某地区岩溶隧道涌突水灾害风险评价的实证研究16000字【论文】

目录 31.1研究背景和意义 31.2国内外研究现状 4第2章研究区地质环境背景 52.1工程区概况 52.2自然地理条件 62.3地形地貌 62.4地层岩性 62.5地质构造 72.6水文地质特征 72.6.1地表水特征 72.6.2地下水特征 82.6.3地下水的补给、径流、排泄 8第3章岩溶隧道涌突水灾害影响因素分析 3.1概述 3.2岩溶涌突水灾害水源体蓄存类型 3.3隧道岩溶涌突水形式分类 3.3.1根据水文地质条件 3.3.2根据隧道施工和涌突水发生的时间关系 3.4岩溶突水影响因素 3.4.1地层岩性 3.4.2地质构造 3.4.3地形地貌 3.4.4水文地质条件 3.5大独山隧道研究区涌突水灾害影响因素分析 3.5.1地层岩性因素 3.5.2地质构造因素 3.5.4水文地质因素 第4章大独山隧道涌突水灾害风险评价系统 4.1概述 4.2评价指标体系的建立 4.2.1评价指标的选取 4.2.2评价指标量化取值及单指标等级划分 4.3评价指标权重分析法 22第5章大独山隧道主要洞段涌突水灾害风险评价 225.1大独山隧道典型洞段基本地质背景条件 225.2评价结果分析 5.2.1涌水量预测法验证 27 第1章绪论进入21世纪以来，我国的综合实力逐年提高。为缩小东西部发展差距，早的秦岭终南山公路隧道，全长18.4km,是目前世界最长的双洞单向公路隧道，理更加复杂的隧道工程地质灾害问题。如2005年12月22日，四少I}都汉高速董家山隧道接连发生了塌方和瓦斯爆炸事故，最终导致44人死亡，11人受伤，多人因安全事故责任问题被追究刑事责任「1';2011年7月18日，辽宁省大连市胜利路南端南山隧道在施工过程中发生塌方事故；2016年1月害。如2006年1月22日，宜万铁路马麓青隧道在平行导洞进行爆破后发生特大涌水事故，水量高达2米，洞外多处房屋和土地被冲毁；2007年8月5日宜万铁路野山关隧道在施工过程中突然爆发突水突泥，涌水量约4}5万m3/h,造成52名施工人员被困，多台设备被冲毁，最终导致10人死亡；2013年9月11日，岑入隧道，并因此引发了地表塌陷等次生灾害，严重影响了隧道的工期；2015年8月6日，四川省沪州市境内叙大铁路中坝隧道进口左侧导洞处在施工过程中发生通常导致重大灾害事故。因此，加强岩溶区隧道涌水灾害的研究，并采用科学，岩溶又称喀斯特(Karst),是地表水和地下水对可溶性岩石(如碳酸盐岩、石膏、岩盐等)进行以化学溶蚀作用为主，冲蚀、潜蚀及其引起的坍塌等物理作用合损伤模型，并通过一富水区隧道工程实例对演化模型进行验证计算；谢兴华风险(RiskDanger)是指某一事物由于外界或内部因素导致某些损害的可能究。风险评价最早兴起于20世纪初期的美国保险行业，后来随着工业技术的发学理论为基础的危险性评价模型在各领域安全生产危险性评价方面得到了广泛险性评价理论被广泛应用于滑坡等地质灾害研究领域，如LiuZH等根据长白第2章研究区地质环境背景站。线路全长2264Km,建成后将是中国东西向线路里程最长，途径省份最多的且春季少雨干燥，夏秋雨水集中，冬季阴雨多雾寡照。境内年平均气温大约在15.4℃-16.9℃,其中一月份最低平均气温6.7℃左右，7-8月最高，平均23℃各月份的降雨分布也不均匀，每年的4-9月为雨季，并且多集中在6-7月份。年平均蒸发量为1219.2mm,相对湿度为79%左右。