巴基斯坦某水电站隧洞涌水量预测分析

尹津航 贾 桢 刘向飞 张学东

渗水和突、涌水是隧洞施工中常见的水文地质现象。大量的突、涌水往往给工程带来许多困难和危害，甚至造成严重事故，大大影响施工进度[1-2]，因此，隧洞涌水量的预测分析是工程设计中非常重要的组成部分。

关于隧洞涌水量预测，工程上应用较多的是传统理论公式法。许多专家学者在此基础上，根据工程的具体情况，对传统公式进行了修正或引入一些新理论方法，取得了一定的成效[3]。此外，尚有涌水量曲线外推法、水文地质比拟法等近似计算方法。但是，由于地下水分布是一个很复杂的系统，单独一种方法并不能很准确地进行预测，因此，要多种方法相结合，来提高预测精度。

1 工程地质背景

拟建水电站工程位于巴基斯坦北部山区，为引水式电站，设计水头316 m，引水流量420 m3/s。采用平行双洞布置，断面呈圆形，直径8.5 m，长度17 900 m。隧洞埋深多为300～1 000 m，最大埋深为1 150 m。

隧洞穿越地区地层为第三系中新统Murree 组和Kamlial 组，岩性以砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩及泥岩、劈理化泥岩为主。

隧洞沿线山岭与河谷盆地相间分布，穿越2 个较大的分水岭。工程区雨季大气降水充沛，为地下水提供了丰富的来源。地层受新构造运动的影响，褶皱、断层及节理裂隙比较发育，为地下水的活动创造了空间条件。

隧洞穿越部位地下水类型主要为浅层基岩裂隙潜水、深层基岩裂隙潜水及承压水。浅层基岩裂隙潜水以大气降水渗入补给为主，主要赋存于基岩卸荷带至弱风化带上限范围内。深层基岩裂隙潜水以浅层基岩裂隙水及地表径流渗入补给为主，多赋存于向斜等大的储水构造中，可造成深埋隧洞开挖过程中突、涌水等较大的工程危害。经过初步勘察发现隧洞沿线存在着向斜构造承压水、单斜构造承压水、断层带承压水及块状岩体中的承压水等，这些承压水的水头往往较高，含水层多属于裂隙含水层。

隧洞穿越2 个较大的分水岭，沿线分布褶皱带、喜马拉雅前缘断裂带、多条断层以及向斜、背斜等，以上构造部位均有利于地下水的赋存，从岩性、构造发育特征及勘探试验资料等方面判断，隧洞在构造破碎带附近、向斜核部地层局部可能发生承压水和裂隙水集中式涌（突）水。

勘察期间，分别在输水隧洞首部和中部完成了7 个钻孔（ZKT1～ZKT7），在钻孔中进行了压水试验，结合前期勘察位于隧洞中部河谷中的BH18 号钻孔压水试验资料，分析得到的岩体透水率随深度变化的关系曲线如图1 所示。

图1 隧洞沿线岩体透水率随钻孔深度变化关系曲线

由图1 可知：

（1）BH18 号孔位于隧洞中部河谷背斜的NE翼，埋深35～80 m 间的岩体为中等-强透水性，透水率为47～210 Lu，平均值为120 Lu。

（2）BH18 号孔埋深80～120 m 间的岩体为中等-强透水性，透水率为6.8～55 Lu，平均值为25 Lu。

（3）埋深120～300 m 间的岩体为弱透水性，透水率为0.78～18 Lu，平均值为3.9 Lu。

ZKT5 和ZKT7 两个钻孔埋深350～400 m 间的岩体为弱透水性，透水率为1.3～3.1 Lu，平均值为2.1 Lu。

在ZKT6 号钻孔的钻进过程中，揭露到高水头承压水。

（1）在孔深184 m 处第一次遇到承压水。最初，承压水流量为1.66 L/g。随着钻进，流量不断增大，进到孔深208.5 m 时，流量达到5.71 L/g。

（2）在对137 ～208.5 m 孔段进行灌浆后继续实施钻进，进至孔深230 m 时，再次遇到了承压水，最初的流量为1.5 L/g，随着钻进，流量不断增大，至孔深256.7 m 时，承压水的流量增加到3.03 L/g。

