穿越地下水环境敏感区的昆呈隧洞施工组织方案模拟分析

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滇中引水工程的兴建对解决昆明市面临的严重水资源短缺和水环境危机具有决定性的作用。整个线路工程建筑物以输水隧洞为主,其中位于昆明盆地东侧的昆呈隧洞全长56.2 km,隧洞总体方向为南北向,在其南端穿越昆明市呈贡区的黑、白龙潭岩溶暗河系统,为地下水敏感区。该区可溶岩广泛分布,隧洞高程低于地下水位,隧洞开挖必然会影响地下水动力条件,有可能会造成隧洞涌突水灾害,更为严重的可能导致黑、白龙潭枯竭。除了传统的超前地质预报、强化施工方法、堵水措施等来减弱隧洞施工对地下水环境的影响以外,鉴于昆呈隧洞8#、9#支洞分别位于黑、白龙潭水文地质单元,且黑、白龙潭属于两个相互独立的岩溶水系统,因此从施工组织角度减弱隧洞施工对地下水的影响为本文研究的主要目的。本文主要根据野外地质调查结果及相关数据,分析研究区地质背景,精细划分研究区水文地质结构,结合其水文地质特点,利用已设立的8#、9#施工支洞,拟定初步的施工组织方案,确定了三种施工顺序,分别为8#支洞向9#支洞单向开挖,9#支洞向8#支洞单向开挖及两支洞同时相向开挖。探讨从不同时间、不同空间上分别揭露黑、白龙潭两个子系统,地下水流系统的改变。运用数值模拟方法,通过隧洞施工过程地下水数值模拟对比分析,寻求最佳的施工组织方案。具体研究内容及主要成果如下:(1)研究区补径排特征属于“单源双汇”类型,即补给区同为一朵云处可溶岩发育条带,被大青岩南侧二叠系下统倒石头组(P1d)隔水条带阻隔,形成两个水流系统,最终分别排泄至黑、白龙潭。(2)隧洞高程低于地下水位以及黑、白龙潭出口高程,因此隧洞开挖会全面影响系统的各个含水层,隧洞施工在不采取任何措施时,可能造成黑、白龙潭枯竭,对地下水环境造成一定的影响。(3)8#支洞向9#支洞单向开挖时,先揭露黑龙潭子系统,隧洞对黑龙潭水位影响最大;9#支洞向8#支洞单向开挖时,先揭露白龙潭子系统,隧洞对白龙潭水位影响最大;两支洞同时相向开挖时,隧洞对黑、白龙潭水位的影响较均衡。三种施工顺序下,隧洞对地下渗流场的影响范围都逐渐扩大,隧洞分别挖至黑龙潭暗河管道和白龙潭暗河管道时,涌水量突增。(4)综合考虑隧洞涌水量大小、影响面积以及黑、白龙潭水位变化等方面,以保护黑、白龙潭水源和减弱隧洞对地下水环境的影响为目的,认为两支洞同时相向开挖的顺序更为合理,该施工顺序下,隧洞对地下渗流场影响范围最小,黑龙潭水位降深最小,施工周期最短。(5)将两支洞同时相向支护开挖和不支护开挖方式对比,支护开挖时,黑、白龙潭的最大降深更小,黑、白龙潭水位能逐渐恢复,隧洞对渗流场的影响面积逐渐减小,且最大影响面积与不支护开挖中最小影响面积相同。综合比较后,得出两支洞同时相向支护开挖为最佳施工组织方案。
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