境内霜雪较少，年平均无霜期为310.6天，年平均积雪天数为1.6天，最多不超过3天。主，占全县面积90%,中间缺失白至系和侏罗系，岩性主要以灰岩、白云岩等碳面上层主要以第四系坡积物、洪积物和残积物为主，区内其他地层由新到老主要关岭组松子坎段(T₂g')、永宁镇组第四段(TiYn⁴)、永宁镇组第三段(T1Yn³)、永宁镇组第二段(TiYn²)、永宁镇组第一段(Tiyn¹)和夜郎组(TiY)。2.5地质构造关岭县位于娅都一紫云断裂、陆良断裂和开远一平塘断裂三处燕山期前古断裂所包围的三角地带，属黔西山字形构造。研究区位于扬子准地台黔北台隆六盘水断陷普安旋扭构造变形区，隧道位于法郎向斜北东翼和新场一九头坡向斜南西翼，受褶皱挤压作用，区域内断层发育，构造条件极其复杂。大独山隧道线路共穿越七条断层和八个推测破碎带。七条断层分别为大新寨断层、龙门地断层、跨岩断层、大弯断层、营盘坡断层、杨家冲断层和永宁镇断层，对隧道涌突水灾害起主要控制作用。大新寨断层为正断层，属区域大断层分支，走向近SN,倾向NE,倾角80-850,区域上由郎家坟经过玉碗井、大新寨，向东延出区外长约3.4km,呈弧形，断层破碎带宽度约为50m.龙门地断层为正断层，属区域大断层分支，走向近SN,倾向NE,倾角80-850,断层两侧岩层有褶曲拖拉现象，断层跨度约3.9Km,破碎带宽度不详。跨岩断层为正断层，属区域性大断层分支，走向NW,倾向NE,倾角75-850断层北西侧在白坟包一带与小断层相连，南东侧与龙门地断层相连，断层跨度约为3.7Km,破碎带宽度约为71m。2.6水文地质特征关岭县境内有不同规模的河流28条，分属东部、中部区域的打邦河流域和西南部地区的北盘江流域，河流总长612.3km,河网密度0.46km/km2。打邦河常年水量充沛，河床水位高，落差集中，是区域地下水的重要补给来源；北盘江河流河床深切，水量雨季丰富，枯水期可能断流，影响地下水补给量。大独山隧道研究区地下水的排水基准面是北盘江流域的罗秧河，河流总长12km,平均流量1.03m³/s,主沟水量充沛，常年有流水，支沟枯水期断流。地表水及地下水向河中排泄，加剧了隧道区地表溶蚀的发育。关岭县境内碳酸盐岩分布广泛，区内地下水存储环境根据岩层类型可分为第四系松散土层孔隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水和碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙水。第四系松散层孔隙水含水层是指赋存于第四系土层中的地下水，含水层主要以第四系残积物和坡积物为主，富含粘土、碎石、砂、砾石等。岩层厚度不大，含水量较小，对隧道影响不大。碳酸盐岩类岩层中的节理裂隙在岩溶水的作用下形成溶槽、溶蚀洼地、落水洞等岩溶地貌，这些岩溶地貌为地下水提供了存储空间，存储于这些溶洞、洼地空间内的地下水称为碳酸盐岩裂隙溶洞水，多见于灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥质白云岩、泥质灰岩等岩层中。在大独山隧道研究区主要含水层有永宁镇组一段、三段和四段，关岭组二段、杨柳井组和竹杆坡组。在深埋岩层中通常形成复杂的岩溶管道，地下水含量较丰富，局部地段出露岩溶大泉，和地下暗河深切，对隧道影响较大。碎屑岩夹碳酸盐岩层中由于相对隔水层的限制作用，影响地下水的补给，且地下水在接受补给后主要沿着溶蚀裂隙运移。