岩溶区隧道涌水研究现状及建议_蒙彦

中　国　岩　溶

CARSOLOGICA　SINICA

Vol.22　No.4

Dec.2003

文章编号:1001-4810(2003)04-0287-06

⒇

岩溶区隧道涌水研究现状及建议

蒙　彦,雷明堂

(中国地质科学院岩溶地质研究所地质灾害研究中心,广西桂林541004)

摘　要:主要从涌水量预测、地质超前预报技术和涌水处理三个方面总结分析了岩溶区隧道涌水的研究现状,并就相关问题进行了探讨,提出了自己的见解。关键词:岩溶隧道涌水量预测;地质超前预报技术;涌水处理;规范化中图分类号:P642.2　　　文献标识码:A

0　前　言

隧道涌水量预测、地质超前预报和涌水处理研究已经有近半个多世纪的历史,特别是近几十年来,无论研究的深度和广度都有了很大的拓展,但也存在许多缺点和不足。

在隧道涌水量预测方面,工程上应用较多的为传统的专业理论计算公式,许多专家和学者根据工程的具体情况对传统公式进行了修正或引入一些新理论方法对隧道涌水量进行预测,并取得了一定的成效。但从科学与应用的角度来看,这些方法仍然还不够完善,其实用性和推广性也还有待加强。在地质超前预报方面,近几年来相继出现了一些先进的物探仪器,如地质雷达,TSP系统等。地质雷达精度很高但探测深度较小且占用施工时间;TSP系统是目前较为先进的系统,但费用较高,搜索角较难确定。在涌水处理方面主要存在的问题是处理方法不得当、不够规范、人为因素较大,由此常引发一系列工程完工后的地质灾害问题、环境问题。

当然,上述问题的解决需要有一个过程。为使岩溶区隧道的涌水研究能进一步提高,我们有必要回顾一下岩溶隧道涌水的研究现状,以便能让我们对岩溶隧道涌水有一个更清楚、更全面、更系统的认识,进而提高理论研究,更好地应用于实践。本文在总结分析了岩溶区隧道涌水研究现状的同时,提出了自己的一些看法,并对隧道涌水研究的发展趋势进行了初步分析。

1　岩溶区隧道涌水研究现状

1.1　岩溶区隧道涌水地质条件研究

岩溶区隧道涌水研究必须要注重水文地质条件的研究,因为每一种方法、公式的提出都是基于地质条件的研究基础之上的。岩溶区地质条件一向比较复杂,从隧道施工期发生的比较严重的涌水事件来看,岩溶区易发生涌水的地质条件可以分为以下几类:

(1)向斜盆地形成的储水构造

向斜盆地,特别是其轴部往往富含地下水,隧道中的大量涌水与它相关。如成昆线穿越米市向斜的沙木拉达等5条隧道都发生了大量的涌水;大瑶山隧道平洞涌水也是发生在向斜构造中。

(2)断层破碎带、不整合面和侵入岩接触面

它们常为含水构造。特别是活动性断层,其未胶结构造带和派生构造带常形成断层含水构造。如南岭隧道在施工中揭穿岩溶断层而发生突水突泥灾害,全隧道注浆共用水泥3万多吨,水玻璃5000多吨,在国内外实属罕见。

(3)岩溶管道、地下河

在混流带,因岩溶发育强烈,常会出现含水溶洞和地下河,施工期间如揭穿岩溶管道、地下河,或者岩溶水从管道中突破而出,均会造成涌水灾害。如大瑶山隧道、华蓥山隧道均发生过此类涌水灾害。

(4)其他含水构造、含水体

除上述三种涌水条件外,背斜轴部也往往由于张性断裂发育而富水,如大巴山隧道在施工中最大涌水达3000t/d,比预计大6倍。另外层状隔水层间形成

⒇作者简介:蒙　彦(1978-),男,毕业于成都理工大学(原成都地院),主要从事地质工程与地质灾害研究工作。

收稿日期:2003-07-24　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中国岩溶　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年288

