引大济岷二郎山隧洞工程涌突水数值模拟_王振.pdf

2023年第1期新 疆 有 色 金 属引大济岷二郎山隧洞工程涌突水数值模拟王振（成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都 610059）摘要：引大济岷工程是从大渡河引水至岷江流域需水区的一项大型引调水工程，二郎山隧洞工程作为泸定取水直引方案总干线的进口段，对整个引水工程起着控制性作用。本文基于研究区水文地质条件，地质构造特征等，建立三维水文地质模型对拟建二郎山隧洞工程在修建过程中可能发生的涌水量及危险部位进行模拟预测，为隧洞修建时采取排水措施提供参考。关键词：二郎山隧洞;涌水量预测；数值模拟0 前言二郎山隧洞为引大济岷工程的起始段，西起大渡河，进口高程约 1374m，东至喇叭河，出口高程约1363m。全长约23km，隧洞一般埋深为1000m，最大埋深为2050m。隧洞穿越多条断裂，地质构造复杂。断层在形成过程中，岩体松散破碎，裂隙强烈发育，具有较高的渗透性，易于地下水资源的储藏和传导1。当断裂区遭遇强降雨或被隧道所揭露时，往往会形成较大规模的涌突水。由此引发的涌突水灾害会造成经济损失和隧址区地下水生态环境的破坏。本文基于构建三维有限差分模型模拟二郎山隧洞在施工过程中的渗流场演化过程，预测隧洞涌水量及探讨研究区地下水渗流变化特征。1 水文地质条件二郎山在隧址区近呈北北西展布。二郎山是大渡河和青衣江的分水岭，岭脊东侧为青衣江水系，西侧为大渡河水系。隶属龙门山深切制高中山区，向东过渡为峨眉山断块中山区，向西与横断山系北段的贡嘎山极高山区毗邻，北为川西北高原2,3。其中隧洞轴线上部出露的地层为咱里（岩）组（Pt1zl）、苏雄组（Z2s）、韩家店组（S1-2h）、平驿铺组（D1p）、甘溪组（D1g）、养马坝组（D2y）、观雾山组（D3gw）及须家河组（T3x）。根据地质构造特征，按地下水赋存条件，其地下水类型主分要为：1）碳酸盐岩类裂隙岩溶水；2）碎屑岩类孔隙裂隙水；3）基岩裂隙水。2 隧洞涌突水数值模拟2.1 模型范围及三维渗透结构综合考虑研究区的地质条件与水文地质条件，确定模拟范围。整个模拟面积为149.4km2。考虑到断层对于区域地下水流场的重要作用，通过采用设置渗透系数分区的方法，按其所处的地层岩性，分别赋予不同的较大渗透系数取值，对其进行概化。模拟过程中还将根据模型拟合情况，反演调整各参数取值。渗透系数分区如图1所示。图1模型渗透系数赋值三维图示（马鞍山断裂带；D3gw、D2y；S1-2h、D1p、D1g、T3x；Z21d；Pt1zl；Pt；断层；断层）2.2 二郎山隧洞施工及贯通后渗流场特征（1）渗流场分析模拟出的隧洞完全贯通后的地下水位等值线如图2（t=2400d）所示。可以看出，较之天然条件下，东西方向上的渗流方向不发生改变，南北方向上的渗流开始出现朝向隧洞线位置。东边和西边的地下水位下降不显著，主要是中部的水位有较大的下降。当隧洞施工到马鞍山断裂带（t=1900d）穿越灯影组时，其地下水位等值线相对稀疏，详情见图3，但潜水面在此隧道的上部形成的水位降落漏斗则更加明显。进出口的水位变化和流场不明显，主要是因为其渗透系数和补给强度较低。也符合实际工程状况。出口处在修建过程中水位变化较低，渗流场在东西方向上变化不明显，南北方向会有所变化。作者简介：王振(1997-)，男，河南信阳人，土木工程专业硕士研究生，研究方向：隧道结构工程。DOI:10.16206/ki.65-1136/tg.2023.01.030782023年第1期新 疆 有 色 金 属图3隧洞建设期阶段马鞍山断裂地下水位等值线图（2）预测结果及分析隧洞涌水量随开挖时长变化如图4所示。各段结果见表1。可以看出隧洞涌水量主要集中在隧洞中部，即隧洞开挖完花岗岩进入碎屑岩与碳酸盐岩地层中，尤其是揭露到灯影组地层时的涌水量最大。隧洞在进出口段开挖过程中不会出现较大的涌水。表1二郎山隧洞贯通时各段涌水量桩号总0+000-总6+667总6+667-总8+125总8+125-总8+384总8+384-总11+957总11+957-总15+731总15+731-总22+439合计地层代号ptZ21d马鞍山断裂带Z21dS1-2h、D1pt1zl岩性花岗岩碳酸盐岩碳酸盐岩碎屑岩花岗岩涌水量（m3/d）8052.6159695554.740295149758545.893392图4隧洞涌水量随开挖时长变化曲线图3 结论与建议（1）从模型模拟的结果来看二郎山隧洞在修建过程中可能发生的涌水量为 93392 m3/d，在揭露马鞍山断裂带与灯影组地层时可能出现较大规模的涌突水。（2）隧洞穿越的地层复杂多样，同时穿越多条断层，在修建过程中，当揭露到马鞍山断裂带与灯影组时可能发生较大涌突水，建议做好地质超前预报，以及突涌水预案。（3）隧洞在修建到隧洞中间段时，可能会形成范围较广的降落漏斗，对区域地下水环境造成一定影响，建议按照“堵排结合、以堵为主”的原则，提出对应的隧道衬砌防渗方案。（4）开展施工过程中隧道涌水量的实时监测，以及衬砌段落的外水压力监测。参考文献:1 陈星宇.断层破碎带隧道涌水特征试验研究.长安大学，2015.2张思旸.二郎山隧道断裂带渗流场及涌水特征研究.西南交通大学，2018.3 吴双宇.雅康高速公路二郎山隧道地应力特征与围岩分级研究.西南交通大学，2017.收稿：2022-10-18图2二郎山隧洞建设期各阶段地下水位等值线图79