地下水鲜有出露地表，岩层富水性一般为弱一中等富水。在大独山隧道研究区主要含水层有夜郎组、永宁镇组二段、关岭组一段等的灰岩、白云岩、和泥质白云岩等组成的含水岩组中。在大独山隧道研究区各含水层中，岩溶化程度较高，多见溶蚀洼地、落水洞、溶洞等溶蚀地貌，地表负地形面积比较大，植被发育，有利于大气降水的补给，地下水含量丰富，岩溶管道复杂，多处有岩溶泉水和暗河出露。2.6.3地下水的补给、径流、排泄区内地下水的补给来源主要为大气降水补给和部分山区沟谷地表水补给。在可溶岩地区，大气降水和地表水通过落水洞、漏斗、溶洞和岩溶管道等连接地下空间和地表的通道进入地下，补给地下水；在非可溶岩地区，大气降水和地表水主要通过岩体中贯通地表与地下空间的裂隙进入地下空间，补给地下水。区内地下水径流方式受岩性分布的影响：在灰岩区，岩体中复杂的岩溶管道、溶孔等空间给地下水提供了运动和存储环境，并且通常在可溶岩和非可溶岩接触程位置越位7_57m,与北盘江高差约为200m。区内地下水补给主要来自大气降旧营子系统地下水主要老子单元内北部高山地表水和岩溶洼地地下水的补泄于向谷日河。第3章岩溶隧道涌突水灾害影响因素分析3.1概述岩溶又称喀斯特(Karst),是可溶岩地区碳酸盐岩和地表水或地下水之间长期复杂的物理作用和化学作用的过程和结果，由此形成的地貌称为岩溶地貌，其在世界各地均有分布。中国碳酸盐岩广泛分布，据统计，中国境内碳酸岩系分布总面积可达200万平方公里，其中出露地表的约占中国国土面积的130700区域上以西南各省地区为主要分布区，此外太行山区、鲁中及晋西北、昆仑山脉及黄淮海平原等地也有大量分布。3.2岩溶涌突水灾害水源体蓄存类型岩溶地区由于岩性、岩体结构面多样性、地表水和地下水溶蚀能力和岩体地下水作用时间等因素之间的差异，导致不同地区岩溶发育会有很大区别：小的如溶孔、溶隙等，大的如溶潭、大型岩溶管道等。这也最终导致岩溶区岩溶水蓄存形式的多样性。1)裂隙岩溶蓄水型溶岩区岩体中的裂隙构造易形成与地表或地下含水层连通的裂隙管道，地表水或地下水可以通过这些裂隙管道存储在岩体中。并且可溶岩中的节理裂隙构造通常有利于地下水的流通，许多结构面多处于地下水、空气三相接触状态。岩体结构面在与水和空气经过多年的相互作用，会使原本细小的裂隙变成较大的蓄水2)溶腔溶潭蓄水型在强岩溶区，岩层潜藏的溶腔或溶潭往往蓄存有大量静态水，当其与地下暗河或地表水系连通时，将形成庞大的水源补给系统。如宜万铁路马鹿筹隧道在施工时就曾揭露大型溶腔，并由此引发了重大涌突水灾害事故。断层构造区域岩体破碎，节理裂隙发育，可以形成许多导水管道，并且提供较大的蓄水空间。此外，断层可以连通岩体岩溶区活断层派生构造带和胶结带往往容易形成典型的断层含水构造。如大瑶山隧道在揭露F9断层时，发生了多次涌水灾害。4)地下暗河及岩溶管道蓄水型岩层中的层面，节理裂隙和破碎带等在地下水的长期溶蚀和冲刷作用下会形成地下暗河和复杂的岩溶管道网络，为地下水提供蓄水空间。5)层间岩溶蓄水型在岩层中含有砂岩或页岩等隔水岩层时，由于非可溶岩的阻水作用，会使地下水流经这些区域时产生聚集现象，若非可溶岩在岩层空间中可以构成“凹”形结构，则可谓岩溶水提供存储空间。6)组合型岩溶蓄水类型由于岩体中裂隙结构的多样性，导致岩溶区的地下水系统往往具有复杂的网状结构，使得各蓄水体之间存在一定的水力联系，许多涌突水灾害发生时其水体可能来自多种蓄水形式。