的含水体、岩溶地层中的孤立含水体等均有可能使隧道发生涌水。

以上只是从宏观上列举了一些可能发生严重涌水的地质条件,这是远远不够的,对隧道涌水条件应进行详细研究,这是其他隧道涌水研究工作的基础,必须予以重视。

1.2　岩溶区隧道涌水量预测研究现状

隧道涌水量的预测计算是水文地质学科中的一个重要的理论问题,同时也是隧道防排水设计和施工中一个亟待解决的实际问题,迄今为止尚无成熟的理论和公认的准确计算方法。究其原因,主要是因为隧道涌水的复杂性和多变性以及人们对现场水文工程地质条件的认识不完善。要解决这个问题,一方面,应强调通过各种先进的勘察手段,尽可能多的获取涌水系统的重要信息。另一方面,应提倡科学思维,用新的观念和新的理论来完善与充实。目前涌水量的预测计算方法很多,归纳起来主要有以下几种:1.2.1　近似方法

这种方法主要包括涌水量曲线(一般称Q-S曲线)方程外推法和水文地质比拟法两种。预测时前者以勘探阶段抽(放)水试验的成果为依据;后者则应用类似的隧道水文地质资料来计算。但两者共同的应用前提是水文地质资料的相似性,前者要求试验阶段与未来掘进阶段的条件相似;后者则立足于勘探区与借以比拟的施工区条件一致。鉴于以上特点所以它们是近似的预测方法。如:中梁山隧道采用比拟法进行涌水量预报,预测涌水量为12255m3/d,实际最大涌水量为14138m3/d,准确率达85%;而在保纳隧道也同样采用了比拟法进行预报,预测涌水量为1609～24111m3/d,实际涌水量却很小。由此可见,这种方法的预测精度取决于试验段和施工段的相似性,两者越相似则精度越高,反之则越差。我们知道岩溶的发育具有不均一性,要查明一个地区的岩溶发育情况往往是很难的,所以建议此种方法在岩溶区少用,或最好不用。

1.2.2　专业理论方法

专业理论方法较多,也是目前国内外应用较多的方法。这些方法可归纳为:地下水动力学法、水均衡法和其他方法。

(1)地下水动力学法

地下水动力学法又称解析法,是根据地下水动力学原理用数学解析的方法对给定边界值和初值条件下的地下水运动建立解析式,而达到预测隧道涌水量的目的。在地下水运动学中有以裘布衣公式(1875)为代表的稳定流理论和以泰斯公式(1935)为代表的非稳定流理论。根据这两大理论人们研究出了许多隧道涌水量预测的经验公式,比较常见的有:日本的佐藤邦明公式、落合敏郎公式;前苏联的科斯嘉可夫(A·

H·Костяков)公式、吉林斯基(H·K·

)公式、福希海默(Forcheimer·F)公式以Гиринский

及我国的经验公式[1,8]。地下水动力学法是比较常用的方法,但在工程建设中往往受地形、人力、物力、经费等诸因素影响,使预测精度受到限制。如:大巴山隧道采用此法预报涌水量为4.14×104m3/d,而实际涌水量高达20.55×104m3/d,是预测的几倍;再如岩脚寨隧道采用该法预测涌水量为0.66×10m/d,而实际涌水量为10.08×104m3/d,是预测的几十倍;其他岩溶隧道诸如:大寨、娄山关、南岭、梅花山、燕子岩等均采用此法预报,预报与实际结果均相差很大。由此可见,地下水动力学法在岩溶区的应用有很大的局限性,使用时必须根据具体情况进行适当的修正,一般情况下最好不用,如非用不可,建议应与其他方法结合使用。

(2)水均衡法[9]

水均衡法是根据水均衡原理,查明隧道施工期水均衡各收入、支出部分之间的关系进而获得施工段的涌水量。水均衡法能给出任意条件下进入施工地段的总的“可能涌水量”而不能用来计算单独隧道的涌水量。当施工地段地下水的形成条件较简单时,采用水均衡法有良好的效果,如分水岭地段、小型自流盆地等。水均衡法的关键是均衡式的建立即均衡要素的测定。但是在解决这问题时遇到了一个困难,就是天然条件下的水均衡关系在隧道的施工过程中常常遭受强烈的破坏,如强烈的降压疏干使地下水运动的速度和水力坡降增大等等。水均衡法虽然有种种不足,但它有一个最大的特点,就是能在查明有保证的根本补给来源的情况下,确定隧道的极限涌水量值。因此在补给源有限时,它可以作为核对其他方法计算结果的一种补充性计算方法。如:胜竟关隧道采用均衡法预测最大涌水量为95510m/d,实际涌水量为92000m/d;平关隧道采用此法预测最大涌水量为113100m/d,实际涌水量为108600m/d。

