隧道涌水量预测方法的分析与对比

钟小勇

（福建省水文地质工程地质勘察研究院，福建漳州363000）

·隧道与建设工程·

隧道涌水量预测方法的分析与对比

钟小勇*

（福建省水文地质工程地质勘察研究院，福建漳州363000）

随着我国隧道建设的不断发展，隧道涌水量问题仍是隧道工程中亟待解决的主要问题。隧道涌水量的预测方法多种多样，主要对隧道涌水量不同的预测方法进行分析比较，结合工程的实际情况，为工程的顺利进行提供一定的技术支持，并为同行之间提供一些借鉴。

隧道工程，涌水量计算，计算方法分析；案例分析

众多的工程实践中证明，低山丘陵地区的隧道涌水量的计算，虽然已经研究了有半个世纪之多，总结出了一定的方法和计算公式。但是不同的计算方法之间却仍然存在着较大的差异性，即使是最好的预测结果仍然与实际的涌水量之间存在着差距，计算的精度也有待加强。所以在对隧道涌水量预测的问题上，我们应该采用多种方法对比分析，最大程度地减少涌水量问题对隧道施工的影响，减少经济损失和人员伤亡。本文所主要针对的禾丰隧道位于低山丘陵地区，隧道涌水情况时有发生，因此涌水量的预测显得尤其重要。

1 隧道涌水量预测方法

1.1 水均衡法

水均衡法的主要适用条件主要是地质环境条件比较简单的环境，可以进行简单的隧道正常情况下涌水量和最大涌水量的预测计算。该方法主要指的是在特定的范畴内，水的接入和输出控制在某种平衡的状态，对隧道施工段的地下水之间的收支关系进行研究，从而获得该施工段的隧道涌水量的大小。若施工段的涌水补给资源不足时，该方法是校核其他方法的一个重要的补充。采用水均衡法对正常涌水量进行预测时，通常可以分为以下几种方法：地下径流模数法和地下径流深度法以及降水入渗法。

1.1.1 地下径流模数法

地下径流模数法主要的环节便是对地下径流模数的求解，主要有2个方法对地下径流模数进行评论，一方面是根据实际测得的溪流的面流量进行计算，另一方面是按照泉流量的监测结果进行的分析。该方法适用于岩溶区以及隧道工程通过不止一个的地表水域的地区。计算公式主要如下：

1.1.2 降水入渗法

该方法是考虑大气降水的入渗量来衡量一个地区的地下水量的一种计算方法，该方法的参数较少，计算方法也比较简单，所以经常应用该法作为其他计算方法的验证或者是进行区域性地下水储蓄量的评价标准。计算公式如下：

1.2 水文地质比拟法

该方法主要适合于在工程附近存在类似工程的，两工程水文地质情况比较接近的情况。所以该方法主要是应用类比的方式，以已经存在的隧道工程来计算需要建设的隧道工程。所以该方法的计算精度主要由拟建和已建工程的相似度，相似性越高，则计算的精度越高，主要的近似计算公式如下所示：

1.3 地下水动力学法

该方法是一种常规的进行隧道涌水量计算的方式，通过对介质中地下水动力学的基本理论方法的研究，建立地下水运动规律的基本方程，然后运用数学分析的方法进行进一步的求解和运算，以此来获得特定边界区域条件内的涌水量的计算，该方法可以进行正常和最大涌水量的计算分析。

1.3.1 隧道正常涌水量的预测

我国现行《铁路工程水文地质勘察规程》（TB10049-2004）中推荐了裘布依理论公式和佐藤邦明经验公式，公式如下：

裘布依理论公式：

佐藤邦明经验公式：

除此之外，还有日本的落合敏郎公式、吉林斯基公式、福希海默公式等计算方法。

1.3.2 隧道最大涌水量预测

现行《铁路工程水文地质勘察规程》（TB10049-2004）中推荐了古德曼经验式和佐藤邦明非稳定式，公式如下：

古德曼经验式：

佐藤邦明非稳定流式：

2 工程实例

2.1 工程概况

拟建禾丰隧道为宁都至定南高速公路其中1座山岭隧道，位于江西省赣州市于都县境内，穿越东西山脉，隧道轴线总体走向约175°，大致呈南北向展布，隧道设计长度为：左线2572.66m、右线2565m，属为公路长隧道，最大埋深约306m，洞门采用削竹式洞门、端墙式洞门。

隧址区属低山丘陵地貌，地形起伏大，进出洞口自然山坡坡度约15°～30°，自然斜坡稳定，洞身最高点海拔约600m，沟堑较发育，但宽度较小，切割较深且长，大多呈V型，沿线地表植被较发育，均为林地。隧址区地层岩性较多，岩土层主要有泥盆系三门滩组砂岩、泥盆系中棚组砂岩和石英砂岩、震旦系下坊组砂岩及其风化层，泥盆系三门滩组与中棚组为整合接触，泥盆系中棚组与震旦系下坊组为不整合接触，未见活动性断裂构造，洞身处见有2处节理裂隙密集区。

2.2 水文地质特征

2.2.1 地下水类型

隧址区地下水主要为风化带孔隙裂隙水、基岩裂隙水及构造裂隙水。

风化带孔隙裂隙水分布于基岩风化带中，其富水性受地形地貌条件和风化裂隙发育程度的影响，富水性不均，由于隧址区地形起伏大，岩石风化带的厚度有限，一般富水性弱；基岩裂隙水分布于隧址区内的基岩裂隙中，富水性、导水性相对较差，且较不均匀，水量一般较小；构造裂隙水赋存于隧址区内节理裂隙密集区内，富水性、导水性相对较好，局部可形成富水。

