海底隧道含水斷層涌水量分析及突水風險預測方法研究.pdf

1、海底隧道施工經過斷層破碎帶等不良地質段時，在開挖卸荷和海水壓力的共同作用下，常會引發(fā)突涌水等地質災害，對施工安全造成嚴重威脅。因此，科學準確地進行隧道涌水量預測和突水風險分析至關重要。本文以青島膠州灣海底隧道工程為依托，采用理論分析、數值計算等手段對海底隧道穿越含水斷層時的涌水量分析方法和突水風險預測方法進行了探討。
　　(1)本文總結了隧道涌水量預測方法、斷層突水致災機理、隧道突水風險分析方法的國內外研究現狀與研究進展，通過對海

2、底隧道安全事故的統(tǒng)計分析得出突涌水是海底隧道最主要的施工風險之一。斷層破碎帶內裂隙發(fā)育、巖體破碎，圍巖穩(wěn)定性差，因此，對海底隧道穿越含水斷層時的涌水量預測方法和突水風險分析方法的研究是非常必要的。通過與理論解析法預測的涌水量的對比可知，本文采用的涌水量數值計算預測法有一定可靠性。
　　(2)運用多物理場耦合軟件COMSOL Multiphysics對海底隧道含水斷層進行了涌水量分析數值模擬，利用Darcy方程和孔隙-裂隙雙介質模型

3、，研究了不同覆巖厚度、海水深度、圍巖滲透率、裂隙傾角、裂隙間距對涌水量的影響。通過與理論解析法計算的涌水量的對比可知，本文采用的涌水量數值計算預測法有一定可靠性。
　　(3)通過建立斷層突水的尖點突變模型，對隧道發(fā)生斷層活化突水和隔水結構破斷突水的機理進行了分析。建立了斷層突水風險尖點突變勢函數，然后基于平衡曲面方程，運用坐標轉換的方法，提出了海底隧道含水斷層尖點突變模型突水判據，選取青島膠州灣海底隧道4條具有較高突水風險的含水斷

4、層，計算其突水指標從而預測突水是否發(fā)生，同時探討了該預測模型的優(yōu)缺點和適用性。
　　(4)運用特菲爾-理想點法和突變級數法，以斷層構造特征、物探解譯信息、誘發(fā)因素等方面為基本出發(fā)點，提取了斷層兩盤巖體的風化程度、斷層帶滲透系數、斷層傾角、斷層影響帶寬度、縱橫波速比、視電阻率值、上覆巖層厚度、海水深度、施工擾動水平等9個影響因素作為突水風險的評價指標，并將斷層突水風險分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（極高風險、較高風險、較低風險、極低風險）4個等