(3)其他方法

其他方法主要有地下径流模数法、降水入渗法、地下径流深度法和地球物理化学法。

地下径流模数法适用于类似越岭隧道通过一个或多个地表水流域地区,亦适用于岩溶区。本法假设地下径流模数等于地表径流模数,根据大气降水入渗补给的下降泉流量或由地下水补给的河流流量,求出隧道通过地段的地表径流模数,作为隧道流域的地下3

3

3

3

4

3

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径流模数,再确定隧道的集水面积,便可宏观、概略地预测隧道的正常涌水量。

降水入渗法适用于埋藏深度较浅的越岭隧道等类似情况,亦适用于岩溶区。根据隧道通过地段的年均降水量、集水面积并考虑地形地貌、植被、地质和水文地质条件选取合适的降水入渗系数经验值,可宏观、概略预测隧道正常涌水量。该方法有一定的适用条件,但如果条件适合预测结果也较为理想。如:青藏线关角隧道采用此法预测涌水量为877～1096m3/d,实际涌水量为1000～1500m3/d。该法的关键技术是入渗系数和汇水面积的确定,多用在可行性研究或初测阶段。地下径流深度法适用条件同地下迳流模数法。由于各项参数难以取得精确数据,故预测的隧道涌水量,只能是宏观的、近似的数量。

地球物理化学方法适用于与越岭隧道和傍山隧道地质条件类似的情况,主要是测定水中氚的含量。放射性元素氚(3H)是氢(H)的同位素,其半衰期为12.26a。根据含水体的地下水流向,沿水平方向或垂直方向,在较短距离内采取水样测定氚的含量,求出相对时间差,据此可求出地下水实际运动速度和大概的涌水量。

1.2.3　数值法

数值法是随着电子计算机的出现而迅速发展起来的一种近似计算方法。用它来求解描述疏干流场的数学模型有两种途径,即有限元法和有限差分法。前者对求解区域通常采用三角形单元剖分,用变分原理或卡辽金法或最小位能原理求解描述疏干流场单元节点上的近似值。而后者则一般采用方格形剖分单元并用差分代替微分方程,通过求解节点上的差分方程获得近似解。这两种方法中以有限元法应用得最为广泛。有限元法的数学基础是能量守恒原理和分割近似原理。所谓能量守恒原理就是用能量的观点来研究平衡问题。对疏干流场而言,它的平衡问题取决于水量的收支和存储,而平衡过程中的能量转换规律则服从渗透定律,它是建立疏干流场数学模型的基础。分割近似原理运用在隧道涌水量预测中就是将一个反映实际疏干流场渗透运动的光滑连续水头曲面用一个彼此衔接无缝且不重叠的有限三角形并凑起来的连续但不光滑的折面来代替,从而可以使复杂的非线性问题简化为线性问题。数值法是一种具有远大前景的方法,尤其是近几年发展很快,如黄涛、杨立中[3]使用渗流-应力-温度耦合情况下的水文地质数值法对秦岭隧道涌水量进行了预测验证,结果涌水量为1490m/d,实际为1482m/d,误差仅为0.54%。

[2]

1.2.4　随机数学方法3

3

[3,10]

该方法主要是根据灰色理论、模糊数学、数

量化理论[13]和虚拟变量多元回归方法等随机数学方法,选取涌水灾害的影响因素,先进行关联度分析,然后按涌水程度进行分类,最后进行涌水量预测。如郑黎明[2]使用随机模型对大瑶山等35座隧道进行判别,准确率为75%。1.2.5　非线性理论方法

通过对隧道涌水的深入研究,人们发现隧道涌水往往是一个非线性系统[4],系统本身是一个不断与外部环境进行物质、能量和信息交换的开放系统,具有协同性、自组织性、信息性的特点。显然用线性理论或线性化理论来研究一个非线性系统是与客观实际相悖的,隧道涌水预测的可靠性也必然受影响。目前,非线性理论应用于隧道涌水的预测相对较少,常见的有:神经元网络专家系统、系统辨识法等。神经元网络专家系统是一种能够模仿人类专家工作的知识信息加工处理系统,它具有自适应、自组织、自学习、推理、联想记忆和分析决策能力。张王景、王延福等

[14]

[11][12]

