成贵铁路某拟建隧道涌水量预测

【摘要】：隧道洞身穿过构造复杂的地层岩性、大量的褶皱和大型构造节理破碎带，隧区地下水类型为潜水—承压水型。故采用大气降水入渗法、地下水动力学法预测隧道涌水量。通过预测发现，地下水类型主要为潜水型水为主，岩溶发育强烈地区施工时有遇大型岩溶暗河、涌水涌泥的可能。通过以上分析对隧道的防水进行了防治措施建议。

【关键词】：隧道工程；涌水量预测； 岩溶发育； 地下水动力学

中图分类号： U45文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

隧区位于云贵高原北部扬子准地台滇东台褶带，地质构造复杂。断裂、褶曲均比较发育，地层岩体破碎，以东西向构造为主，线路多大角度穿越构造线。隧道在区域上位于三眼井向斜北部翘起端，次一级断裂、褶曲相当发育。褶皱主要有：高坡1#背斜。断层主要有：上扬塘断层、荼木树断层、监羊篝断层；1处大型构造节理密集带。

隧区地貌受构造及岩性控制，沿断层破碎带多形成侵蚀沟槽。泥岩层薄，多形成小槽沟、缓坡地形。设计为双线隧道，里程D3K338+600～D3K346+540段，全长7940m。最大埋深约450m，大部份埋深在200～300m。隧区范围内出露地层为：上覆第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）卵石土；下伏地层分别为：三叠系下统飞仙关组（T1f）泥质砂岩、砂质泥岩夹灰岩；二叠系上统长兴组（P2c）灰岩；二叠系下统茅口组（P1m）灰岩；断层角砾岩（Fbr）等。

二、水文地质特征

隧区含水岩组划分及岩层的富水性如下：（1） 孔隙含水层：第四系粉质粘土、碎石土孔隙含水层；为弱含水层；在河谷地带以砂砾石土为主，受河水的补给其富水性和透水性相对较强。（2） 裂隙含水层：三叠系飞仙关组砂岩，二叠系长兴组、龙潭组的砂岩；为弱含水层， 富水性弱。（3）相对隔水层：三叠系飞仙关组砂质泥岩，二叠系长兴组、龙潭组的泥岩一般含水性较弱，属相对隔水层。

隧道水文地质特征如下：：洞身穿过地层岩性、地质构造复杂。穿过的地层有：三叠系下统飞仙关组（T1f）、二叠系上统长兴组（P2c）、二叠系上统龙潭组（P2l）、二叠系下统茅口组（P1m）。穿过的褶皱主要有：高坡1#背斜；断层主要有：上扬塘断层、荼木树断层、监羊篝断层；构造节理有：1处大型构造节理破碎带。隧区地下水类型为：潜水—承压水型。

三、隧道涌水量计算方法的选用

结合地形、地貌等地质特征，暂分别采用大气降水入渗法、地下水动力学法①(P2l与P1m接触带段落)来预测隧道涌水量。

（1）大气降水入渗法

计算过程如下：

公式：Q=2.74×α×W×A（m3/d）

Q：隧道区平常期涌水量（m3/d）；

α：降水入渗系数；

W：年降雨量（mm）；

A：地表集水面积（km2）。

据《威信幅1:20万区域水文地质普查报告》，隧区各分段平均降水入渗系数为：

F1段：α＝0.076；

F2段：α＝0.23

F3段：α＝0.076

多年平均降雨量W=1218mm；

隧道平常期涌水量计算：

Q1=2.74×0.076×1218×13.7≈3474.8（m3/d）；

Q2=2.74×0.23×1218×12.7≈9748.3（m3/d）；

Q3=2.74×0.076×1218×4.0≈1014.5（m3/d）；

Q总= Q1＋Q2＋Q3=14237.6m3/d）；

雨季涌水量非可溶岩按2.0倍估算，可溶岩段按2.5倍估算，即：

Q雨＝[(Q1＋Q2＋Q3) ]×2.0≈28475.2（m3/d）

通过以上两种方法的计算，可以看出两者结果相差较大，结合隧区地形地质条件、岩性、各构造间相互关系及植被发育情况，推荐该隧道平常期涌水量及雨期最大涌水量。

（3）地下水动力学法（可溶岩与非可溶岩接触段落）

①柯斯嘉科夫经验式计算正常涌水量

、

其中：Q___隧道涌水量，m3/d ；K__含水层渗透系数；R___隧道涌水影响半径，m ；r___隧道宽度之一半，r=6.5m；S___隧道水位降深，m；B___隧道通过含水层长度，m；

H1___静止水位至隧道底的厚度，m；h—水位下降曲线在隧道边墙上的高度，m

a—隧道中心距离河流或富水断层带的水平距离，m

用库萨金经验公式计算影响半径

，S=H1-h，当H1足够大、h为小值时，取S=H1

根据本段地质概况划分和水文试验结果，综合分析取渗透系数K=0.02m/d，H1=243m，S=H1=243m，B=340m。

计算得到 =1071.41

=1.796

=1062

②古德曼经验式计算正常涌水量

式中：Q——预测隧道正常涌水量(m3/d)；K——渗透系数(m/d)；H——静止水位至隧道洞身横断面等价圆中心的距离(m)；L——隧道通过含水层的长度(m)；d——洞身横断面等价圆直径（m）。

根据本段地质概况划分③和水文试验结果，综合分析取渗透系数K=0.02m/d，H=243m，d=13.4m，L=340m。

计算得Q=2422.23 m3/d

通过以上两种方法的计算，可以得到该隧道平常期推荐正常涌水量为1062 m3/d，雨期最大涌水量为2422.23m3/d。

四、水文地质评价及施工措施

（1）隧道区地层岩性较简单，主要以非可溶岩为主，地下水类型主要为潜水型水为主，富水性弱-中等。

（2）可溶岩与非可溶岩接触段落，岩溶强烈发育，隧道施工时有遇大型岩溶暗河、涌水涌泥的可能。

（3）D3K345+440～D3K345+700段为浅埋段，地表均为一山区小型河流沟谷、断层，断层破碎带富水性强，对隧道工程影响较大，建设加强支护及地下水封堵措施。

（4）隧区断裂构造、向斜均属储水构造，隧道通过各断层以及邻近可溶岩与非可溶岩接触带通过时，地下水往往发育，建议采取超前堵水为主的原则，防止因地下水的大量排泄和漏失，严重恶化地表水自然环境，影响附近居民的生产生活用水，施工期间加强地表水体、泉点水位下降漏失的监测，并与洞内涌水的关系作出分析评价，及时采取措施。

参考文献：

[1]铁道部第一勘测设计院《铁路工程地质手则》中国铁道出版社2010

[2]中国人民00九三部队《威信幅1:20万区域水文地质普查报告》1980

[3] 西南交通大学《新建成贵铁路乐山至贵阳段岩溶隧道涌水、突水量预测及其危险段等级划分研究报告》2011

[4] 陈国庆，李天斌，范占峰,等. 基于不同渗流方程的岩溶隧道涌突水过程模拟[J],水文地质与工程地质，2011，38（4）:8-13.