3.3隧道岩溶涌突水形式分类从水文学角度分析，岩溶隧道涌突水灾害可以分为渗漏型突水型，施工穿越隔水断层突水型，水力劈裂突水型，施工揭露充水岩溶管道网络突水型和底膨破坏性突水型。渗漏型突水在地下工程施工中非常常见，它是指隧道开挖过程中，地表水或岩层中的地下水顺着岩层中的裂隙汇聚到隧道围岩，然后以水滴或小股流的形式进入到隧道空间中，对隧道和地下工程的施工影响较小。岩层中隔水断层两侧的地下水水位往往存在一定的水头差，施工穿越隔水断层突水是由于隧道的开挖导致隔水断层的破坏，连通了断层两侧的水文单元，在巨大的水头压力作用下，地下水涌入隧道，造成灾害事件。水力劈裂突水是由于隧道开挖过程会造成隔水岩层厚度变化，进而造成应力重分布，当地下水压力大于隔水围岩强度时，隔水岩体可能产生劈裂破坏，进而导致地下水涌入隧道中，造成灾害事故。水力劈裂突水由于爆发突然，具有极强施工揭露充水岩溶管道网络突水是由于隧道开挖导致地下岩溶管道与隧道洞腔连通，地下水通过连通的管道涌入隧道中，从而造成隧道施工灾害事故。底膨破坏突水是由于隧道开挖导致承压水的上层隔水板变薄，地下水在水压作用下突破上层隔水顶板，涌入隧道，造成灾害。3.3.2根据隧道施工和涌突水发生的时间关系根据隧道施工和突水发生的时间关系，可以将岩溶隧道涌突水灾害分为，突发型、缓发型和滞发型：突发型涌突水是指隧道施工过程中爆破一结束即发生涌突水，具有爆发突然，破坏力强等特点；缓发型涌突水是指在爆破结束一段时间后发生的，涌突水速度相对较缓慢的突水类型；滞发型涌突水是指隧道开挖后，由于隔水岩层持续应力变化，最终导致地下水突破隔水板造成涌突水灾害，具有规模大，破坏力极强等特点，发生时间多为隧道开挖后几个月甚至更长。3.4岩溶突水影响因素岩溶隧道涌突水灾害的形成及其涌突水规模、涌突水类型是研究区多种因素共同作用的结果。根据己有的研究成果，岩溶隧道涌突水灾害的影响因素主要包括地层岩性、地质构造、地形地貌、水文地质条件和其他不良地质条件等因素。地层岩性是岩溶发育的物质基础，其直接影响着岩溶的发育程度和速度，且主要由岩石的类型和结构特性两方面决定。就可溶岩中的碳酸盐类岩石而言，其可根据方解石和白云石等矿物成分在岩石中的含量划分为石灰岩类(方解石>50%)、白云岩类(白云石>50%)和过渡类型，碳酸盐类岩石的溶水能力主要由方解石的含量决定，方解石含量越多，越易溶于水。因此，在灰岩区更加有利于岩溶的发育。碳酸盐类岩石的结构特性对岩溶发育的影响主要体现在矿物颗粒大小和结构孔隙率。当矿物颗粒较小且孔隙率较大时，矿物晶粒与水接触机会和岩石的吸水率较大，增加了岩溶水与岩石中易溶矿物的接触，从而有利于岩溶的发育。在碳酸盐岩中，常见的结构有粒屑结构、泥晶结构、亮晶结构、生物骨架结构和重结晶交代等数种。根据相关文献可知，溶岩不同岩石结构对岩溶发育由易到难依次排序为：生物碎屑结构、泥晶结构、粒屑结构、亮晶结构和粗晶结构，且晶粒越细小越有利于岩溶发育。此外，岩层的厚度和产状等因素对岩溶的发育也会产生影响。在溶岩地区，岩层厚度越大，岩层中的碳酸盐类岩石所含杂志越少，越有利于岩溶的形成。岩层的产状主要决定着地下水的渗流规律，在岩层中往往顺层方向节理裂隙比较发育，且渗透率远高于垂直岩层面的方向，更有利于地下水的渗透，进而决定了岩溶的发育规律和特征。另外，在不同岩层的接触带是典型的岩溶易发区，常常造成大规模溶蚀现象。地壳由于地质构造作用会导致原本完整的岩层或岩体发生变形或破裂，在岩层中留下断层、褶皱和节理等地质构造痕迹。