锦峰隧道的水文地质问题分析

■傅洪金

(福建省交通规划设计院，福州 350004)

1 序言

对于围岩以火山熔岩、火山碎屑岩为主的山区隧道，许多工程技术人员和业内学者认为其水文地质条件大多较为简单，从而对这类隧道的水文地质问题不够重视。但向莆铁路青云山隧道和福建高速公路石鼓山隧道、锦峰隧道等工程的实践表明，以火山熔岩、火山碎屑岩为主的山区隧道当补给来源较为丰富、地质构造较复杂时，水文地质条件往往较为复杂，施工中易出现突水、涌水、地表水渗漏、泉井干涸甚至突泥等工程问题，给隧道施工及围岩稳定带来不利影响，有些还造成当地饮用水源、生产水源枯竭等问题。

本文通过对福广高速公路福建仙游段锦峰隧道水文地质问题的探讨，为分析、研究以火山熔岩、火山碎屑岩为主的山区隧道水文地质问题提供参考。

2 隧道工程地质条件

锦峰隧道位于仙游城区西北方向约3.0km 的锦峰村境内，为双洞分离式隧道。隧道轴线大致呈南北走向。当地属于福建沿海亚热带海洋性季风气候区，年平均降水量1485mm，雨季在三至九月份，雨量最多五至六月份，七至九月份常有台风侵袭。

隧址区属侵蚀-剥蚀丘陵地貌，穿越锦峰村，地形起伏较大，沿隧道轴线地形总体上呈倒“V”字形，进口处地面高程195～200m，出口地面高程170～175m，隧道轴线最高点高程482m，高差约256～282m，地表植被较发育。山坡自然坡度一般20～30°。

该隧道区地层岩性以侏罗系南园组(J3n)凝灰熔岩为主（图1），地表大多覆盖有厚度0～6.0m 不等的坡残积粘性土层，局部有燕山期侵入的花岗斑岩（γπ53）。隧道区内岩石风化均匀性差，全、强风化岩层厚度0～35m 不等，其中山脊地段风化厚度大。

隧道区域上位于闽东火山拗陷带之福鼎—云霄断陷带中部，仙游—漳平东西向断裂带北侧。据地质测绘、钻探及物探成果，隧址区地质构造主要为断裂发育和酸性岩脉侵入，共发育有11 条构造破碎带或裂隙密集带（表1）。

图1 锦峰隧道工程地质平面图

表1 主要断裂构造及节理带特征一览表

3 水文地质条件

隧道区内地下水主要为风化带网状孔隙裂隙水和基岩裂隙水。前者赋存于岩石风化带内，一般富水性较差，主要接受大气降水补给，向沟谷排泄，地下水位随季节变化较大，对隧道洞口段的围岩稳定和施工影响较大。基岩裂隙水则主要赋存于节理裂隙密集带和断层破碎带中，受大气降水和地表水补给，其中南北向断层F2、F10 和北西向断层F3、F5、F6、F8、F9 等断裂构造为导水带。F3、F5、F6、F8 有后期花岗斑岩脉发育，脉体两盘节理发育，富水性较好，为含水断层。CK265、SK658 钻孔揭露F2、F3、F8 断层时发生涌水现象，涌水水头分别高出孔口约5.6m、2.8m，涌水量分别达52.5、32.3 m3/d。该隧道区地表水较发育，均为山间溪水，主要受大气降水补给，向沟谷低洼处排泄，流量随季节变化较大。其中1 号溪分布在隧道东侧约70～190m，总体上与隧道并行，流向近正南，但上游端所在沟谷拐向隧道，并与隧道相交，流向总体向南，于K100+700 左230m 处汇入5 号溪，雨季流量约60～75L/s，旱季流量约20～30 L/s。2 号溪近垂直横穿隧道轴线，交于隧道K100+882，流向近正东，雨季流量约45～55L/s，旱季流量约16～22 L/s；该溪于K100+980左182m 处汇入1 号溪。3 号溪分布在隧道YK100+482-YK100+871 段的右侧约37～92m，与隧道轴线并行，流向近正南，于YK100+871 左67m 处汇入2 号溪。4 号溪位于隧道进口外侧，对隧道无影响。5 号溪分布1 号溪东侧，流向南偏西，于K100+700 左230m 处和1 号溪汇合后向南与隧道并行，再于K100+980 左182m 处与2 号溪汇合后往南汇入另一溪流，为区内最大溪流。

