理论教育 涌水洞段水位预测分析

涌水洞段水位预测分析

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:但由于岩溶发育的不均一性,岩溶涌水洞段的预测较断层带难度大。

涌水洞段水位预测分析

隧洞岩溶涌水具有随机性及突发性,随着施工开挖对地质条件的揭露,岩溶涌水常不期而至,给人以防不胜防、难以预测的印象。但分析国内众多工程隧洞开挖揭露后发生的涌水情况,将之与前期勘察报告详细对比,仍可找到一定的规律,亦即隧洞涌水的发生需具备一定的工程地质水文地质条件,从国内外大量隧洞涌(突)水发生机理分析,隧洞岩溶涌水主要影响因素包括岩性、构造、区域地下水赋存条件及水文气象等。因此,只有基本查清隧洞区地质条件及可能影响地下水渗流的主要因素,尽管在分布位置、水量、水压方面仍做不到完全准确,但总体上,涌水洞段可根据前期地质勘察资料进行初步的划分与预测。

(1)涌水一般集中发生在强可溶岩地层带及富水构造带内,根据前期地质测绘资料,可首先将此类可疑的透水带划出来。

岩溶发育的可溶岩分布区多为天然的透水涌水地带。对非可溶性的坚硬岩层,如砂岩、砾岩以及绝大部分火成岩,当构造发育或原生节理较发育时,岩体多具有一定的储水空间,渗透性大,尤其是长大断裂带或其影响带,以及火成岩接触带,多形成地下水丰富的储水带。多孔隙砂岩也是天然的透水渗水地带。对较为常见的坚硬岩和软岩互层状岩体,受构造或应力场调整影响,硬岩多较破碎,软岩多泥化,沿硬岩多形成导水通道,也是隧洞开挖过程中较可能发生涌水的地段。另外,软岩中的脆性岩脉亦可能构成富水带并形成涌水。

(2)对可疑透水洞段的构造发育特征、岩溶发育程度、岩体透水性、地下水补给条件等进行系统分析,判断上述各类因素对各洞段的影响程度,按桩号评价发生涌水的可能性,并划出重要的可疑地带。

1)根据构造发育特征进行隧洞涌水洞段的判断相对较为容易,一般长大断裂的空间展布及富水部位较具有规律性,根据断层与隧洞的空间分布关系,初步判断断层在隧洞中通过的位置。对导水断层,断层带一般即为可能的透水、涌水位置;对阻水断层,涌水多发生在两侧影响带内。因此,可根据断层空间分布及规模、性质,初步判断该类涌水可能发生的洞段(图1.2.1-1)。在非岩溶地区,通过断层的空间展布及性质、规模进行涌水洞段的划分及预测具有现实意义,此类隧洞的大流量岩溶涌水多沿断层带或断层影响带发生,如立洲等水电项目隧洞区的涌水多属此类。

图1.2.1-1 断层带可能涌水洞段示意图

除上述长大断层带的导水性及涌水可能性判断外,受构造影响的小断层或裂隙水富水带尚有:褶曲轴部的张力带或转折端、断裂交叉带或主支断层的汇合带、经过后期构造变动改造后的侵入岩接触带等。

2)岩溶强发育的地层区一般发生涌水的可能性大,岩溶弱发育或不发育的地带一般涌水性较小,因此,可根据岩溶发育的程度初步判断可能涌水的洞段。但由于岩溶发育的不均一性,岩溶涌水洞段的预测较断层带难度大。

岩溶管道水发育地带,一般可根据前期勘察工作对岩溶管道水的分析,推测岩溶管道可能发育的位置,通过适当的物探、勘探验证工作后,将可能发育岩溶管道的位置及两侧溶蚀影响区划定为可能涌水的位置。(www.daowen.com)