这些构造痕迹的存在改变了岩层中地下水的运动规律，进而在不同程度上影响着岩溶的发育：岩体中的断层构造由于破碎带中大量裂隙的存在，为地下水提供了良好的运移通道和存储环境。可以说区域地下水的分布规律受区域断层的分布影响很大，进而决定这区域岩溶的发育特征和分布规律。如，湖北宜昌某地岩溶沟谷、溶盆等岩溶地貌主要沿着区域构造的分布区分布。本文根据不同受力状态下形成的断层：张性断层、压性断层和扭性断层三个方面介绍不同断层类型对区域岩溶发育张性断层是指受水平拉张地应力作用而形成的断层，多表现为正断层。断裂面通常具有形状不规则、表明粗糙的特点；构造岩多以角砾岩为主，且大小悬无定向规则排列，结构疏松，裂隙率高，有利于岩溶水的穿流。张性断层是非常有利的岩溶作用场所。压性断层是指在挤压应力作用下而形成的断层，多表现为逆断层(包括冲断层、逆掩断层、辗掩断层)。其断裂面往往程舒缓波状，且宽度大，通常为区域性大断层。断层中的构造岩以角砾岩、糜棱岩、断层泥为主，有时可见构造滑镜体。断层中的构造岩通常呈致密胶结状态，孔隙率较低，不利于地下水流通。因此，压性断层中的岩溶化程度相对较弱。扭性断层是指受剪应力作用而形成的断层，多表现为平移断层。其断层面通常光滑、平整，有时呈镜面出现。构造岩可见角砾岩与糜棱岩，并具有偏离花的窄带。断层产状平稳，断层线近平直，断层面多陡倾或近直立，延伸较深较远，有利于岩溶水向地下深处流动，易形成一些规模较大的溶洞和廊道。褶皱不同部位由于受力条件和变形结果不一样，导致不同位置岩体的裂隙发育程度有所差异。本文从褶皱核部、转折部位和翼部三个角度介绍褶皱构造对岩溶发育的影响。背斜轴部通常为分水岭地段，在岩溶水系统中一般属于补给部位。该区域由于张应力的作用，张节理发育，有利于雨水或地表水沿着这些裂隙运动，对可溶岩层进行侵蚀、运移，易形成落水洞、漏斗、洼地等，其通常与构造轴线一致呈向斜轴部易富集地下水，在岩溶地下水系统中易形成聚水区。并且，由于轴部层间裂隙发育，给岩溶水的水平运动创造非常有利的条件，有利于岩溶水向地表河流排泄，因此又是岩溶水系统的排泄区。同时，岩溶区轴部的垂向裂隙在长期水流溶蚀作用下易形成漏斗、落水洞等岩溶区垂直地貌形态。节理裂隙是岩层中最常见的地质构造，它对岩溶发育的影响主要由结构面的发育程度，节理宽度等因素决定。岩体中结构面越发育，节理开口和宽度越大，越有利于地下水与溶岩发生岩溶作用，对岩溶发育越有利。地形地貌对岩溶发育特征的影响主要体现在其对地表水和地下水运动规律的影响，首先地形线的形态决定着岩溶区汇水范围和水源补给能力，汇水面积大，水源补给来源多，汇集水量就越大。更有利于岩溶的发育。其次，地面的坡度和起伏情况影响着水流的速度和渗透量，坡度越陡，水流速度越大，对地表水向地下岩层的渗透越不利，岩溶发育越弱；坡度越缓，水流速度越小，对地表水向地下岩层的渗透越有利，岩溶发育越强。此外，岩溶区某些特有地貌落水洞等负地形区通常与地下水系统存在连接通道，并且在雨季时容易使雨水在这些地方汇集，使得此类地貌区间内的岩溶发育程度与其他凸地形区的发育程度差异越来越大。岩溶隧道涌突水灾害的水文地质条件主要包括地下水的水力学特性和地下水对隧道围岩的侵蚀能力。其中，地下水的水力学特性主要与地下水水位线和隧道埋深位置有关；而地下水对隧道围岩侵蚀能力主要与隧道洞轴线所在的的岩溶水动力分带有关。不同的岩溶水动力分带，地下水的活动规律不同，我国学者在研究岩溶区地下水动力规律时通常根据岩层剖面至上而下可以划分为表层岩溶带、垂直渗流带、季节变动带、浅饱水带、压力饱水带和深部缓流带六个分带。