由于岩石风化带多为弱透水层，一般富水性较差，且近洞口段隧道施工时地下水位降深小，故隧道揭露岩石风化带弱含水层时的涌水量不大。所以，本隧道涌水量主要集中在含水的节理裂隙密集带和断层破碎带、岩脉中。

勘察期间，根据钻探揭示和大地电磁法勘探成果分析，F2、F3、F5、F6、F8、F9 和F10 断层透水性较好。F10 因分布于隧道出口处。地下水位低于隧道底板，对隧道涌水量影响不大。以K99+680 山脊线分水岭为界，进口至K99+680 山脊线分水岭段的隧道涌水量主要受F5、F6 控制，形成交叉带状地下含水体系；K99+680山脊线分水岭段至出口段隧道涌水量主要受F2、F3、F8、F9 控制，构成了以F2 为主要联通通道的羽状条带含水体系。由于F2、F9 分别切过1 号、3 号溪、2 号溪，隧道开挖施工易导致1 号溪、3 号溪、2 号溪的渗漏补给地下水。

该隧道K99+600～K99+900 左侧为锦峰村，该段隧洞埋深约150m 当地饮用水源主要为J1 深水井（钻孔成井）和J3 泉点及J2 水井；K100+600～K100+800 右侧为后坑村，当地饮用水源主要为附近山间泉水。当地农田灌溉及其他用水均取附近山间溪水。因J3 泉点位于F3 断层带上，故隧道开挖施工易导致该泉点枯竭、干涸。

隧道施工表明，上述水文地质条件的分析结论正确，与隧道开挖情况相吻合。

4 隧道水文地质问题分析

4.1 隧道涌水量估算

该隧道勘察报告采用二种方法对隧道涌水量进行预测。一是根据铁道部《铁路工程水文地质勘察规程》（TB10049-2004）附录B 地下水动力学法古德曼经验公式预测隧道单洞最大涌水量，采用佐藤邦明经验公式预测隧道单洞正常涌水量。估算结果为：单洞最大涌水量3140 m3/d；单洞正常涌水量2606m3/d。二是采用《水文地质手册》水平集水建筑物涌水量计算公式计算隧道涌水量，估算单洞涌水量为2300m3/d。两种估算的涌水量均明显偏小，实际开挖施工中的单洞最大涌水量约达6000m3/d；左洞正常涌水量约4600m3/d。

根据勘察报告采用的计算方法和有关参数取值等方面的分析，笔者认为导致隧道涌水量估算误差的原因有以下三个：

（1）渗透系数K 值计算有问题，涌水量计算公式不合适。勘察报告主要根据CK265、SK658 两个涌水钻孔进行抽水试验，根据水平无限承压含水层试验公式求得K 值。但抽水试验最大降深仅隧洞埋深的1/5 左右且总抽水时间不足50h，试验误差较大；因含水层主要为构造带（含岩脉），因构造带两侧为相对隔水层，在降深不大、抽水时间不长的条件下，采用无限承压含水层试验公式计算所得的K 值明显偏小。建议采用有关带状含水层的抽水试验计算公式计算K 值。

（2）隧道涌水量采用适用于通过厚层潜水含水层的经验公式（古德曼公式、佐藤邦明公式）计算也显然不妥，应采用隧洞通过断层含水带的有关计算公式更为合理，对于断层含水带钻孔抽水试验计算公式和隧洞通过断层含水带的计算公式，可查阅《水文地质手册》等规范、手册及其他有关资料，在此不再论述。

（3）未考虑地下水下渗补给的影响。由于F2、F9分别切过1 号、3 号溪、2 号溪，且3 号溪、2 号溪的溪谷中明显有花岗斑岩脉和构造破碎带发育，所以隧道开挖因地下水排泄，将导致1 号、3 号溪、2 号溪渗漏补给地下水。