使用此

系统对53个巷道进行了预测预报,准确的为51个,不准确的为2个,正确率达94%。系统辨识方法的核心是对岩溶水进行系统辨识与描述。该方法首先对隧道标高附近及其以上庞大空间范围内的岩溶水进行系统识别与划分,同时完成对每个系统结构与功能的不同精度的描述。根据各个系统与隧道的空间关系及其它相关信息,确定系统向隧道供水的可能性,并进行分级。然后根据可能成为隧道充水水源的系统的径流量及导水通道的水力学特征,对隧道涌水量作出预测。徐则民,黄润秋等[5]运用此法对渝怀铁路圆梁山特长隧道涌水量及疏干影响范围进行了预测和评估,该方法得到了同行专家的肯定,认为是对常规预测方法的一个有益补充。相信随着科学的发展,非线性理论在隧道涌水研究中的应用一定会越来越广泛,越来越完善。

由上可见,隧道涌水量的预测计算方法很多,目前较为常用的主要是专业理论方法,但其预测精度远远不够,究其原因主要是岩溶系统是一个复杂的开放的系统,是非线性的,目前人们对岩溶系统的认识还不是很完善,因此涌水量的预测必需采用多种方法结合,多学科交叉的手段,以提高预测精度。1.3　岩溶隧道涌水的地质超前预报技术研究现状

隧道施工期地质超前预报由来很久,国外如英、法、日、德等国家均将此列为隧道工程建设的重要研究内容。在我国,隧道施工期地质超前预报研究始于上世纪50年代末,但真正应用于隧道工程建设(包括其他地下工程)是在上世纪70年代,以我国工程地质[15]

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中国岩溶　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年290

界老前辈谷德振教授等根据矿巷施工进度和掌子面地质性状做出的矿巷前方将遇到断层并将引发塌方的成功预报为序,开始了我国隧道施工期地质超前预报的研究和应用,现在已取的了很大的进步。

纵观国内外隧道施工期地质超前预报技术方法,基本上有以下几种方法:1.3.1　地质法

地质法主要包括地质素描法和超前平行导洞(坑)法。

地质素描法主要是根据施工期掌子面地质条件,如岩体结构面产状及发育状况、岩体破碎程度、岩石的风化程度等的变化特征进行超前预报,主要预报隧道掌子面前方存在的断层、不同岩类间的接触界面、隧道前方围岩的稳定性及失稳破坏形式等;超前平行导坑(洞)法主要是利用施工前的平行导坑的地质资料推测隧道将遇到的地质情况从而进行预报。这两种方法都是以地质资料为基础,采用推测、对比等手段对隧道进行地质超前预报。它们的定量水平虽然不高,但其简单易行、且成本低廉、不占用施工时间,是目前隧道施工前期地质超前预报的一种常用方法,尤其是平行导洞法。贵遵高速的凉风垭隧道主要是采用平行导洞法结合物探技术进行预测预报,效果较好。该方法比较直接,成本低,在岩溶发育极不均一的地区如与物探技术结合则可收到较好效果。1.3.2　钻探法

随着钻探技术的发展,一些常见的钻探技术方法和设备也应用到隧道的地质超前预报上来,目前常用的钻探方法为水平钻速法。

水平钻速法是根据台车水平钻速(一般指每钻进20CM所需的时间)的快慢和钻孔回水的颜色来判断前方掌子面围岩的岩性、构造及岩石的破碎程度。通过同一断面至少三个不在同一直线的钻速情况,运用实体比例法投影可确定结构面的形状并实施预报。该方法简单可行,快速实用,不占施工时间,是一种较受欢迎的方法,但该方法也受到一些因素的影响,诸如钻机钻压的不稳定,钻孔的平行性,钻孔过程中卡钻现象等。大瑶山隧道突水和哥伦比亚某隧道突水、洞内泥石流灾害都是发生在水平钻检修和因钻进困难而停止超前预报后发生的。