裂隙和孔隙，为岩溶水提供了存储空间，此类水称为表层岩溶带水。其通常处于水圈、大气圈、生物圈、岩石圈的交汇区域，也是人类生产生活和动物生存的重要的水源来源地。由于埋藏浅，当隧道线路通过表层岩溶带时，一般不会发生较大的涌水灾害。2)垂直渗流带：垂直渗流带又称包气带，其位于表层带以位以上。本带岩体中多发育有裂隙、溶隙和溶水管道等导水通道，通过其与地表连通，可以将大气降水和地表水引入地下。其与表层岩溶带的交界处一般为溶蚀相对微弱的完整的溶岩面。垂直渗流带的垂向厚度因地而异，有的地方可能十几米或者几十米，有的地方可达几百米。当隧道线路穿过此带时，多发生季节性围岩渗漏水或小股流涌突水灾害。3)季节变动带：季节变动带一般位于雨季最高水位以下和旱季最低水位以上的岩层位，又称过渡带。其含水量受季节因素影响较大，雨季时，地下水位上升，岩层多处于饱水状态；旱季时，水位下降，岩层多处于枯水状态。若隧道穿越此带，在雨季时节或者大雨天时，容易发生较大的涌突水灾害。4)浅饱水带：浅饱水带是指旱季最低水位以下和地下暗河系统排水面以上的层位，又称水平管道循环带。其常年有水流且在雨季时节，由于大量大气降水的补给和地表水的下渗，岩层中常形成充水溶洞和溶潭，隧道线路穿过时，常常造成大型涌突水灾害，对施工安全造成巨大威5)压力饱水带：压力饱水带是指地下暗河系统排水面以下和区域主要水系排于隧道相交，向斜岩层产状不对称，两翼扩展角分别约为134“和152。大独山隧道穿越7条断层和8处推测破碎带，断层破碎带宽度约为8m-70m,根据大独山隧道研究区钻孔资料，稳定地下水水位与隧道位置高程差为20m-150m,其值越大时，对隧道涌突水灾害的影响程度越大。隧道穿过纳丙寨表径流补给，在对应隧道里程D1K852+740.0}D1K855+300D1K855+300}D1K858+020和D1K860+0_SO}D1K864+6_5_5处，地下水流量较大。在D1K856+630}D1K856+650位置大致位于洞顶70}90m处，处，大独山隧道与张家第4章大独山隧道涌突水灾害风险评价系统评价模型方法的确定、评价指标权重的确定隧道涌突水灾害风险评价系统评价指标体系的建立评价模型方法评价指标权重的确定岩溶隧道涌突水灾害的评价指标是基于涌突水灾害的形成机理和研究区特机理，本文从地层、地质构造、地形地貌、水文地质和不良地质5个角度考虑，选取岩性、岩石结构等13个涌突水灾害影响因素作为本文大独山隧道涌突水灾表4.1大独山隧道涌突水灾害风险评价指标体系大独山隧道涌突水灾害风险评价指标体系一级评价指标地层因素I岩性I₁-1岩石结构I₁-2岩层产状I₁-3岩层接触带I₁-4地质构造因断层因素I2-1褶皱因素I2-2节理发育程度I₂.3地形地貌因负地形面积比I₃-1地表坡度I₃-2水文地质因岩溶水垂向分带I4-1程差I₄-2不良地质因石膏富含情况Is-1溶洞发育情况I₅-2准(表4.2),结合定性分析，对各评价指标做量化分级。表4.2隧道涌突水灾害风险评价等级划分标准风险等级I风险程度极高，容易引发特大型涌突水灾害事故，在施工设计方案上要尽可能规避此类地区，否则要不惜代价将风险程度降到四级或更低。Ⅱ风险程度较高，容易引发大型涌突水灾害事故。Ⅲ风险程度在可接受范围，容易引发中型涌突水灾害事成人员伤亡。V风险程度可忽略，基本不会发生涌突水灾害事(1)地层因素量化取值及影响等级划分地层因素从岩性、岩石结构、岩层产状和岩层接触带四个角度进行分析。