岩溶管道在隧洞区的平面及高程上的分布位置的确定一般问题不大,但限于现有探测手段,对深部岩溶问题探测的精度尚难以提高,对岩溶管道的空间分布多存在一定误差。如,北盘江善泥坡水电站右岸2号(石米格)岩溶管道水,根据地层结构及地表地下岩溶发育特征、岩溶大泉的出口高程等,初步推测了该岩溶管道在灌浆廊道中可能出露的洞段。但隧洞开挖后在原推测桩号并没有找到该管道,该洞段亦没发生涌水现象;反而在偏离推测渗流带的该桩号下游与隔水层接触带附近揭露了该岩溶管道,地下水流淌在该管道底部,分析其管道位置判断存在误差的原因主要是受岩性及构造发育条件的影响所致。因此,此类岩溶涌水洞段在平面和高程上的预测总体是可行的,但具体位置可能存在一定误差,需根据开挖揭露情况随时进行复核,并在施工期开展必要的精确追踪探测(图1.2.1-2)。

图1.2.1-2 善泥坡水电站右岸2号(石米格)岩溶管道分布示意图

天生桥二级水电站开挖揭露的2+100、2+860、3+080等大溶洞段在地形地貌上处于雷公滩河湾地块的分水岭地带,从地层岩性、地下水的补排条件及构造发育特征等综合分析,该地带应不致有大型岩溶管道或暗河发育,充其量可能存在高地下水位下沿裂隙、小断层或溶蚀裂隙的小流量岩溶涌水。但隧洞开挖揭露后,在约1km长的分水岭地带的2+860桩号段,却揭露了长近10km的引水隧洞中最大、最深的溶洞,该溶洞在跨度上长近200m,底板以下深逾100m,充填早期的块碎石黏土、灰黑色淤泥质黏土及现代冲积形成的粉细砂。分析认为此类岩溶管道(暗河)应为河流水文网演化过程中,下游纳贡暗河跨相区袭夺的结果。但在前期勘察过程中,若不以岩溶及水文网演化理论进行分析,并经开挖揭露补勘验证,基本不能判断该洞段可能发育规模巨大的岩溶管道,更难以预测其可能存在的涌水问题(图1.2.1-3)。

图1.2.1-3 天生桥二级水电站2+860桩号溶洞段示意图

锦屏二级水电站辅助洞及引水隧洞通过碳酸盐岩洞段岩溶局部发育,大多中等发育或弱发育,但沿溶缝、裂隙或小断层的高压大流量涌水较为普遍,此为地下水补给丰富、循环较深且导水构造发育的结果,与一般岩溶地区根据岩溶发育强度进行涌水预测有一定差别,但总体上,仍是碳酸盐岩洞段涌水现象较其他洞段发育。

3)岩体透水性与岩性及构造发育程度有关。前者多发生在高孔隙灰岩砂岩或生物碎屑灰岩(如北方的奥陶系灰岩)等地层中,该类地层透水性较好且均匀,长期的饱水作用导致其含水丰富,隧洞开挖揭露后,多发生面状稳定涌水,受排水范围的影响,总涌水量可能较大,但压力一般不太高。由于该类地层的分布较有规律,故根据前期地质测绘及钻探压水试验资料,即可对可能的涌水洞段及涌水特征进行较准确的分析判断。而后者多取决于岩体的完整性,受原生或构造影响,火成岩、构造岩、风化岩体等隐节理、细微节理或风化裂隙、构造裂隙较发育,岩体完整性差,虽可能为隔水层,但透水性较一般地层好,且较均匀,亦易形成较好的含水透水地层;此类地层分布区可根据完整性分析及钻孔压水试验成果,对其可能的透水性进行初步判断,并分析可能发生涌水的洞段。

4)隧洞中发生岩溶涌水及涌水的动态特征与地下水补给来源的丰富程度息息相关,当存在稳定且丰富的地下水补给来源时,隧洞沿上述渗流通道发生涌水的可能性极大,尤其是渗流通道与地表水体通过岩溶管道、暗河、溶蚀导水断层直接连通的情况下,隧洞中沿该渗流带发生的岩溶涌水多量大且稳定、压力高。

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