1.3.3　物探法

物探法是目前隧道地质超前预报较为先进的方法,主要有声波测井法、声波透射法和波反射法。

声波测井法和声波透射法主要是根据声波在不同岩性、不同岩体结构中传播的速度差异来确定岩体的好坏程度及相关的力学参数,再经过实际工程的检验优化波速等判定依据来进行预报。声波法具有轻便简易、快速经济、测试精度易于控制和提高等优点,应用较广,但占用一定施工时间,有一定的局限性。波反射法主要是利用声波、超声波、地震波及电磁波在地层中传播、反射,然后通过信号采集系统接收反射信号,借助分析软件解译隧道掌子面前方反射界面(断层、软弱夹层等)距隧道掌子面的距离进行预报。波反射法应用最广,也是目前隧道地质超前预报最先进的方法。同时人们也根据这些方法研究生产了许多先进的仪器设备,如声波探测仪、地震仪、红外线探测仪、地质雷达统

[17,18]

[16]

和目前最先进的TSP系

。

目前国外常用的系统是TSP-202(203)。TSP地质超前预报系统是目前利用物探方法进行施工地质超前预报诸多系统中较为有效的一种,其难点在于搜索角的确定。它是目前世界上在这个领域最先进的科技成果。它由4大部分构成,分别是人工震源、传感器单元、记录单元和分析处理解释单元。1996年我国首次引进这一系统,它的预报距离为地质雷达的4～12倍,预报费用为超前水平钻探的1/10～1/20。目前我国已用TSP202预报系统进行了一次试验性预报和约30次生产性预报,经开挖施工验证,其预报结果与实际地质情况基本吻合。温树林等在云南元磨高速公路隧道应用TSP203系统进行了隧道地质超前预报,取得了较好的效果。TSP的测量原理正像所有的振动测量方法一样,也需要振动发射源和接受装置。TSP测量系统是通过在掘进后方一定距离内的钻孔中施以微型爆破来反射声波信号的,爆破引发的地震波在掩体中以球面的形式向四周传播,其中一部分向隧道前方传播,当波在隧道前方遇到某一结构面时,将一部分波从界面处反射回来,界面两侧岩石的强度差别越大,反射回来的信号也越强。TSP测量系统配备有专门的分析软件,分析软件的主要任务之一是对测量信号进行各种数字滤波、选择放大等,以获得清晰的反射波图像。分析软件的另一功能是将反射波图像所提供的信息与隧道的空间坐标结合起来,通过一系列的数学运算求出反射事件本身的空间位置以及与隧道的相对位置。这些数学运算的结果和解释正是TSP地质超前预报的最终目的。TSP的应用除前述的搜索角较难以确定外,系统本身费用较高也是它的一个不足。1.3.4　综合方法

综合方法主要是根据隧道的水文地质环境、地形地貌特征、岩溶发育特征等因素而采取多种方法结合对隧道进行地质超前预报的方法,在应用中讲究因地[15]

[6]

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制宜,具体问题具体分析,所以需要做大量详尽的地质工作。

1.4　岩溶区隧道涌水防治研究现状

随着隧道建设不断向长大深方向发展,加之我国岩溶地层分布广泛,岩溶问题处处可见。因此在新建隧道中如何彻底解决和防治岩溶涌水问题,对它采用什么样的防治原则、防治措施,是急需要解决的工程实际问题。

(1)涌水处理

隧道发生涌水时,根据以往的工程经验多采用“宁疏勿堵”的原则,排水处理主要是通过暗沟、管道、涵洞、泄水洞、明渠、渗沟、拱桥或增加辅助导坑截流排除地下水。但是这种处理方法产生了许多严重的地质灾害和环境问题,如:地表塌陷、地面沉降变形、水塘井泉干涸、农田缺水、林木枯死等,严重影响了隧道周围的生态环境。中梁山隧道最初采取“以排为主”的原则处理涌水,运营以后出现严重病害,涌水量由原来的18000m/d,变为54000m/d,大量泥沙涌进隧道,施工时处理过的塌陷复活,同时出现了许多新的塌陷。大瑶山隧道从施工到运营先后发生塌坑数百个,影响范围几平方公里。究其原因是由于处理方法不当引起的,即以往采取“以排为主”的方法是不全面的,没有根本解决岩溶涌水问题。由于隧道开挖岩溶管道、裂隙临空暴露,和为了衬砌与封底把岩溶水排走,结果往往把岩溶管道中的充填物带走,使地下管道畅通,强化了地表降水对隧道涌水的影响。根据盘西线平关隧道和大瑶山隧道岩溶涌水观测统计,只要地表降雨7～8小时,洞内涌水量立即增加,一遇暴雨,灾害立起。

