长输油(气)管道隧道涌水量预测方法研究

毕 丹

(中油辽河工程有限公司，辽宁 盘锦 124010)

长输油(气)管道隧道涌水量预测方法研究

毕 丹

(中油辽河工程有限公司，辽宁 盘锦 124010)

以西气东输二线南宁支干线石马头山隧道为研究背景，针对该工程的地形地貌、岩性、地质条件，分别采用数值计算方法、降水入渗法及地下水动力学三种方法对隧道涌水量进行了预测，通过三种方法对比分析研究，指出降水入渗法与地下水动力学法运用于该类隧道涌水量预测中具有简易、高效、准确等优点。

地下水，隧道，涌水量，预测

0 引言

长输油(气)管道隧道建设与地下水环境有着密切的联系。由于地下水渗流影响，隧道开挖过程中地下水将涌入隧道。大量的隧道涌水将对隧道建设造成严重影响，甚至掩埋施工人员和机具。由于隧道涌水灾害的普遍性和严重的危害性已成为隧道工程建设和维护的一大关键因素，因此对涌水量预测研究具有重要的现实意义。

1 工程地质与水文地质概况

1.1 地形地貌

西气东输二线南宁支干线石马头山隧道场地位于广东省四会市与高要市交界处，水平投影长度约1 503.6 m。隧址区属于丘陵地貌，受长期剥蚀切割作用，山谷沟壑纵横。隧道进出口坡角较陡，约20°～45°。

1.2 地层岩性

隧道穿越地段上部大部分为全强风化板岩及第四系覆盖；下伏基岩为寒武系板岩。根据其风化程度可划分为强风化层、中风化层和微风化层，见图1。

1.3 水文地质条件

隧道地表节理发育，倾角一般大于50°，隧道通过的岩体无大的断裂通过，主体为基岩裂隙水，在地表沟谷处连续分布有第四系松散堆积物，其间赋存第四系松散岩类孔隙水，渗透能力较强，水量较大。下部为基岩裂隙含水岩体，岩性为板岩，岩体渗透能力较差，水量较小。

隧道穿越场区周围属低山丘陵区，溪沟及山泉较发育，岩层中发育陡倾的构造和风化裂隙，为大气降水的入渗提供了下渗通道；降雨后，岩体中裂隙充水，成为含水层。因此，岩层的富水性受降雨的制约。地下水的补给、排泄与降雨具有明显的同步性，表明岩体的渗透性较强，基岩的富水性较差。

根据现场的压水试验成果，推断岩体透水率为1.13 Lu～2.29 Lu(吕荣)之间，岩体渗透系数一般在0.02 m/d～0.07 m/d之间，若遇到构造破碎带和裂隙密集带，则岩体渗透系数就要大于10 m/d。

1.4 隧道的围岩分类

隧道主要在强风化～微风化板岩中穿越,局部在褐黄色碎石土中穿越，按照围岩级别划分依据进行围岩级别分段划分。隧道围岩级别划分为Ⅲ级～Ⅴ级。在隧道水平总长度1 503.6 m中，共分九段，分别为：K0+000 m～K0+26.0 m段，K0+26.0 m～K0+285.0 m段，K0+285.0 m～K0+690.0 m段，K0+690.0 m～K0+830.0 m段，K0+830.0 m～K0+865.0 m段，K0+865.0 m～K0+975.0 m段，K0+975.0 m～K1+373.0 m段，K1+373.0 m～K1+480.0 m段，K1+480.0 m～K1+503.6 m段。

2 隧道涌水量预测方法研究

预测隧道涌水量的方法较多，一般情况下对于中长隧道要选择三种或三种以上方法为好。在预测中，要根据含水体的富水性对隧道进行分区、分段，要给出各区(段)的正常涌水量和可能最大涌水量，然后综合成整体隧道的正常涌水量和可能最大涌水量。

文章主要使用数值模拟法、大气降雨入渗法以及地下水动力学法三种方法对西二线南宁支干线石马头山隧道进行涌水量的预测。

2.1 隧道涌水量数值计算模拟法预测

通过对隧道建立数值模型，分别模拟隧道在天然状态下、开挖中和隧道建好后降雨的地下水总水头分布等值云图、孔隙水压力等值云图，利用模型计算石马头山隧道各段单宽流量q0和涌水量Q(见表1)。

表1 各段单宽流量q0和涌水量Q m3/d

2.2 隧道涌水量降水入渗法预测

降水入渗法涌水量计算时，根据降水量、地质、植被、覆盖层、岩性及厚度等特点进行全面评价，并区分成上述诸条件大致相同的若干小区域，然后分别确定各个区域的渗入系数值，综合计算各区段地下水补给量(Q)。

降雨入渗法预测石马头山隧道涌水量见表2。

2.3 隧道涌水量地下水动力学法预测

地下水动力学法计算涌水量根据地下水动力学原理用数学解析的方法对给定边界值和初值条件下的地下水运动建立解析式，而达到预测隧道涌水量的目的。分别采用《铁路工程水文地质勘察规程》推荐经验公式和科斯嘉科夫公式计算隧道最大涌水量，《铁路工程水文地质勘察规程》推荐经验公式(无界、潜水稳定流—裘布依理论公式)来计算正常涌水量。

水动力学法预测石马头山隧道涌水量见表3。

表2 降雨入渗法预测石马头山隧道涌水量

表3 水动力学法预测石马头山隧道涌水量

3 结语

1)分别采用数值计算方法、降水入渗法及地下水动力学法进行了隧道涌水量的预测，三种方法在计算涌水量时各段数值偏差较大，但隧道总体涌水量相差不大，见表4。

表4 涌水量计算结果汇总表

2)降水入渗法及地下水动力学法计算结果可靠，简便易行，可快速准确对隧道涌水量进行预测，可直接应用于长输油(气)管道隧道涌水灾害评价与防治中。

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Research on forecasting methods of tunnel water inflows along long-distance oil and gas pipelines

Bi Dan

(TheCPCLiaoheEngineeringCo.,Ltd,Panjin124010,China)

Taking Shimatoushan tunnel along Nanning large branch of the second line of West-East natural gas transmission as the research background, the paper forecasts the tunnel water inflow from the topographic features, geological conditions of the projects, adopts the numeric calculation methods, dewatering infiltration method, and underground water dynamics, and points out the latter two methods can be adopted in the water inflow forecast with convenience, efficiency and accuracy according to the comparative analysis of the three methods.

underground water, tunnel, water inflow, forecast

2014-11-24

毕 丹(1983- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)04-0066-03

U173.9

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