4.2 隧道突、涌水

因F3、F5、F6、F8 有后期花岗斑岩脉发育，脉体两盘节理发育，构造宽度较大，富水性较好，故隧道开挖揭示上述构造带、脉岩时可能发生突、涌水现象。隧道施工中，ZK100+024 炮眼钻孔时因揭示F8 构造破碎带及花岗斑岩脉时发生了突水现象，炮眼水流喷射远达3.0～6.5m，突水流量约5200m3/d，在采用水平排水孔进行泄水处理后，原涌水的CK265、SK658 两钻孔水位下降了100 多米，J3 泉点流量也急剧减小。ZK100+060～ZK100+045 段隧洞开挖揭示F9 断层时地下水呈淋雨状出水。K99+420～K99+520 段因揭示F6、F5 断层和花岗斑岩脉而出现涌水现象，地下水成涌泉状、淋雨状出水，该段涌水量达1200～1500m3/d。隧道突、涌水导致隧道施工受到严重影响，被迫增强了围岩支护措施和衬砌结构的强度与厚度，加大工程费用，延长了工期。图2 为隧道涌水现象。

图2 ZK100+024 炮眼涌水现象

4.3 地表水流、井泉的渗漏、干涸

F2、F9 分别切过1 号、3 号溪、2 号溪，隧道开挖施工因ZK100+060～ZK100+000 揭穿F9、F8 及含水花岗斑岩脉，导致1 号溪、3 号溪、2 号溪的流量明显减少，其中3 号溪、2 号溪在隧道揭穿F9、F8 及其间的含水花岗斑岩脉约2 个多月后（当时为旱季）干涸，1号溪则仅为原有的1/4 左右，J3 泉点流量减少了60%左右，给锦峰村、后坑村村民的生活、生产带来了明显的影响，尤其是后坑村。

4.4 高水压力

锦峰隧道洞身段地下水位至隧洞顶板深度达120～250m，静水压力大，对隧洞支护结构增加了较大的附加压力。为减小支护结构的水压力，一般可采用泄水方式进行减压，但因此导致了地下水位的下降和地表水流、井泉流量的减小甚至干涸，影响当地居民的生活和生产活动。所以，笔者认为，加大隧洞围岩压力注浆的厚度和注浆量，提高注浆浆体的强度和防水性能，采取有效防水措施，既减少隧道的涌水量和隧道施工对当地水文环境的影响，又增强隧道围岩的强度和稳定性，是隧道工程技术的重要发展方向。

5 结语

（1）以火山熔岩、火山碎屑岩为主的山区隧道地下水主要为构造裂隙水，涌水量主要集中在含水的节理裂隙密集带和断层破碎带、岩脉中。

（2）酸性脉岩一般透水性较强，多为含水带。张性断层透水性、富水性一般较压扭性断层好。

（3）因构造带两侧为相对隔水层，在降深不大、试验抽水时间不长的条件下，采用无限承压含水层试验公式计算所得的K 值明显偏小，建议建议采用有关带状含水层的抽水试验计算公式计算K 值。

（4）隧道区内沟底有脉岩或构造破碎带、节理带发育的地表水流，隧道施工易导致地表水渗漏和干涸，从而影响当地居民的生活、生产用水，应加强防水措施。

（5）隧道开挖揭示含水的节理裂隙密集带、断层破碎带、岩脉时常出现突、涌水现象，部分甚至可能出现流泥现象，影响施工安全和围岩稳定，应采取超前支护和防水措施。

（6）山区深埋隧道往往出现有地下水高水压力对支护结构的影响问题，如何采取有效防水措施，既减少隧道的涌水量和隧道施工对当地水文环境的影响，又增强隧道围岩的强度和稳定性，是今后隧道工程技术的重要发展方向。

（7） 隧道水文地质勘察应采用物探、测绘、钻探、水文试验等综合手段进行，钻孔抽水试验最大降深尽可能大些，确保有完整的Q(S)-t 和Q（q）-S 曲线。当有地表水的补给影响时，试验时需有足够大的钻孔涌水量，抽水时间也应延长至地表水流量明显变化之后。

[1]福建省交通规划设计院.沈海复线仙游至南安金淘高速公路莆田段工程地质勘察报告[R].

[2]福建省交通规划设计院.沈海复线南安金淘至安溪高速公路工程地质勘察报告[R].2008.

[3]TB10049-2004,铁路工程水文地质勘察规程.2004.

[4]水文地质手册[S].北京:地质出版社,1978.

[5]中华人民共和国交通部.JTG C20-2011,公路工程地质勘察规范[S].北京：人民交通出版社,2011.

[6]DL/T 5213-2005,水力水电勘察钻孔抽水试验规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[7]王家服.隧道涌水量计算探讨[J].铁道学报,1994,16(4).