其中：岩性的溶水性强弱可以用岩石中方解石(岩层的接触带，由于溶解性的差异，地下水的活动规律会受到影响。溶解性相对较低的岩层或非可溶岩可以起到相对隔水层的作用，这可以为地下水形成富集区域。另外，岩层接触带处容易汇聚来自不同岩层的地下水，可以对溶岩造成混合侵蚀作用。岩石的可溶性主要由其中的方解石(CaCO3)含量决定的，因此可以通过计算岩层接触带两侧不同岩层的方解石(CaC03)含量差来体现两个岩层之间的溶水能力差异大小，并对其分级打分。根据上述分析，地层因素的五个二级指标分级标准如表4.3。等级岩性I.1岩石结构I₁-2岩层产状I₁-3岩石结构类型岩石结构打分倾角(°)φ或(90°-φ)I生物碎屑结构Ⅱ泥晶结构Ⅲ粒屑结构亮晶结构V粗晶结构(2)地质构造量化取值及影响等级划分地质构造因素可以从断层、褶皱、和节理发育程度三个方面来考虑。大独山隧道共穿越七条断层和八处推测破碎带。在本文研究中，可以根据断层带宽度来度量导水能力的强弱，大独山隧道研究区主要有两处褶皱，均为向斜，且向斜轴线与隧道洞轴线均未相交，即隧道都处于向斜翼部，因此可以根据褶皱两翼的扩展角进行分级，褶皱扩张角越狭小，越有利于岩溶发育，为了使评分依据与其他指标统一满足等级递增原则，根据褶皱两翼扩张角补角进行等级划分。。因此，地质构造因素的具体分级标准为表4.5。节理面很粗糙，节理宽度为0,节理面岩石很坚硬，节理不连续节理面粗糙，节理宽度<1mm,节理面岩石软弱节理连续含厚度5mm的软弱夹层，节理宽度>5mm,节理连续等级划分断层宽度(m)褶皱两翼扩展角补角(°)IⅡⅢV(3)地形地貌因素量化取值及影响等级划分地形地貌主要考虑汇水能力和地形坡度两方面的影响，其中，汇水能力可以根据区域地表负地形面积比进行判断；地形坡度对涌水灾害的影响呈负相关。因此，可以按照表4.6的分级标准对地形坡度因素和汇水面积因素进行分级。等级划分负地形面积比(%)地形坡度余角(°)IⅡⅢV(4)水文地质因素量化取值及影响等级划分隧道施工过程中发生涌突水灾害的风险大小与其所处的区域地下水垂直动力分带有很大关系。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险程度。根据历年突水实例统计资料，总结了不同地下水水位条件下发生岩溶涌突水灾害的频率。本文大独山隧道涌突水灾害的水文地质因素从隧道所处的地下水垂直分带位置和地下水水位和隧道高程位置差两方面进行考虑，并可以根据如下规则进行分级，如表4.7。等级划分地下水垂直分带程位置差(m)分带类型I压力饱水带浅饱水带Ⅲ季节变动带垂直渗流带V(5)不良地质因素量化取值及影响等级划分不良地质因素主要考虑隧址区岩层中石膏富含情况和隧道线路附近溶洞、洼地发育情况。根据勘察资料，大独山隧道研究区多处岩层揭露有石膏，可根据其在岩层中的富含情况对其进行分级打分，表4.8。等级划分特殊土Is-1溶洞、洼地影响石膏对隧道涌水影响I肉眼非常容易发现石膏Ⅱ肉眼较容易发现石膏Ⅲ肉眼可见少量石膏乎不可见V几乎不含石膏第5章大独山隧道主要洞段涌突水灾害风险评价上层覆盖有2m厚的黑褐色，硬塑状，粘土层。成分主要为茹粒，含部分炭构为主，岩层层面倾角均为470,节理裂隙较发育，有少量方解石脉和泥质物填高程为1240.35m,根据岩溶地下水动力分带，隧道位置处于季节变动带。上层覆盖有4m厚的褐灰色，硬塑状，粉质粘土层。