这些年来隧道工程界进行了多方面的试验研究,对岩溶隧道涌水的治理原则和方法,有了重新认识和新的想法,而且研究了新的技术,即以堵为主,适当辅以截排措施的治水原则,在措施上采用预注浆技术封堵岩溶水。目前“以堵为主”的涌水处理方法一般有4个基本步骤:超前预报、预注浆堵水、强支护、短台阶开挖。预注浆封堵这项技术已在多个岩溶极为发育,涌水量很大的新建隧道中应用,取得了较好的效果。云南大理老青山隧道采用了预注浆堵水处理,注浆前涌水量达8.57m3/h,注浆后检查孔出水量只有1.8m3/h,恢复了施工,而且效果较好。又如成渝高速的缙云山隧道也采用了以堵为主的处理原则,开挖前对可能涌水的部位进行了预注浆处理,开挖时未出水,达到了注浆效果。

(2)涌泥沙处理

岩溶地区隧道涌泥沙一般是填充在岩溶管道中3

3

的饱和泥沙和岩溶涌水中携带的大量泥沙,在岩溶被揭穿或阻隔层被突破后,它们随岩溶水在重力和水力坡降作用下涌入隧道而形成的,可造成洞内淤塞、围岩支护体系和施工设施的破坏等事故。岩溶型涌泥沙在时间特征上和涌水一样,在空间分布上主要与隧道中涌水岩溶管道和泥沙物质充填封闭岩溶洞穴的性状相关联。

隧道涌泥沙和涌水往往同时产生,泥沙在隧道涌水灾害中的作用是不可忽视的,目前国内外专门进行涌泥沙方面的研究很少,甚至没有,这也是导致预测预报不准确的一个主要原因。岩溶管道中泥沙随水而运移,时通时堵,将产生一系列的水力效应,如水击效应、气爆效应等,使隧道涌水突泥发生非常规的剧烈变化。最明显的例子是隧道或巷道开挖以后产生的井下泥石流现象,这是井下危害最大的地质灾害;在京广线大瑶山隧道、京珠高速靠椅山隧道以及湖南斗恩煤矿中都发生过此类灾害。对于涌泥沙的处理,一般可采取地下水降压疏干、注浆、压缩空气、冻结地层等方法,目前工程上最为常用的是超前预注浆方法。京广线南岭隧道对于突泥灾害采用了超前注浆方案,处理后流状粘土被压实、脱水,强度显著提高,达到了设计效果。

2　结论及建议

通过对岩溶隧道涌水研究现状的总结分析,我们得出了以下结论和建议:在隧道涌水研究中,岩溶隧道涌水研究是重点和难点。这主要取决于岩溶发育的隐蔽性、不均一性和突发性。在涌水量预测方面,从前面的总结我们可以看出,近年来又出现了轻视具体地质条件研究,过多依赖于数学模型、计算机技术的苗头。我们知道,无论是岩溶区还是非岩溶区,具体地质条件都是十分重要的,不但不能忽视,而且应该加倍重视,任何脱离了地质条件研究的数学模型和计算机方法都只能是数学或计算机游戏。另一个问题是虽然提出了许多新的方法但效果如何则很少有人问津。这也是为什么虽然提出了许多方法,但仍然无法解决涌水量误差较大这一问题的原因之一。

岩溶隧道涌水和预测是一对矛盾,要想解决矛盾,就必须要找出矛盾的关键所在。从能量的角度考虑,总收入应该等于总支出,现在矛盾的关键就在于:总收入有多少转化为隧道的支出。要想解决这个问题我们就必须得研究转化的中间过程,这就要求我们要做详细的地质调查工作,而这一点则很少有人重视。

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不可否认,转化的中间过程很难研究,尤其是在岩溶区。我们认为首先应该进行详细的地质调查,借助地理信息系统(GIS)的强大数据管理功能和空间分析功能,找出本区岩溶发育的宏观规律。然后对隧道内进行详细调查,运用蒙特卡洛模拟等方法,找出岩溶发育的微观规律(溶洞位置的确定岩溶所在这方面已有研究)。然后以溶洞、地下河、断层、裂隙为4个基本指标确定转化系数。如果中间转化过程研究较为详细的话,相信预测精度会有很大的提高。

