侯神岭隧道水文地质勘察及涌水量预测

王 海

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030006)



侯神岭隧道水文地质勘察及涌水量预测

王 海

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030006)

以侯神岭特长隧道为例，通过水文地质调绘、勘探以及试验等方法，综合评价分析了隧道水文地质特征，获取了水文地质参数，并采用地下水径流模数法和地下水动力学法，对隧道的涌水量进行了预测，为隧道设计与施工提供了科学依据。

隧道工程，水文地质，涌水量

侯神岭隧道是山西省黎城—霍州高速公路沁源至霍州段的一条越岭型隧道，分布于长治市西北部沁源县境内。隧道为左右分离式，右洞长4 735 m，起止里程为K105+505～K110+240，隧道底板最大埋深297.78 m；左洞长4 790 m，起止里程为ZK105+500～ZK110+290，隧道底板最大埋深294.25 m。左右线最大间距35 m，均属特长隧道。隧道穿越的山体为一北西—南东向分水岭，工程地质条件较复杂，围岩以软质岩为主，洞体内存在地下水，因此地下水对围岩质量的影响较严重。

1 区域地质概况

1.1 地形地貌

隧址区位于山西省中部太岳山东侧，地貌单元为侵蚀剥蚀基岩中山区，区内地形起伏较大，隧道穿越的山体为一北西—南东向分水岭，分水岭两侧基岩冲沟发育，多呈“V”字形。隧址区最高点标高约为1 451 m，洞口与洞身最大高差约330 m。

1.2 地层岩性

区内地层主要为二叠系上统上石盒子组(P2s)、石千峰组(P2sh)和三叠系下统刘家沟组(T1l)。P2s地层分布于整个隧道洞身段，岩性为黄绿色、灰绿色石英砂岩与紫色、黄绿色泥岩、砂质泥岩互层；P2sh地层分布于隧道洞顶以上，上部岩性为暗红色泥岩、砂质页岩互层，底部为厚层砂岩，总体上以软岩为主；T1l地层分布于隧道顶部以上约80 m～120 m，岩性为暗～紫红色长石砂岩、粉砂岩，上部夹薄层泥岩或砂质泥岩，地层透水性强。

1.3 地质构造

隧址区大地构造单元为沁水块坳，Ⅳ级构造单元为郭道—安泽近南北向褶带。隧道范围内地质构造较简单，岩层总体上向南东方向倾斜，产状一般为110°～160°∠13°～15°，在隧道中部发育两条较平缓的褶皱。

1.4 地下水类型

隧址区地下水类型为碎屑岩孔隙裂隙水，主要为各类碎屑岩，分布于二叠系和三叠系碎屑岩裂隙、孔隙之中，碎屑岩裂隙水的分布和赋存具有明显的相对成层性和分布不均匀性等特征，本类地下水补给方式为大气降水和上覆岩层的垂直补给，排泄方式为泉水溢流排泄。

2 隧址区水文地质勘察

2.1 水文地质调绘

隧址区范围地表汇水可划分为四处小流域，分别为前后南沟流域、南沟流域、赵家沟流域和永宁沟流域，汇水总面积为13.65 km2，这四处小流域内出水点共计十六处，出水点类型均为泉点。

南沟流域分布的三处泉均位于石千峰组(P2sh)底部碎屑岩中，沿砂岩与薄层泥页岩接触面渗出，在空间上呈带状连续分布，单泉点流量为8.2 m3/d～13.8 m3/d；前后南沟流域和赵家沟流域共分布九处泉点，均位于上石盒子组(P2s)上部地层中，含水层为砂岩、泥质砂岩，一般沿泥、页岩隔水层顶部渗出，流量一般在2.3 m3/d～13.6 m3/d之间；永宁沟流域分布于隧址区南部区域，共有四处泉眼，其中一处位于刘家沟组(T1l)碎屑岩中，含水层主要为砂岩和泥质砂岩，分布于石千峰组(P2sh)顶部隔水层之上，流量一般16.1 m3/d，另外三处泉点分布于石千峰组(P2sh)底部碎屑岩中，沿砂岩与薄层泥、页岩接触面渗出，在空间上沿地层线状分布。各流域详细情况见表1。

表1 流域水文调查及测量一览表

2.2 水文地质钻探

1)围岩段含水层特征。水文地质钻探揭示，洞身围岩主要由碎屑岩含水岩组构成，岩性为中粗粒砂岩、泥质砂岩夹泥页岩，围岩含水岩组较为单一，地下水的径流条件较为简单，主要涉及到两套地层。石千峰组(P2sh)地层，主要为透水性一般的砂岩、砂质泥岩夹泥岩等组合，属于区域主要的含水地层，钻孔岩芯以短柱状为主，裂隙较发育～不发育，贯通性较差。上石盒子组(P2s)地层，上部主要为透水性相对较弱的泥岩、砂质泥岩，层间夹有薄层砂岩，裂隙不发育，属于区域主要隔水层，下部以砂岩为主，裂隙较发育，贯通性一般。

2.3 黏膜下瘘管结扎术(submucosal ligation of fistula tract，SLOFT) SLOFT由印度医生Pathak DU首先提出，基于LIFT原理使瘘管结扎点更接近黏膜，从而确切封闭内口，尽可能消灭残留管道。Pathak等[26]研究发现，13例患者中仅1例出现术后黏膜下脓肿，其余恢复良好，之后的13个月内共治疗80例，平均随访4个月，复发7例，成功率为91.2%，无术后大便失禁发生。但目前有关该术式治疗效果的报道较少，确切治疗效果有待更多研究进一步证实。

