论文部分内容阅读
假角山背斜位于四川盆地东北缘,属川东平行岭谷一部分,其走向为北东—南西向,形成长约75km且连续的弧形山地,区内无大型河谷切入可溶岩,为一完整的褶皱区。区内可溶岩地层在非可溶岩地层的挟持形成相对独立的可溶岩含水系统,在川东平行岭谷隧道工程建设过程中遭遇不同程度的岩溶涌突水灾害,对地下水环境造成不同程度的影响。拟建成达万高速铁路隧道工程方案中,从工程经济效益来说,直穿假角山方案应为最优线位,但穿越假角山背斜山体区段岩溶强发育,易发生隧道涌突水灾害及一系列环境地质问题;若采用绕行避开大面积的可溶岩方案,线位长度随之增加,从而增加工程投资成本,降低工程经济效益。本文旨在寻求一个线位长度适宜且对地下水环境影响较小的最优线位,为穿越假角山背斜高铁隧道选址提供科学客观的理论支撑。本论文基于岩溶区高速铁路建设实践,结合野外水文地质调查,归纳分析假角山背斜的岩溶发育特征、影响因素和地下水循环模式,从横切沟谷发育密度、泉点发育密度及岩溶洼地发育密度等指标划分岩溶发育强度。采用GMS—Modflow软件对假角山背斜地下水天然流场的反演分析,拟通过对拟建的成达万高铁假角山隧道不同方案线位进行隧道建设后地下水渗流场及环境影响的预测分析,研究寻求隧道工程建设对地下水环境影响较小且工程投资低的线路优化选址方案,主要研究成果如下:（1）研究区内的可溶岩占背斜山体总面积的35.9%,大面积出露的可溶岩具有强富水性,有利于岩溶的发育。区内可溶岩含水层组为三叠系下统嘉陵江组（T1j）、中统巴东组一段（T2b1）以及巴东组三段（T2b3）,岩溶水类型分为碳酸盐岩裂隙溶洞水和碎屑岩碳酸盐岩裂隙溶洞水。其中,嘉陵江组（T1j）和巴东组一段（T2b1）富水性强,为主要含水层,巴东组三段（T2b3）富水性中等～较强,为次要含水层。（2）从地下水系统理论的角度对假角山背斜地下水循环模式进行划分。假角山地区地下水循环主要受横向沟谷的控制,不同高程的排泄基准面控制不同的地下水循环模式,将假角山背斜地下水循环分为:双侧深切沟谷排泄型、单侧深切沟谷排泄型、单侧浅切沟谷排泄型。假角山背斜一级岩溶水系统,分为2个二级岩溶水系统,二级岩溶水系统分别为嘉陵江组岩溶水子系统和巴东组三段岩溶水子系统。（3）利用统计学手段对控制岩溶发育的要素:横切沟谷发育密度、泉点发育密度指标、岩溶洼地发育密度进行分析,根据横切沟谷发育密度、泉点发育密度及岩溶洼地发育密度三种指标将假角山背斜划分为三段,北部巴东组（T2b1）倾伏端往南20km内为发育程度最大,20～40km之间发育程度中等,40～50km发育程度最小,再结合模糊数学理论将研究区按照岩溶发育强度划分为三段:北段（茅坝—碑牌沟）为岩溶强发育区,中段（大垭村—茅坝）为岩溶中等发育区,南段（陶家坝—大垭村）为岩溶弱发育区。（4）根据地下水循环模式控制下的岩溶发育强度,建立了假角山背斜水文地质模型,对穿越背斜山体岩溶发育强度不同的3条拟建隧道线地下水渗流场的模拟,垂直于岩层走向在研究区范围共布置剖面,并在剖面线布置钻孔读取各岩层高程,统计整理高程数据,利用GMS—Modflow软件刻画三维水文地质模型,边界及初始条件输入模型,将野外调查泉点及勘探钻孔进行模型的识别和校验,随后反演出研究区的天然流场,结果显示其天然渗流场水头分布主要受地层变化及地形控制,西南部地区水头值高,为地下水补给区,向东北水头值逐渐降低。基于天然渗流场模型,再刻画岩溶发育程度不同隧道A、B方案建设后,对地下水环境受到扰动下地下水渗流场的概念模型,模拟结果显示隧道建设后对地下水的影响逐渐增大,最大降深可达到100～200m,影响范围在隧道两侧约3～4km部分泉点流量出现衰减或干涸。再对加密隧道方案1#～5#（大致按每5km一条隧道方案自A向南布设隧道群）进行地下水渗流场的模拟,模拟结果显示在巴东组一段倾伏端处,较A方案而言,2#隧道涌水量为39011.6m3/d,下降二分之一,影响范围约1km,下降三分之二,达州～万州隧道线路长度仅增加7km,其投资成本较低,对周围地下水环境影响较小,符合经济效益要求,因此,穿越假角山背斜高铁隧道选址宜选在距离方案A约15km处的五通庙附近。