Mecanismo de formação de riscos térmicos em um túnel de desvio, sudeste do Planalto Tibetano: insights a partir das características hidrogeoquímicas e simulação numérica
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Xin Liao, Mingyao Zhong, Xingcheng Yuan, Xun Huang, Jiuchen Long, Xiaoyan Zhao, Ying Wang, Yangshuang Wang (2025). Formation mechanism of thermal hazards in a diversion tunnel, southeastern Tibetan Plateau: Insights from hydrogeochemical characteristics and numerical simulation. ScienceDirect, Geothermics, Volume 132, November 2025, 103440 – (link)
Título
Formation mechanism of thermal hazards in a diversion tunnel, southeastern Tibetan Plateau: Insights from hydrogeochemical characteristics and numerical simulation
(Mecanismo de formação de riscos térmicos em um túnel de desvio, sudeste do Planalto Tibetano: insights a partir das características hidrogeoquímicas e simulação numérica)
Resumo
During the construction of deep-buried large tunnels, high geothermal temperature hazards are commonly encountered. High geothermal temperatures in tunnels can cause issues with quality, progress, and safety in the project. Therefore, studying the temperature distribution within the tunnel area and predicting high-temperature hazard zones and their severity is necessary to provide theoretical guidance and reference for the design and construction of tunnel projects. This study takes the diversion tunnel (section 4 + 521∼9 + 440) of Chuosijia Hydropower Station in Sichuan Province as the research object, and the geothermal geological background, geothermal structure, and other geological conditions in this area were investigated and analyzed in detail. The hydrogeochemical evolution characteristics of the study area were analyzed by hydrochemistry and isotope. Numerical simulation software FEFLOW predicted the temperature at specific depths along the tunnel’s longitudinal section, producing temperature fields and variation curves for different mileage segments of the Chuosijia Hydropower Station diversion tunnel. The discharge temperatures of tunnel hot waters were 33–39 °C, the concentrations of TDS were 74–107 mg/L, and the pH values were 8.4–9.0, which belongs to Na-HCO3 and Na·Ca-HCO3 type water. The hydrochemical types of cold water are Ca-HCO3 and Ca·Mg-HCO3. The hot waters originated from the meteoric water (4248–4671 m) of the high-altitude mountains on the north side of the tunnel and penetrated downward along the fissure. The ionic components in the hot and cold waters were mainly influenced by weathering and/or dissolution of silicate and carbonate minerals and positive cation exchange. The hot waters were mixed with a significant amount of shallow cold water as it rose to shallow depths. The reservoir temperatures of hot waters are estimated to be 53–79 °C, the mixing ratios of cold water are 51–60 %, and the maximum circulation depths are 1690–1790 m by using the solute water chemical geothermometers and the silica-enthalpy mixing model. The rock temperature at the cross-section of the Chuosijia Hydropower Station diversion tunnel ranges from 2.5 °C to 39.2 °C. Statistical analysis of the simulation results shows that the level II heat damage section totaled 2529 m accounting for 51.4 % of the total length of the heat damage section; level III heat damage section 2390 m accounting for 48.6 % of the total length of the heat damage section. Due to the unique regional geothermal background, complex geological structure, hydrological conditions, and significant burial depth, the diversion tunnel shows high-temperature anomalies in some sections. The research results can serve as references for analyzing similar high geothermal temperature tunnel projects.
Durante a construção de grandes túneis profundos, é comum encontrar riscos relacionados com altas temperaturas geotérmicas. As altas temperaturas geotérmicas nos túneis podem causar problemas de qualidade, progresso e segurança no projeto. Portanto, é necessário estudar a distribuição da temperatura dentro da área do túnel e prever as zonas de risco de alta temperatura e sua gravidade, a fim de fornecer orientação teórica e referência para o projeto e construção de túneis. Este estudo toma como objeto de pesquisa o túnel de desvio (seção 4 + 521∼9 + 440) da Estação Hidrelétrica de Chuosijia, na província de Sichuan, e investigou e analisou detalhadamente o contexto geológico geotérmico, a estrutura geotérmica e outras condições geológicas nessa área. As características da evolução hidrogeoquímica da área de estudo foram analisadas por meio de hidroquímica e isótopos. O software de simulação numérica FEFLOW previu a temperatura em profundidades específicas ao longo da seção longitudinal do túnel, produzindo campos de temperatura e curvas de variação para diferentes segmentos de quilometragem do túnel de desvio da Usina Hidrelétrica de Chuosijia. As temperaturas de descarga das águas quentes do túnel foram de 33 a 39 °C, as concentrações de TDS foram de 74 a 107 mg/L e os valores de pH foram de 8,4 a 9,0, o que pertence ao tipo de água Na-HCO3 e Na·Ca-HCO3. Os tipos hidroquímicos de água fria são Ca-HCO3 e Ca·Mg-HCO3. As águas quentes se originaram da água meteórica (4248-4671 m) das montanhas de alta altitude no lado norte do túnel e penetraram para baixo ao longo da fissura. Os componentes iônicos nas águas quentes e frias foram influenciados principalmente pelo intemperismo e/ou dissolução de minerais de silicato e carbonato e troca catiônica positiva. As águas quentes foram misturadas com uma quantidade significativa de água fria rasa à medida que subiam para profundidades rasas. As temperaturas do reservatório das águas quentes são estimadas em 53–79 °C, as proporções de mistura da água fria são de 51–60 % e as profundidades máximas de circulação são de 1690–1790 m, utilizando geotermômetros químicos de água soluta e o modelo de mistura de sílica-entalpia. A temperatura da rocha na seção transversal do túnel de desvio da Usina Hidrelétrica de Chuosijia varia de 2,5 °C a 39,2 °C. A análise estatística dos resultados da simulação mostra que a seção de danos térmicos de nível II totalizou 2.529 m, representando 51,4% do comprimento total da seção de danos térmicos; a seção de danos térmicos de nível III totalizou 2.390 m, representando 48,6% do comprimento total da seção de danos térmicos. Devido ao contexto geotérmico regional único, à estrutura geológica complexa, às condições hidrológicas e à profundidade de enterramento significativa, o túnel de desvio apresenta anomalias de alta temperatura em algumas seções. Os resultados da pesquisa podem servir como referência para a análise de projetos semelhantes de túneis com alta temperatura geotérmica.
