谈山岭隧道涌水量计算方法在勘察中的应用

许 亚 军

(中铁隧道勘测设计院有限公司工程勘察分院，天津 300133)



谈山岭隧道涌水量计算方法在勘察中的应用

许 亚 军

(中铁隧道勘测设计院有限公司工程勘察分院，天津 300133)

介绍了隧道涌水量预测的主要理论及方法，结合杭黄铁路紫高尖隧道的工程及水文地质条件，采用评分法、地下水径流模数法、降水入渗法，预测计算了该隧道的涌水量，得到了较为客观的预测结果。

隧道，涌水量，评分法，降水入渗法

0 引言

改革开放以来，我国经济快速发展，交通更是先行。隧道建设作为土建施工中的重要一环，在交通建设中的地位越来越突出，隧道长度及跨度越来越大，遇到的地质情况也越来越复杂。在隧道施工中常遇到各种不良地质如断层、煤层、破碎带、溶洞、富水带等，其中最关键的就是开挖中隧道涌水的因素，不仅会对隧道施工期间造成重大干扰及灾害，甚至在隧道运营期间也会因为水的问题影响到车辆通行。所以如何能够较为准确的预测隧道开挖期间的涌水量，对项目开展的全过程都有重大意义。本文以新建杭州至黄山铁路紫高尖隧道为例，阐明了勘察期间隧道涌水量的常用预测方法的选择及考虑。

1 隧道涌水量预测主要理论及方法

表1 几种预测隧道涌水量方法及应用条件

随着技术水平和施工要求的提高，我国自20世纪80年代开始对隧道涌水量的预测进行系统研究，并在90年代取得了长足的进步。隧道涌水预测研究由最初的定性分析逐渐发展成为定

量评价与计算，多种隧道涌水量预测的方法和适用条件也随之出现(见表1)[1]。

2 工程及水文地质概况

杭黄铁路紫高尖隧道位于浙江省杭州市西部，隧道走向320°，自南向北穿越紫高尖山脉，隧道全长约9.775 km，最大埋深约700 m，属深埋长大隧道，为全线控制性工程之一。工程场区地表水系发育，多为山区性河流，河谷深切，峡谷众多，河床纵坡降大，源短流急，水位、水量变化幅度大，河水涨落时间短促。区内河流均属雨源型，水位、流量受大气降水的季节性变化影响显著，枯水季节常以排泄地下水来维持其径流。

2.1 地表水系

测区的主要河流为新安江，最大的水体为千岛湖(新安江水库)。新安江属钱塘江的正源和上游河段，其涨水期在5月份，6月份，与全年降水集中的梅雨期相对应，多年平均水位22.92 m，水位变化幅度9 m～12 m，多年平均流量为285 m3/s。其中新安江水库从四面八方接纳了近千条河流和山涧，集水区域达到10 442 km2，水面积573 km2，平均水深34 m，库容量178.4亿m3。隧址区水系为新安江水系，隧道进、出口侧均有其支流通过，其中隧道进口端的洋溪、出口端的富文溪均为新安江一级支流。洋溪自北向南汇入新安江，富文溪则自北东至南西汇入千岛湖区。

2.2 地下水储存类型

区内地层是以岩屑砂岩、石英砂岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩为主的沉积岩地层，均属于富水程度贫乏的裂隙含水岩组，实测的泉流量一般不超过0.1 L/s，且泉点较少，地下水埋深10 m～50 m。从区域地质及构造情况分析，相对于地层岩性特征，构造是影响测区地下水赋存最主要的因素。

1)测区地层受多期构造运动的影响，形成了狮子岩向斜构造以及隧道进口附近奥陶系文昌组为核部的洪村背斜。在狮子岩向斜、汪家向斜核部地段呈现汇流型特征。从构造条件上看，位于向斜核部的泥盆系西湖组、志留系唐家坞组地层具有一定程度的富水性，但由于其岩性主要为石英砂岩、岩屑砂岩、砂岩等硬质岩，地形陡峭，所以其富水部位主要为节理、构造裂隙密集带。测区区域内的向斜地貌形态为褶皱中、低山区，虽未形成明显的向斜谷地，但在核部段仍是地下水易于富集的部位。2)伴随褶皱，共发育有8条断层，多数断层倾角陡倾，近于直立。断裂及其影响带岩体破碎，构造裂隙密集，既为地下水的富集、运移创造了条件，同时也控制并制约着地下水的富集部位及富水程度。但由于其力学性质及其充填性的不同，有的是地下水赋存、运移的空间，有的则为拦阻地下水的隔水带。测区内分布的数条北东、北西向断裂与向斜构造复合联合，从而形成了该区域近北东向的构造体系，致使岩体裂隙发育，形成以断裂为主的储水构造区域，地下水主要赋存和运动于这些构造裂隙之中，多在断裂或裂隙交汇带排泄。

3 本隧道所采用的预测方法

预测隧道涌水量的方法较多,为了能准确预测涌水量的大小，采用有效的预测和计算方法是保证安全设计和正常施工的前提。本文选取3种常用方法对新建杭黄铁路紫高尖隧道涌水量进行计算，以相互对比印证。根据含水体的富水性、埋深、水的流通条件变化对隧道进行分区。对于隧道每个区段，由于长度相对较小，岩性较为单一、埋深相对平稳，可以简化视为一个各向同性的地质体，可以提供基本符合该区段水文地质条件的运算参数，经套用理论公式计算，可以给出各区(段)的预测涌水量,然后综合相加得到整个隧道的预测涌水量。

