06-公路隧道工程水文地质勘察分析及涌水量预测

摘要：本文主要对公路隧道工程涌水条件及影响因素作了阐释，并结合实际工程案例就公路隧道工程水文地质勘察分析及涌水量预测作了应用探讨。

关键词：公路隧道；水文地质；勘察；涌水量预测

在公路隧道掘进过程中，必然破坏含水或潜在含水围岩，揭露部分地下导水通道，使地下水或与之有水力联系的其它水体(地表水、地下暗河及溶洞等)突然涌入隧道，发生涌水突水灾害。在水文地质勘测阶段要全面解决施工中所遇到的涌水量问题是不可能的。尤其在岩溶地区，由于岩溶通道复杂，采用各种方法计算出来的涌水量只是个估算值。对涌水方式、出水部位和涌水动态等问题，更是难以确定，因此有必要在施工中加强超前预报工作。

一、隧道涌水条件及影响因素

根据隧道区水文地质勘探，可知隧道穿越富水区段主要为岩溶水和基岩裂隙水。由于岩溶介质的控制，岩溶水赋存的最大特点是在空间和时间上的极不均匀。在空间上，岩溶水赋存沿剖面上一般分为垂直入渗带、垂直水平交替带、水平循环带、深循环带四个水动力带川。岩溶水赋存在平面上一般可分为垂直入渗区、水平运移区、集中排泄区三个区。另外，在平面上断裂构造发育带、背斜轴部以及地表水体或岩溶大泉排泄区等岩溶水赋存很丰富。在时间上，特别是在我国南方，岩溶水的水位、水量变化幅度大，变化频率高，动态响应快。这反映出赋存的岩溶水的水位、水量在时间上具有明显的不均匀性，雨季水位较高，流量很大，而枯季水位较低，流量很小。

按裂隙介质的成因，基岩裂隙水可分为构造裂隙水、成岩裂隙水和风化裂隙水。构造裂隙水储存和运移在构造裂隙中，由于构造裂隙极强的方向性，并由定向展布的裂隙组构成了不均一的裂隙网络。因此，构造裂隙水的显著特征是含水介质的渗透性具有较强的各向异性和非均质性，特别在断层带中，这种特征更加显著。成岩裂隙水是储存和运移在成岩裂隙中的地下水，由于成岩裂隙是由于岩石固结和收缩而成，因此，成岩裂隙水渗透的各向异性和非均质性较构造裂隙水差，且多受到一定层位和岩性的。风化裂隙中储存和运移的地下水称为风化裂隙水，由于风化裂隙是构造裂隙和成岩裂隙经过多次物理、化学和生物风化作用而成，因此，后期改造使裂隙的方向性和不均一性大大减弱，所以，风化裂隙水的基本特征是含水介质的渗透性各向异性和非均质性很弱，近似于孔隙介质。

三、公路隧道工程涌水量预测的主要方法

由于目前的勘测手段、勘测时间及工期等，人们对水文地质条件的了解和掌握往往是不够全面的，即使能够比较全面正确地掌握了隧道的地质和水文地质条件，但由于计算公式或方法选择的不拾当，也可以使计算出来的涌水量和实际测量的结果出入较大。正确的工作方法是，在进行涌水量具体计算之前，应搞清隧道通过地段的区域地质及水文地质条件，并按水文地质条件进行分段，针对各段的具体情况，选择适当的计算方法和公式估算预测。所以说，查清隧道通过地段的地质及水文地质条件和富水状况，是估算和预测涌水量的基础和前提。

涌水量的预测是一个十分复杂和尚未完全解决且仍在不断探索的重要研究课题。目前已采用的方法有，数理统计、系统理论法、水均衡法、比拟法、稳定和非稳定流解析法和数值模拟和施工超前预报法等。近年发展起来时间序列分析法、色系统理论法、稳定流数学模拟分析法。

三、公路隧道涌水量预测方法应用分析

下面以几种涌水量预测的方法就某公路隧道涌水量预测作简单应用分析。

某隧道区以根据地质调查结果分析，目前隧道涌水量暂按降水入渗法和地下径流模数法进行预测计算，等深孔水文地质试验参数出来后再按地下水动力法核算。

（1）大气降水入渗法

采用公式：Q=2.74  a W A(m3/d)

采用公式：Q=2.74  a W A(m3/d)

a:降水入渗系数。全隧道地表为可溶岩，裂隙发育、岩溶化程度高。DK63+165至DK+600段洞身大部处于石英砂页岩、炭质页岩夹煤系下，考虑到断层构造影响严重，降水入渗系数a取值0.25；DK+600至DK67+651隧道处岩溶强烈发育的可溶岩中，降水入渗系数a取值0.5。

W：年平均降水量，本测区取1448mm

A:集水面积。

DK63+165～DK+600段：计算集水面积2.79km2；

DK+600～DK67+651段；计算集水面积7.32km2；

涌水量分别计算如下：

Q1=2.740.2514482.79=2767(m3/d)≈2800(m3/d)

Q2=2.740.514487.32=14521(m3/d)≈14500(m3/d)

两项合计Q平常=2800+14500=17300(m3/d)

考虑到岩溶区有暗河发育并构造发育，影响入渗系数的因素可能要大，DK+600～DK67+651段雨季涌水量期倍增系数按3考虑，DK63+165～DK+600段按系数2考虑；

隧道雨季涌水量Q洪=2800×2+14500×3=5600+43500≈49100（m3/d）

（2）地下径流模数法

Q=86.4×M×A

M—地下径流模数（m3/d·Km2）

为隧道通过含水体的地下集水面积（Km2）

测区集水面积A=10.11（Km2）（大致估算），地下水径流模数M枯=10.3(升/秒·平方公里)(依据都匀幅《区域水文地质普查报告》)

则:

Q枯=M枯×A=86.4×10.3×10.11=9000（m3/d）

考虑到岩溶区有暗河发育并构造发育，其雨季涌水量期倍增系数按3考虑 

隧道雨季涌水量Q洪=9000×3=27000（m3/d）

（2）地下径流模数法

Q=86.4×M×A

M—地下径流模数（m3/d·Km2）

为隧道通过含水体的地下集水面积（Km2）

测区集水面积A=10.11（Km2）（大致估算），地下水径流模数M枯=10.3(升/秒·平方公里)(依据都匀幅《区域水文地质普查报告》)

则:

Q枯=M枯×A=86.4×10.3×10.11=9000（m3/d）

考虑到岩溶区有暗河发育并构造发育，其雨季涌水量期倍增系数按3考虑，隧道雨季涌水量Q洪=9000×3=27000（m3/d）

（3）推荐涌水量

上述两种方案计算的平常期涌水量有一定出入，考虑到隧道地表岩溶发育程度强烈,岩溶洼地、落水洞、漏斗极发育，本次推荐采用大值,推荐全隧道平常期涌水量Q平常≈17300m3/d推荐本隧道雨洪期涌水量Q雨=49100m3/d。

当然，以上计算是基于隧道洞身地下水补给以垂直向补给为主这一地质条件，若洞身遇水平向的暗河流水，则其涌水量会成倍增加。隧道涌水量计算是基于含水岩层是均质体这一概念的，但实际上含水岩层并非均质体，特别是断层水会发生异常突变，如果采用了封堵措施后，将使地下水径流更趋复杂化，而且雨后涌水量显著增大必须加以重视。因此，在施工中遇突发涌水、大涌水等特别情况时其设计封堵措施不受上述计算的。

参考文献：

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