2.2.2 地下水补给、径流、排泄

隧址区地下水主要接受大气降水渗入补给，当大气降水至地表后，一部分汇集沟谷中形成地表径流，另一部分通过地表沿孔隙和裂隙垂直下渗径流，地下水径流条件一般，行程一般较短，地下水的排泄方式主要是蒸发、泉排泄以及向沟谷中排泄。

2.3 隧道涌水量预测

2.3.1 渗透系数的确定

为了得到隧址区有关水文地质参数，根据注水试验、压水试验及水位恢复试验等野外原位测试手段获取数据，采用降水头注水试验计算公式、压水试验计算公式、潜水非完整井公式等进行岩土体渗透系数计算，结合地区工程经验综合取值。

2.3.2 正常涌水量预测

（1）降水入渗法：隧址区地表水较不发育，大气降水是地下水补充的主要方式，通过地表沿孔隙和裂隙垂直下渗，在层间破碎带、节理裂隙密集区形成含水体，隧道影响范围内渗入补给的水量同隧道排出的水量应保持平衡状态，故可采用降水入渗法来进行隧道正常涌水量的预测，计算如下：

式中：Qs——隧道通过含水体地段的正常涌水量，m3/d；

a——降水入渗系数，取0.18；

W——年降雨量，取当地多年平均降雨量，1507mm；

A——隧道通过含水体地段的集水面积，取3.30km2。

计算得：Qs＝2452.73m3/d。

（2）佐藤邦明经验式：

Qs＝q0·L

qs＝q0-0.584ε·K·r0

式中：q0——隧道单位长度正常涌水量，m3/(d·m)；

L——洞身长度，m；

ε——试验系数，取12.80；

K——含水体的渗透系数，m/d；

r0——洞身横断面的等价圆半径，m，取5.25m。计算结果详见表1。

表1 隧道正常涌水量预测

2.3.3 最大涌水量预测

（1）古德曼经验式：

式中：Q0——隧道通过含水体地段的最大涌水量；

L——洞身长度，m；

H——静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离，m；

d——洞身横断面等价圆直径，m，取10.50m。

计算结果详见表2、表3。

表2 左线隧道最大涌水量预测

（2）佐藤邦明非稳定流式：

表3 右线隧道最大涌水量预测

式中：Q0——隧道通过含水体地段的最大涌水量；

h2——静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离，m；

hc——含水体厚度，m；

r0——洞身横断面的等价圆半径，m，取5.25m。

其它符号意义同上，计算结果详见表2、表3。

2.4 隧道涌水量建议取值

通过采用降水入渗法、佐藤邦明经验式计算隧道正常涌水量以及古德曼经验式、佐藤邦明非稳定流式计算隧道最大涌水量，主要数据如表4所示。

表4 涌水量计算成果汇总表

从表4中可以看出，采用降水入渗法与佐藤邦明经验式计算的隧道正常涌水相差较大，降水入渗法所用到的计算参数较少，未考虑含水体的厚度、渗透系数等因素，计算成果与实际情况偏差相对较大，建议采用佐藤邦明经验式计算求得的3761.57m3/d作为隧道正常涌水量建议值；利用古德曼经验式与佐藤邦明非稳定流式计算得到的隧道最大涌水量较为相近，但古德曼经验式计算过程没有充分考虑地下水含水体厚度等因素，计算结果相对偏大，因此建议采用佐藤邦明非稳定流式计算求得的4989.82m3/d作为隧道最大涌水量建议值。

3 结语

隧道涌水量预测是隧道工程的一大重点和难点，工程师们研究出了各种各样的方法来进行涌水量的分析预测。由于各种方法所适用的环境不同，因此产生的结果也可能各有不同，且因为地质环境的复杂多变，使得计算过程中存在着较大的误差和错误，所以需要我们采用不同的方法进行计算分析，以期望可以得到最符合实际情况的涌水量预测值。

[1]陈国辉，刘宗祥，吴森.中卫—贵阳天然气联络线长江隧道穿越水文地质特征及涌水量预测[J].工程勘察，2015（1）：59-63.

[2] 张雷,赵剑,张和平.隧道涌水量预测的计算方法研究[J].公路交通技术,2007(1):121-1231.

[3] 王建秀,朱合华,叶为民.隧道涌水量的预测及其工程应用[J].岩石力学与工程学报,2011,23(7):1150-11531.

[4]贺鹏旭，毛建安.隧道裂隙含水围岩非均质各向异性渗透张量应用分析[J].西部探矿工程，2004(8):104-105.

TheAnalysis and Comparison of Predicting Method of Water Inflow in Tunnel

ZHONG Xiao-yong
(The Hydrogeological Engineering Geology Prospecting Research

Institute of Fujian Province,Zhangzhou Fujian 363000,China)

With the continuous development of China's tunnel construction,the problem of tunnel water inflow is still the main problem to be solved in the tunnel engineering.Combined with the actual situation of the project,for the variety of forecasting methods the paper compared different predicting methods of the water inflow in tunnel,provide technical support for the project,and provide some reference for the colleague.

tunnel project；calculation of water inflow；analysis of calculating method；case analysis

U453.6

A

1004-5716(2015)10-0169-05

2015-04-01

2015-04-03

钟小勇（1981-），男（汉族），江西崇义人，工程师，现从事水文地质及工程地质勘察技术工作。