水系統(tǒng)，納丙寨水文單元。根據(jù)巖溶地下水動(dòng)力分帶，隧道位置處于季節(jié)變動(dòng)帶，穩(wěn)定地下水水位高程為1302.6m。圖5.1D1K852+900-D1K853+000段剖面圖圖5.2D1K853+600-D1K853+850段剖面圖D1K854+000-D1K854+150:本區(qū)段處隧道走向方位為N_500W，地表略微起伏，坡面平均傾角約為50，該段剖面圖見圖5.3。上層覆蓋有3m厚的褐黃色，硬塑狀，粉質(zhì)粘土層。成分主要為茹粒，次之為粉粒，土質(zhì)較均勻，手捻有砂感，0-0.4m處為耕植土，土層中含有植物根系。巖性主要為黃灰色，中厚層狀，弱風(fēng)化泥灰?guī)r和灰色，中厚層狀，弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r。巖石結(jié)構(gòu)以粒屑結(jié)構(gòu)和亮晶結(jié)構(gòu)為主，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖層中多處可見不同程度的溶蝕現(xiàn)象，局部夾有炭質(zhì)灰?guī)r，圍巖綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為V級(jí)。構(gòu)造上位于法郎向斜翼部，附近無斷層。隧道位置位于北盤江水系統(tǒng)，納丙寨水文單元。根據(jù)巖溶地下水動(dòng)力分帶，隧道位置處于季節(jié)變動(dòng)帶，穩(wěn)定地下水水位高程為1304.8m。圖5.3D1K854+000-D1K854+150段剖面圖D1K855+200-D1K855+300本區(qū)段處隧道走向方位為N600W，地表略微起伏，坡面平均傾角約為200該段剖面圖見圖5.4。上層覆蓋有3.7m厚的淺黃夾灰色，硬塑狀粉質(zhì)粘土層。成為主要為粉茹粒，為坡積物。坡積物下方為6.9m厚的灰色全風(fēng)化泥質(zhì)白云巖和11.2m厚的灰褐色全風(fēng)化泥灰?guī)r，均為散體結(jié)構(gòu)，遇水易軟化。其他層位主要為淺灰色，中厚層狀，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)白云巖;灰色，中厚層狀，弱風(fēng)化泥質(zhì)白云巖;紫紅色，薄層-中厚層狀，強(qiáng)風(fēng)化泥巖;灰黑色、灰色，薄層一中厚層狀，弱風(fēng)化泥巖;灰色，中厚層狀，弱風(fēng)化灰?guī)r。隧道穿越處主要以泥巖和灰?guī)r為主，巖石結(jié)構(gòu)分別為泥晶結(jié)構(gòu)和生物碎屑結(jié)構(gòu)。節(jié)理裂隙極發(fā)育，夾泥質(zhì)填充物，圍巖綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為V級(jí)圍巖。構(gòu)造上位于法郎向斜翼部，隧道在此處穿越大興寨斷層，斷層破碎帶寬度約為l0m，破碎帶母巖成份主要以泥質(zhì)灰?guī)r為主，見構(gòu)造泥，局部可見擠壓痕跡，可見粒徑1-2cm角礫，巖面可見擦痕，局部可見薄層石膏夾層，斷層旁側(cè)巖層有褶曲拖拉現(xiàn)象。水文地質(zhì)上位于北盤江水系統(tǒng)，納丙寨水文單元。穩(wěn)定地下水位高程為1398.41m，根據(jù)巖溶地下水動(dòng)力分帶，隧道位置處于季節(jié)變動(dòng)帶。在本段左側(cè)大約109m處大興寨斷層附近有一巖溶洼地，洞徑約為82m，在雨季此處的地下水可能通過地下導(dǎo)水通道和斷層進(jìn)入隧道。D1K855+550-D1K856+000本區(qū)段處隧道走向方位為N630W，地表較陡，坡面平均傾角約為4_50，該段剖面圖見圖5.5。巖性主要分布有灰色，中厚層狀，強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化灰?guī)r;灰色，薄層狀，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)白云巖;灰黑夾灰色，薄層一中厚層狀，弱風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r。巖石結(jié)構(gòu)以亮晶結(jié)構(gòu)為主，節(jié)理裂隙很發(fā)育，圍巖綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為m級(jí)。構(gòu)造上位于法郎向斜翼部，隧道附近為園團(tuán)斷層，斷層破碎帶寬度約為_50m,破碎帶原巖為灰色、薄層中厚層狀、灰?guī)r和灰黑夾灰色泥質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理裂隙很發(fā)育，有方解石脈填充。水文地質(zhì)劃分上該段處于北盤江水系統(tǒng)，永寧鎮(zhèn)綿羊坡水文單元，綿羊坡斷層帶子系統(tǒng)。地下