隧道涌水量的预测
隧道涌水量的预测
摘要：通过对隧道工程地质勘察，以不同方法计算的隧道涌水量，经分析对比，确定隧道最大涌水量，对隧道的设计、施工起到超前预防作用。
关键词：隧道涌水量，水文地质试验，渗透系数，汇水面积，降水入渗系数 1前言
隧道涌水量的计算，是工程地质勘察过程中非常重要的一环，尤其对于长-特长隧道，其数值的大小，直接关系到设计、施工所采取的涌、排水措施。本文通过工程地质勘察过程中不同隧道涌水量计算的实例，讨论了隧道涌水量预测过程中需要注意的几个问题。
2水文地质试验
水文地质试验是隧道涌水量计算的关键一环，应根据水文地质条件和场地条件，选用抽水、压水、注水及提水试验等方法。下面仅就各种试验时应注意的问题介绍如下：
2.1抽水试验
1、稳定流抽水试验的水位降深次数，一般进行3次，当勘探孔的出水量较小或试验时出水量已达到极限时，水位降深可适当减少，但不得少于2次。
2、当出水量和动水位与时间关系曲线只在一定范围内波动，且没有持续上升或下降趋势时，判断为抽水试验稳定。
2.2压水试验
1、压水试验宜采用自上而下的分段压水方法，同一工程中试验段长度应保持一致。
2、试验段长度一般为5m，最长不得超过10m。
3、压水试验宜采用3个压力阶段，一般采用0.3Mpa、0.6 Mpa、1.0 Mpa。
4、压水试验中，每10min宜观测一次压水流量，每一压力阶段在流量达到稳定后延续1.5-2.0h即可结束。
2.3注水试验
注水试验一般采用钻孔常水头注水法。
1、采用清水向孔内注水，当水位升高到设计的高度后，控制水头、水量保持稳定。
2、注水试验应进行3次水位升高，每次水位升高宜采用2、4、6m，间距不宜小于1m。
2.4提水试验
提水试验采用定水位降深法。
1、单位时间内提水次数应均匀，提出的水量大致相等，并达到水位水量相对稳定。
2、水位水量每隔30min测定一次，计算出出水量，出水量波动值为±10%，水位波动范围10-20cm，即为稳定。
3、提水试验延续时间，应在水位、水量相对稳定后在进行4h即可结束。 3隧道涌水量的计算
3.1计算参数的确定
隧道涌水量计算参数一般选用：渗透系数（K）、影响半径（R）、汇水面积
（A）、降水入渗系数（а）等。
1、渗透系数
1）当采用单孔稳定流抽水试验时，选用下列公式：K=
2）当为潜水非完整井采用下式：K=QRlg 2πsMr0.366Q(lgR-lgr) HS
R=215.5+510.5K或R=2S（HK）0.5
2、汇水面积
一般采用1：1万地形图，在图上量出隧道通过段的区域汇水面积，单位选用km2。
3、降水入渗系数
平原地区，采用下式：а=μ(hmax-h±∆h∙t)
X 当缺乏试验资料时，а可按
[3]中表8.5.2查取。
3.2隧道涌水量的计算
隧道涌水量的计算通常采用下列方法进行：简易水均衡法、地下水动力学法、水文地质比拟法、同位素氚法、概略预测法等。
1、简易水均衡法
该方法主要预测隧道正常涌水量，细分为：
1）地下径流深度法 QS=2.74h*A h=W-H-E-SS A=L*B
2）地下径流模数法 QS=M*A M=Q,/F
3)降水入渗法 QS=2.74а*W*A
2、地下水动力学法
该方法主要预测隧道最大涌水量和正常涌水量，分为
1）古德曼经验式（最大涌水量）Q=L2π∙K∙H 4Hlnd
2）裘布依理论式（正常涌水量）Q=L∙KH2-h2 Ry-r
3、水文地质比拟法
当在水文地质条件相似的地区，开展隧道勘察时，可采用水文地质比拟法预测隧道涌水量：
Q=Q'F∙s
F'∙s' F=B∙L F'=B'∙L'
4、同位素氚法
当隧道通过潜水含水体且有给水度或裂隙率时，可采取该方法：
Q=NL∙A∙μ t=B40.727lg0 365tNt
5、概略预测法
该方法主要用于踏勘和初设阶段，概略预测隧道的最大涌水量，详见[3]中
B.3.3介绍。
注：以上各公式符号含义见[3]中介绍。
4工程实例
4.1财神梁隧道
财神梁隧道属于国家重点公路杭州至兰州线重要横干线的一部分，位于重庆市奉节县境内。隧道设计为左右线，单洞长4943m，属特长隧道。勘察期间在CZK3孔中进行提水试验，地下水位埋深134米，高程为387.80米。试验成果表明，基岩裂隙水含水层的平均渗透系数K＝0.0135m/d。