成分主要为茹粒，次之为粉粒，上层0-2m处土质较均匀，且0-0.3m处为种植土，含植物根系，下层2-4m处的土层约含5%的泥灰岩砾石，粒径40-60mm。岩性主要含有黄灰色，薄层一中厚层状弱风化泥灰岩；灰色，中厚层状，弱风化白云质灰岩和灰绿色，薄层一中厚层状弱风化页岩。泥灰岩和白云质灰岩的结构以粒屑结构为主，页岩为泥质结构。节理裂隙较发育，局部有溶蚀现象，围岩综合评价等级为V级。构造上位于法郎向斜翼部，有一处推测破碎带，破碎带宽度约为55m。隧道位置位于北盘江水系统，纳丙寨水文单元。根据岩溶地下水动力分带，隧道位置处于季节变动带，稳定地下水水位高程为1302.6m。N45°WD1K852+900DIK852+950DIK853+000D1K853+050N49°wDDwN²7W/25'N上海W1:未风化W2:微风化W3:中等风化W4:强风化W5:全风化该段剖面图见图5.3。上层覆盖有3m厚的褐黄色，硬塑状，粉质粘土层。成分主要为茹粒，次之本区段处隧道走向方位为N60W,地表略微起伏，坡面平均倾角约为200该段剖面图见图5.4。上层覆盖有3.7m厚的浅黄夹灰色，硬塑状粉质粘土层。成为主要为粉茹粒，为坡积物。坡积物下方为6.9m厚的灰色全风化泥质白云岩和11.2m厚的灰褐色全风化泥灰岩，均为散体结构，遇水易软化。其他层位主要为浅灰色，中厚层状，强风化泥质白云岩；灰色，中厚层状，弱风化泥质白云岩；紫红色，薄层-中厚层状，强风化泥岩；灰黑色、灰色，薄层一中厚层状，弱风化泥岩；灰色，中厚层状，弱风化灰岩。隧道穿越处主要以泥岩和灰岩为主，岩石结构分别为泥晶结构和生物碎屑结构。节理裂隙极发育，夹泥质填充物，围岩综合评价等级为V级围岩。构造上位于法郎向斜翼部，隧道在此处穿越大兴寨断层，断层破碎带宽度约为10m,破碎带母岩成份主要以泥质灰岩为主，见构造泥，局部可见挤压痕迹，可见粒径1-2cm角砾，岩面可见擦痕，局部可见薄层石膏夹层，断层旁侧岩层有褶曲拖拉现象。1398.41m,根据岩溶地下水动力分带，隧道位置处于季节变动带。在本段左侧大约109m处大兴寨断层附近有一岩溶洼地，洞径约为82m,在雨季此处的地下水可能通过地下导水通道和断层进入隧道。D1K855+550-D1本区段处隧道走向方位为N630W,地表较陡，坡面平均倾角约为4_50,该段剖面图见图5.5。岩性主要分布有灰色，中厚层状，强风化、弱风化灰岩；灰色，薄层状，强风化泥质白云岩；灰黑夹灰色，薄层一中厚层状，弱风化泥质灰岩。岩石结构以亮晶结构为主，节理裂隙很发育，围岩综合评价等级为m级。构造上位于法郎向斜翼部，隧道附近为园团断层，断层破碎带宽度约为_50m,破碎带原岩为灰色、薄层中厚层状、灰岩和灰黑夹灰色泥质灰岩，节理裂隙很发育，有方解石脉填充。水文地质划分上该段处于北盘江水系统，永宁镇绵羊坡水文单元，绵羊坡断层带子系统。地下水补给主要来自北部高山沟谷地表水和洼地地下水。稳定地下水位高程为1368.95m,根据岩溶水动力分带，隧道位置处于浅饱水带。在本段右侧大约360m处存在一处岩溶洼地，洞径约为106m,汇水面积较大，在雨季此处的地下水可能通过地下导水通道进入隧道。5.2评价结果分析我国铁路工作者经过多年研究，根据隧道涌水灾害的形成机理，总结了许多种用于预测隧道涌水量的数值计算方法，代表性的主要有降雨入渗系数法、地下水径流模数法、水理统计法和洼地入渗法等[92]。具体选用何种算法，需要根据研究区地质环境情况来判断。本文通过分析大