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系統識別號 U0026-1708201511145600
論文名稱(中文) 山岳隧道開挖水文地質模擬與湧水評估
論文名稱(英文) Hydrogeological modeling and groundwater inflow in tunneling
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 資源工程學系
系所名稱(英) Department of Resources Engineering
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生(中文) 戴紫陽
研究生(英文) Tzu-yang Tai
學號 N46024086
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 110頁
口試委員 指導教授-李振誥
口試委員-陳昭旭
口試委員-徐國錦
口試委員-羅偉誠
口試委員-王建力
中文關鍵字 湧水  機率  GMS  觀音隧道 
英文關鍵字 seepage  probability  GMS(Groundwater Modeling System)  Guanying tunnel 
學科別分類
中文摘要 山岳隧道之建置,除了遭遇湧水致使災害以外,亦可能因地下水文環境變化導致地下水水位變化、地下水流流場及地下水的儲存量改變,進而影響區域性的地質災害發生。本研究利用GMS(Groundwater Modeling System)地下水流數值分析軟體結合現場開挖湧水資料,針對台9線蘇花公路改善工程開挖中之觀音隧道施工與鄰近區域,進行數值模式之回饋修正,由施工過程隧道湧水量資料反算沿線水文地質參數,進行區域水文地質模型修正,且利用已開挖區段湧水量統計成果,估計較大湧水試建發生之機率已極可能發生之位置。
研究首先蒐集及分析研究區域之水文資料建置水平衡模式,包含雨量資料、、地下水位資料與流量資料等,分析求得觀音隧道鄰近區地下水年平均補注深度與年補注率約為62.34公分與22.3%。並蒐集區域之地質、DTM(Digital Terrain Model)、及水文地質參數,以採GMS(Ground Water Modeling)分析軟體,依據區域之水文地質特性劃分邊界,將上述之資訊建置觀音隧道三維水文地質概念模型,並預估隧道施工湧水量及開發導致之流場變化對鄰近水資源之影響。並於隧道開挖中過程中,依據實測之開挖面湧水量進行研體參數率定,對應開挖時調查之岩盤性質,進行原有模式的材質修訂與校正,以提高數直模式之準確度,並瞭解隧道沿線水文地質參數之變化。
本研究分析結果顯示,觀音隧道沿線變質岩透水係數變異幅度多達四個級數,對應開挖段湧水變化同樣劇烈,顯示案例區域中,隧道沿線片岩帶之破碎程度是影響水力特性之重要因素。區域地下水位變化模擬顯示地下水位洩降深度僅約0~1.8 m不等,顯示隧道施工至目前階段對環境地下水影響甚微。最後,本研究統計現場最小尺度湧水資料,結果發現湧水以500L/min為界,可區分為低湧水與高湧水,分別符合冪次及常態分布曲線,且北段破碎武塔片岩之湧水亦為常態分布。本研究並利用已開挖段之湧水資料,以統計分析反算不同湧水量事件發生距離,以及兩種主要岩體破碎武塔與武塔片岩之湧水量頻率,並繪製高湧水出現位置進行預測並驗證。驗證結果得之,本研究採取之預測方法在本案例中,對於大湧水是建之發生有相當之準確度,另外於於破碎武塔片岩帶中,對沿線整體湧水量之預估相當符合。
英文摘要 This study focused on modelling and forecasting groundwater seepage during excavating in Guanyin tunnel, one tunnel in Improvement Program of Su-hua Highway. A 3D hydrogeological conceptual model was built by topography, geological structure and hydrological parameters to assess the groundwater seepage and the influence of groundwater level in tunnel excavation. Furthermore, the seepage data of each excavating step was applied to calibrate the hydraulic conductivity of rock mass along Guanyin tunnel in order to modify the numerical model and revise hydrological model in this area. Finally the numerical model was calibrated. The results showed that the variance of hydraulic conductivity in single metamorphic rock was about 4 orders and the density of fractures controlled the hydraulic conductivity of rock mass. The estimation of groundwater seepage in unexcavated area was still inaccurate because of the hydraulic parameters of rock mass was unknown. The statistics of seepage data was used to forecast the groundwater gush event which the seepage is more than 500 liter/minute. The results also shows that the occurring probability decreased when seepage increased and the average occurring distance of specific seepage could be calculated when expectation was 100%. The occurring distance in different seepage was applied to forecast the groundwater gush events in unexcavated area. One event located at the mileage 6k+100 in Guanying tunnel which the groundwater gush reached 1,500 liter/minute was predicted successfully.
論文目次 中英文摘要 I
誌謝 VII
目錄 VIII
表目錄 XI
圖目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法與流程 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 國內外案例統整 4
2.2 隧道湧水評估方法 6
2.2.1 水理統計法 8
2.2.2 水平衡法 8
2.2.3 水文地質類比法 9
2.2.4 施工超前預測法 9
2.2.5 解析解法 9
2.2.6 數值分析法 11
2.3 湧水預測方法回顧 11
第三章 研究區域概述與數值模型建立 16
3.1 研究區域概述 16
3.1.1 位置與地形 16
3.1.2 研究區域地質 18
3.2 研究區水文地質架構 20
3.2.1 含水層之分區 20
3.2.2 含水層之分層 21
3.2.3 研究區域集水區與地表水系劃分 23
3.2.4 地表地質與地質構造 23
3.2.5 邊界條件與初始條件設置 23
3.2.6 地下水補注 25
3.2.7 水文地質概念模型之率定及驗證 28
3.3 開挖前數值模型建立與率定 30
3.3.1 數值軟體簡介 31
3.3.2 模擬範圍與邊界設定 33
3.3.3 研究區域水文資料分析 35
3.3.3 水文地質分層與參數設定 41
3.3.4 模式率定成果 44
第四章 施工資料反饋與水文地質模行修訂 46
4.1 隧道施工進度以及湧水量資料 46
4.1.1 隧道施工進度 46
4.1.2 湧水量換算 48
4.2 施工階段率定以及水文地質模式修正 53
4.2.1 施工階段湧水率定 53
4.2.2 觀音隧道水文地質模式修正 61
4.2.3 修訂後沿線透水係數率定 66
4.2.4 觀音隧道區域地下水影響評估 69
第五章 未開挖段隧道湧水量預估 72
5.1 初期模式湧水預估 72
5.2 已開挖段湧水資料統計 76
5.2.1 取樣岩性選定 78
5.2.2 取樣次數選定 79
5.2.3 湧水量頻率 81
5.2.4 大湧水事件特性分析 87
5.3 未開挖段湧水量預估 91
5.3.1 破碎武塔片岩段 92
5.3.2 全線湧水預估 95
第六章 結論與建議 101
6.1 結論 101
6.2 建議 102
誌謝 103
參考文獻 103
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