浅谈岩溶储气长隧道工程地质系统研究

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1、西南交通大学博士学位论文岩溶储气长隧道工程地质系统研究姓名：陈强申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：胡厚田20050301西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要岩溶储气长隧道工程建设中地下水、天然气及其它不良工程地质条件对隧道施工安全、工程质量、结构稳定具有重要的控制作用，往往是岩溶山区长隧道工程建设的控制性因素。本文结合渝(重庆)一怀(化)铁路线圆梁山隧道工程地质研究，从岩溶作用、石油天然气问题、环境影响三个方面对岩溶储气长隧道工程地质进行了系统研究，初步建立了一套研究体系和基本理论框架。主要取得了以下成果：一是岩溶地质研究。(1)碳酸盐岩区的化学热力学

2、研究。分析了岩溶地下水的碳酸与二氧化碳分压对岩溶作用产生与发展的影响；应用多组分综合分析方法，采用地下水全分析结果设计了五个化学反应方程式，通过活度、反应平衡常数及吉布斯自由能之间关系的热力学关系及二氧化碳气体分压，构建了评价地下水侵蚀性的两个化学反应判据。准确地分析出地下水的侵蚀性。为工程实践提供了一种新的地下水侵蚀性分析、评价方法；并分析了地下水对混凝土的碳酸型、硫酸盐型与硫氢酸型侵蚀以及混凝士中碱一骨料反应。(2)碳酸盐岩区的岩溶动力学研究。根据矿物溶解与沉淀的关系，将岩溶储气长隧道分成深埋与开挖两个区域，依据确定的化学模型，利用水质的相对和绝对含量，运用化

3、学热力学、化学动力学理论和相关分析方法进行溶蚀量或溶蚀模数的计算，得出隧道深埋区溶蚀总模数比隧道开挖区大10多倍的结论；采用化学热力学和化学动力学与地下水动力学理论相结合方法，给出了碳酸盐岩区水动力学和化学动力学模型，以及相关参数的计算公式。(3)岩溶突水突泥研究。讨论完善了岩溶突水突泥的定义，分析了岩溶突水突泥的基本特征与分类；应用断裂力学原理研究了岩溶突水突泥中的水力劈裂作用，得出深埋岩体为II型裂纹扩展，给出了II型裂纹扩展的临界水头值的计算公式和裂隙张开度在压裂作用下的计算公式；通过突水突泥破坏性分析，计算了圆梁山隧道“9．10”特大突泥事故冲击力。并应用

4、离散单元法对突水突泥的突出过程进行数值模拟，动态地再现了圆梁山隧道突水突泥运动过程。二是石油天然气地质研究。岩溶储气长隧道施工中发生的天然气突出不仅包括揭煤过程中的瓦斯突出，更主要的危害是石油天然气等非伴煤型天然气突第

5、l页西南交通大学博士研究生学位论文出。以圆梁山隧道进13端为例，分析了圆梁山隧道进13端天然气蕴藏特征、天然气运移的宏观与微观机理：给出了天然气运移、扩散的数学模型；采用气一固耦合的离散单元法研究了天然气突出对隧道建设与运营的危害：最后，依据现场监测资料，分析了圆梁山隧道内有毒有害气体的种类并评价了空气质量，提出了防护措施。三是环境问题研究。定义了

6、长隧道岩溶环境与工程环境，总结了长隧道岩溶环境和长隧道工程环境的基本特点，研究了长隧道岩溶环境、工程环境系统及由于隧道工程建设对环境的影响：分析了长隧道岩溶塌陷的形成条件及特征，并提出了其分类方式；研究了岩溶储气长隧道工程建设对环境影响的表现形式及由此带来的危害。同时，从工程应用的角度，总结了工程地质预报方法；并对圆梁山隧道进行了工程地质预报，取得了良好的工程地质预报效果。关键词：工程地质；岩溶；化学热力学；长大隧道：隧道工程环境：石油天然气：突水突泥；离散单元法西南交通大学博士研究生学位论文第1

7、I页AbstractGroundwater,naturalgasa

8、ndotherbadgeologicalconditionaredominativefactorsfortnnnelconstructionsecurity,projectquailtyandstructurestabilityofinthelongtunnelengineeringconstructionwimgasandkarst．BasedonstudyingengineeringgeologyoftheYuanliangshantunnelinthepaper,theresearchsystemsandbasictheoriesofkarstandgast

9、unnelareestablishedfromthekarst．gasandengineeringenvironment．ThemainresearchCOntentsinthePaFIerare：First，karstgeologyresearch．(1)Chemicalthermodynamicsresearchinthedistrictofcarbonaterocks。TheinfluenceofproduceanddevelopofkarstfunotioniSanalyzedbythepartialpressurefunctionofcarbonicac

10、idand