在岩溶区隧道的地质超前预报方面,可以说取得了很大的成绩,尤其是在物探方面发展更是迅速。从发展方向来看,隧道地质超前预报必将向着机械化、智能化、商品化的方向发展,这与社会的进步、科学的发展是分不开的,尤其是计算机技术的发展。这是一种好兆头,但是我们必须清楚,任何一种脱离了地质基础的技术仪器都将是空中楼阁。如目前世界上最为先进的TSP系统,其预报的准确与否,直接取决于解译人员的专业知识和经验,这就要求解译人员在解译之前必须进行详细的地质调查工作,才能确保预报的准确性。

在涌水处理方面,根据大量的工程实践,人们已总结出了许多方法,但我们知道岩溶的发育极不均一,各个工程处理方案也不尽相同。在涌水处理时一定要先查明涌水来源、成因等因素,切不可盲目处理,一定要做到因地制宜、有的放矢。我们认为最好的方法是:(1)总结经验教训,加强相互交流,避免盲目处理;(2)尽可能多收集隧道涌水处理方案,建立涌水处理方案数据库,构建涌水处理方案智能专家系统;(3)制订涌水处理规范;(4)加强对泥沙运移、处理的研究。

参考文献

[1]　朱大力,李秋枫.预测隧道涌水量的方法[J].工程勘察,2000

(4).

[2]　郑黎明.隧道涌水灾害预测的随机性数学模型方法[J].西南交

通大学学报,1998,33(3).

[3]　黄涛,杨立中.渗流-应力-温度耦合下裂隙围岩隧道涌水量

的预测[J].西南交通大学学报,1999,34(5).

[4]　王延福,勒德武,曾艳京,王晓明.岩溶矿井煤层底板突水系统

的非线性特征初步分析[J].中国岩溶,1998,17(4).

[5]　徐则民,黄润秋,罗杏春.特长岩溶隧道涌水预测的系统辨识方

法[J].水文地质工程地质,2002(4).

[6]　温树林,吴世林.TSP203在云南元磨高速公路隧道超前地质预

报中的应用[J].云南交通科技,2002,18(6)7.

[7]　高克德,王连成.地质雷达探测隧道掘进前方充水和瓦斯构造

[J].公路,1994(9).

[8]　聂志宏,张弥,白李妍.用经验公式计算隧道用水量[J].铁道标

准设计,2000,20(6-7).

[9]　董兴文.矿井最大涌水量计算与参数确定[J].工程勘察,1995

(4).

[10]　毕焕军.裂隙岩体数值法预测计算特长隧道涌水量的应用研

究[J].铁道工程学报,2000(1).

[11]　程学军,蔡美峰,李长洪.灰色-突变模型及其在声发射监测

预报中的应用[J].中国矿业,1997,6(2).

[12]　吴慈生,白勤虎,王新元.基于模糊聚类分析的矿井突水预测

及危险性评价[J].中国安全科学学报,1995,5(增刊).[13]　王玉振,王连国,周文安.用数量化理论建立矿井涌水危险性

评价模型[J].系统工程理论与实践,1996(4).

[14]　张王景,王延福,曾燕京.神经网络专家系统在煤矿突水预测中

的应用[J].微电子学与计算机,1995(5).

[15]　何发亮,李苍松,陈成宗.岩溶地区长大隧道涌水灾害预测预

报技术[J].水文地质工程地质,2001(5).

[16]　余中明.探地雷达技术在隧道掘进预报中的应用[J].地质与

勘探,1999,35(3).

[17]　李忠.TSP-202探测系统在新倮纳隧道地质超前预报中的应

用[J].地质与勘探,2002,38(1).

[18]　张勇,张子新,华安增.TSP超前地质预报在公路隧道中的应

用[J].东北公路,2001,24(2).

THEADVANCEANDSUGGESTIONFORTHESTUDYON

DISCHARGERATEINKARSTTUNNELGUSHING

MENGYan,LEIMing-tang

(InstituteofKarstGeology,CAGS,Guilin,Guangxi541004,China)

Abstract:Thepaperanalysestheadvanceforthestudyworkondischargerateinkarsttunnelgushingfromthepredictionofthedischargerate,thetechniqueofgeologicpredictioninadvanceandthetreatmentofthedischargerate.Finally,thepaperputsforwardsomenewviewpoints.

Keywords:Thepredictionofthedischargerateofkarsttunnelgushing;Techniqueofgeologicpredictioninadvance;Tunnelgushingtreatment;Standardization