3.1 评分法

在踏勘和初测阶段，可采用评分法概略预测隧道最大涌水量。可按表2评分，累计相加确定。

表2 隧道最大涌水量概略预测评分表 m3/d

评分法预测隧道涌水量见表3。

表3 评分法预测隧道涌水量

3.2 地下水径流模数法

表4 地下水径流模数法计算表

本法常用于隧道方案的比选或者初测阶段，定测阶段完全采用该方法预测隧道涌水量则精度偏低。由于该方法计算涌水量需要区域水文地质研究大量的勘探投入，较长的勘测周期，区域经验数据较为稳定。因此该方法具有较强的实用性，比较适用于岩性较为单一，水文地质条件较简单的地区。

Qs=M·A

(1)

地下水径流模数法计算表见表4。

表5 降水入渗法计算表

3.3 降水入渗法

当隧道位于潜水层且埋藏深度较浅时，可采用降水入渗法预测隧道正常涌水量。本方法可以作为核对其他方法计算结果的一种补充校正的常用方法。

Qs=2.74α·W·A

(2)

降水入渗法计算表见表5。

4 隧道涌水量的分析判定

通过以上3种方法计算，大气降水入渗系数法预测隧道正常涌水量Q=15 378 m3/d；用径流模数法预测的正常涌水量Q=4 446 m3/d；评分法预测的正常涌水量Q=25 188 m3/d。根据以往类似工程经验，评分法预测的隧道涌水量往往较大，它所计算出来的值仅是在项目初期阶段缺乏气象及水文资料的情况下，做一预估，满足项目可行性研究的需要。在本次计算中仅作为隧道正常涌水量的最大参考值。

考虑到大气降水入渗系数法适用于埋藏深度较浅的隧道，其难点仅在于降水入渗系数的选取，它与隧道洞身周围及其上方所覆岩层的岩性、地形地貌、风化程度、节理发育程度有密切关系，而径流模数法得出的入渗量反映的是区域性地质条件下的地下水渗流情况，它的应用一定程度上是随着埋深越大，计算区域越大、流动条件反而稳定，隧道涌水量也预测的越准。就紫高尖隧道而言，其微地貌主要以狮子岩分水岭同时也是5区与6区的分界线为隧道控制性界线，把整个隧道的地表水系及地下水系分为两个大的区域，隧道进口段区域总体地形起伏变化较频繁，隧道埋深最浅约85 m，岩性以砂岩、泥岩为主，地表强风化，节理较发育，故1区～5区隧道涌水量按大气降水入渗系数法考虑较为接近实际情况；6区～9区隧道出口段总体埋深较大，地形较为陡峭，岩体较完整，降水入渗系数法控制该段地下水发育情况的因素小，采用区域稳定的径流模数法预测较为实际。故本隧道涌水量将根据不同的埋深及地层条件在各段采用不同方法计算出的涌水量预测值，其中进口DK147+065～DK153+300段采用大气降水入渗系数法计算结果，DK153+300至出口DK156+835段采用地下径流模数法计算结果，具体如表6所示。

表6 隧道涌水量计算成果表 m3/d

推荐隧道的正常涌水量为12 438 m3/d，鉴于测区位于梅雨主控区，同时会受到台风雨的影响，降雨集中，故雨季涌水量按正常涌水量的3倍计，即最大涌水量为37 314 m3/d。

5 结语

1)目前山岭隧道施工期间的涌水量预测，同区段的最大值的安全系数取2倍～3倍。但是在特殊构造地段，如断层破碎带、褶皱带、临近地表河流沟谷等汇水区，建议实施钻孔提(抽)水试验，实测单位时间涌水量，最大涌水量按3倍～6倍计。

2)对于设计有平行导坑的隧道涌水量，隧道与平导的预测涌水量是分别单独计算的，是理论上可能的最大值，施工阶段隧道开挖中的出水量大小与平导出水量是此消彼长的关系。

3)山岭隧道场区地下水的运行路径是复杂的，其各种计算参数都是多年总结的经验值，是可以根据相邻类似工程的实际统计值做出修正，以期最大限度接近客观真实的情况。

4)我国国土辽阔，地质情况复杂，规范及手册提供的经验数据都不同程度的存在地方局限性，所以勘察阶段的隧道涌水量预测仅是宏观判定。施工中根据隧道各区段富水性的差异，需要开展针对性的超前地质预报手段，采取措施预防突水涌泥灾害发生。

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A brief analysis of the application of calculation method of tunnel water inflow in reconnaissance

Xu Yajun

(EngineeringInvestigationBranch,ChinaRailwayTunnelSurveyDesignInstituteCo.,Ltd,Tianjin300133，China)

This paper introduced the main theory and method of tunnel water inflow forecast, combining with the engineering and hydrology geology conditions of Hanghuang rail Zigaojian tunnel, using the grading method, groundwater runoff modulus method, rainfall infiltration method, forecast and computation of the tunnel water inflow, obtained relatively objective prediction results.

tunnel, water inflow, evaluation method, rainfall infiltration method

1009-6825(2016)11-0171-03

2016-02-01

许亚军(1977- )，男，高级工程师

TU453.6

A