2)地下水水位观测。各钻孔地下水水位见表2，地下水水位线总趋势为北东向，显示出山体中地下水向隧道进口方向流动。

表2 各勘探孔地下水埋深一览表

2.3 水文地质试验

隧址区共布设水文孔1个(ZK5)，对试验孔进行了连续三次降深抽水试验及水位恢复水位观测，水文地质参数计算结果见表3，Q，S—t历时曲线见图1。

采用单孔稳定流抽水试验方法，公式如下：

R=10S。

其中，Q为钻孔出水量，m3/d;K为渗透系数，m/d；M为含水层厚度，m；R为引用补给半径，m；S为水位下降值，m；r为过滤器半径，取r=100mm。

表3 三次降深水文地质参数计算表

3 隧址区水文地质特征

通过以上结果分析，隧道穿越的含水岩组仅有一种类型，即二叠系碎屑岩含水岩组，该含水岩组一般由多层含水层和隔水层组成，在局部地段表现为承压水，富水程度弱～中等。洞顶为三叠系碎屑岩含水岩组，该含水岩组与二叠系碎屑岩含水岩组之间为区域隔水层。该区域隔水层厚60m～75m，岩性叠系石千峰组紫红色泥岩、砂质泥岩，它在空间上呈连续分布，当其在侵蚀面附近时成为二叠系碎屑岩含水岩组承压水的隔水顶板，在侵蚀面以上时该承压水转变为裂隙潜水或微承压水。

隧道中部发育一平缓向斜构造，对隧址区地下水径流排泄条件有一定影响，向斜核部具有较好的储水条件，地下水顺向斜两翼的岩层向核部逐渐汇聚，当地下水水位超出区域隔水层顶板时，首先在向斜核部形成承压水头，当地下水水位超过含水体四周的侵蚀面后，地下水开始向含水体四周以泉形式排泄。

4 涌水量估算

4.1 涌水量计算方法

计算公式：Qs=M·A；M=Q′/F。

其中，Qs为隧道通过含水体段的正常涌水量，m3/d；M为地下径流模数,m3/(d·km2)；Q′为地下水补给的河流流量或下降泉流量,m3/d；F为与Q′的地表水或下降泉流量相当的地表流域面积，km2；A为有效集水面积，km2。

根据实测结果，Q′取147.4m3/d；F取13.65km2；A取29.5km2。

计算得M=10.8m3/(d·km2)。由于本隧道地表水暗流较多，未能全部测量，实际计算时按3倍M值计算(取32.4)。经计算，隧址区总排泄量Qs=955.8m3/d。

2)地下水动力学法。

采用断面流量法、古德曼经验公式和裘布依理论公式计算涌水量。

4.2 涌水量估算结果

根据洞体地层分布情况，将隧洞划分为10个水文地质段进行涌水量估算，估算结果见表4，表5。

表4 左洞涌水量计算综合成果表

表5 右洞涌水量计算综合成果表

按以上涌水量计算结果，左、右洞每延米平均最大涌水量分别为0.865m3/(d·m)和q0=0.881m3/(d·m)，均属于弱富水洞体。从计算结果看，断面流量法和裘布依法结果比较接近，本次预测采用断面流量法结果作为洞体正常涌水量推荐值，最大涌水量采用古德曼经验公式法计算结果。

5 结语

1)本文采用水文地质调绘、水文地质钻探及试验的方法，分析了隧道洞体的水文地质特征，确定了地下水类型为孔隙裂隙水。洞体围岩主要为二叠系上石盒子组(P2s)砂岩夹泥页岩，裂隙总体上不发育，泥页岩具有较好的隔水性，因此围岩富水性总体较弱；隧道中部发育一平缓向斜构造，在含水层之上存在区域隔水层，使洞体中部地下水表现出承压性。

2)通过对隧址区水文地质条件的研究分析，采用断面流量法、古德曼经验公式和裘布依理论公式估算隧道涌水量，估算结果为左洞正常涌水量为1 338.96m3/d，右洞正常涌水量为1 358.56m3/d；最大涌水量采用古德曼经验公式法计算结果，即左洞最大涌水量为4 220.3m3/d，右洞最大涌水量为4 097.9m3/d。

3)本隧道洞体内水文地质条件较复杂，涌水量分段变化相对较大，总体上以弱富水洞体为主，在隧道中部段落富水程度已达到中等富水标准，对隧道围岩质量影响较大。

[1]C.W.Fetter.应用水文地质学[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]TB10049—2004，铁路工程水文地质勘察规程[S].

[3] 任 佳，胡国忠，职晓阳，等.鸡公山隧道水文地质勘察分析及涌水量预测[J].重庆大学学报(自然科学版)，2007(4):52-55.

The hydrology geology investigation and water inflow forecast of Houshenling tunnel

Wang Hai

(Shanxi Transportation Planning Survey and Design Institute, Taiyuan 030006, China)

Taking the Houshenling extra-long tunnel as an example, through the hydrology geology annotation, exploration and test and other aspects, this paper comprehensive evaluated and analyzed the tunnel hydrology geology characteristics, obtained the hydrology geology parameters, and used the groundwater runoff modulus method and groundwater dynamic research method, forecast the tunnel water inflow, offered scientific basis for tunnel design and construction.

tunnel engineering, hydrology geology, water inflow

1009-6825(2016)12-0151-03

2016-02-17

王 海(1984- )，男，工程师

U452.11

A