1、概略预测法
根据区域水文地质普查报告，该隧址区汇水长度大于1Km（188），为越岭隧道（0）、岩性为泥质灰岩、泥岩互层（0）、岩溶裂隙较发育（3060）、多雨区（0）、隧道最大埋深785.69m（578）、隧道长度4943Km（2000），据此推算单行隧道涌水
3量为 a＝2900+188+3060+578+2000＝8726m/d 式中：a－涌水量 m3/d
2、水均衡法
隧道穿越地段的汇水面积为28 Km2，年平均降雨量F＝1261.9mm，据区域水文地质普查报告，综合该区地形特征，植被覆盖情况，岩溶发育情况，渗入系数（α选用0.10），则隧道涌水量为
3a＝F×A×α/365＝1261.9/1000×28000000×0.10/365＝9680.33 m/d
式中：a－涌水量 m3/d A－汇水面积 Km2 α－渗入系数 选用0.10
3、地下水动力学法
隧址区地下水主要为基岩裂隙水，受大气降水补给，呈潜水-承压水状态。计算公式采用古德曼经验式：
Q=L2π∙K∙H＝9673.39m3/d 4Hlnd
其中：Q为最大涌水量（m3/d），L为巷道长度（m），H为静止水位至洞身横断面等价园中心的距离（m），d为洞身横断面等价园直径（m），K为岩层平均渗透系数（m/d）
对比以上三种计算结果，其数据相差不大，从该区各地层的水文地质条件来看，其计算结果是可信的，本次隧道涌水量预测以水均衡法计算结果为准，隧道涌水量为9680.33m3/d，勘察期间为枯水季节，降水量不大，故建议隧道的最大涌水量按上述结果的1.5倍考虑，即14520.49 m3/d。
4.2云中山隧道
云中山隧道属于山西省高速公路网规划中的“人字骨架，9横9环”的高速公路网主骨架第3横（五台长城岭至保德）的重要组成部分，是西通陕、甘、宁三省，东达京、津、冀三省市的重要战略通道。设计洞长5610m，属特长隧道。勘察期间在ZK2、ZK4孔中分别进行提水试验，地下水位埋深2.47－2.70m，高程为1726.2～1764.3m。试验成果表明，松散层、全-强风化花岗岩渗透系数取0.044 m/d；弱-未风化花岗岩渗透系数取0.015 m/d。
1、水均衡法
隧道穿越地段的汇水面积为32Km2，年平均降雨量F＝462.5mm，据区域水文地质普查报告，综合该区地形特征，植被覆盖情况，岩溶发育情况，渗入系数（α选用0.15），则隧道涌水量为
a＝F×A×α/365＝462.5/1000×32000000×0.15/365＝4865.75m3/d
式中：a－涌水量 m3/d A－汇水面积 Km2 α－渗入系数
2、地下水动力学法
隧址区地下水主要为基岩裂隙水，受大气降水补给。计算公式为：
Q=BK×（2s-M）×M/R， R=10s√K
其中：Q为涌水量（m3/d），B为巷道长度（m），M为含水层厚度（m），
S为静水位与隧道设计路面的高差（m），R为影响半径（m），K为岩层平均渗透系数（m/d）
经计算隧道涌水量：左线8361.46m3/d，右线9083.82m3/d。
对比以上二种计算结果，从该区各地层的水文地质条件来看，本隧道涌水量预测以地下水动力学法结果为准，隧道单洞涌水量为9083.82m3/d。
参考文献
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[2]公路隧道设计规范（JTGD70-2004）[S].中华人民共和国交通部，2005
[3]铁路工程水文地质勘察规程（TB10049-2004、J339-2004）[S].中华人民共和国铁道部，2004
[4]工程地质手册[M].中国建筑工业出版社，2007
[5]公路工程地质勘察规范（JTJ064-98）[S] .中华人民共和国交通部，1998
作者简介：雒浩，男，汉族，1969年生，山西运城，工程师，主要从事公路工程地质勘察、金属矿产勘察。现就职于山西省第八地质工程勘察院（地勘局214地质队），邮政编码044000，电话号码0359-2298323、2298325、2298665，电子邮箱：[email protected]