根据临近N-J 工程施工过程中揭露地下水情况，隧洞出水点多在砂岩与泥岩接触面或沿大的节理裂隙出现，且多以渗水、滴水或线状水流岀露，而在规模较大的节理裂隙密集带及向斜构造和穿河段有突、涌水现象。

2 隧洞涌水量估算

在不考虑排水防渗措施的前提下，对隧洞开挖时（施工期）最大涌水量进行预测计算时分别采用以下两种方法[2-3]：

（1）古德曼经验式：

（2）工程实践总结的经验公式：

Qm=L（0.025 5+1.922 4KH）

计算稳定涌水量时分别采用以下两种方法：

（2）工程实践总结的经验公式：

Qs=LKH（0.676-0.06K）

式中 Qm——隧洞最大涌水量，m3/d；

Qs——隧洞稳定涌水量，m3/d；

L——隧洞长度，m；

K——岩体的渗透系数，m/d；

H——洞底以上含水体厚度，m；

d——洞身横断面的等价圆直径，m；

R——隧洞涌水量影响宽度，取R=500 m；

计算中采用的透水率、渗透系数K 为钻孔中压水试验统计平均值，最大涌水量和稳定涌水量的计算结果（以桩号0+000—0+950 为例）见表1。

表1 涌水量计算结果表

通过表1 可知，桩号0+000—0+350 段稳定单位涌水量为0.4～0.5 m3/（d·m），最大单位涌水量为1.2～1.9 m3/（d·m）；桩号0+350—0+950 段稳定单位涌水量为2.8～3.1 m3/（d·m），最大单位涌水量为7.7～8.1 m3/（d·m），最大涌水量为稳定涌水量的2～3倍。而对隧洞整体涌水量估算，一般洞段的稳定单位涌水量6～9 m3/（d·m），隧洞中部河谷段的稳定单位涌水量在50 m3/（d·m）左右。

上述估算仅按单条隧洞考虑，没有考虑双隧洞之间的相互影响和洞室开挖过程中预灌浆及支护的影响，且渗透系数采用钻孔深度范围内的岩体平均透水率。因此，估算的涌水量要比实际涌水量大。考虑到隧洞围岩透水层、隔水层相间分布或以夹层形式出现，且总体透水性较弱，均一性极差，所以估算开挖期的涌水量非常困难，因此，在分析、类比临近N-J 工程（隧洞段距离拟建工程支线距离5～12 km）隧洞开挖揭露地下水情况的基础上建议一般洞段的涌水量以2～4 m3/（d·m）计。在隧洞穿过断层带、向斜核部、断层破碎带及中部河谷段时推测涌水量将会较大，甚至会发生突涌水。估计以上部位涌水量20～50 m3/（d·m）。

3 结论与建议

（1）拟建水电站隧洞段穿越地层以砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩及泥岩、劈理化泥岩为主，且隧洞穿越2 个较大的分水岭，沿线断层、褶皱带等发育，工程区范围内雨季降水充沛，均有利于地下水的赋存，在构造破碎带附近、向斜核部地层可能发生承压水和裂隙水集中式涌（突）水。

（2）通过估算一般洞段的稳定单位涌水量、最大涌水量可知，最大涌水量约为稳定涌水量的2～3倍，计算中按单条隧洞考虑，没有考虑双隧洞之间的相互影响和洞室开挖过程中预灌浆及支护的影响，且渗透系数采用钻孔深度范围内的岩体平均透水率；因此，实际涌水量应小于估算的涌水量。

（3）建议一般洞段的涌水量以2～4 m3/（d·m）计。在隧洞穿过断层带、向斜核部、断层破碎带及中部河谷段时推测涌水量将会较大，甚至会发生突涌水。估计以上部位涌水量20～50 m3/（d·m）。

（4）施工时应具备对涌水和突水现象的超前探测与处理能力。