長安高速公路深埋長隧道水文地質(zhì)問題分析

付金銳 李省 趙強(qiáng)

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南鄭州 450000)

1 工程概況

長安高速公路深埋長隧道位于山西省東南部，屬碳酸鹽巖低中山地貌。隧道斷面7.0 m×10.5 m，洞長13 100 m，洞口底板設(shè)計標(biāo)高895.00 m，洞體最大埋深610 m，為深埋長隧道。

2 隧址區(qū)基本工程地質(zhì)條件

隧址區(qū)地貌類型總體上屬碳酸鹽侵蝕山區(qū)，地貌單元屬碳酸鹽巖低中山地貌。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，山勢險峻。海拔高程界于820 m～1 610 m之間，相對高差530 m～790 m。隧址區(qū)巖性表層少量第四系堆積物，厚度不大，下覆奧陶系(O)中統(tǒng)、下統(tǒng)及寒武系(∈)中厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等。巖石較完整，堅硬。

3 隧址區(qū)水文工程地質(zhì)條件

3.1 深層地下水的性質(zhì)與賦存條件

隧址區(qū)地下水為深層巖溶裂隙水，埋深大，深度超過百米，有的段深達(dá)數(shù)百米。主要分布在寒武(O)～奧陶系(∈)石灰?guī)r地層當(dāng)中。寒武系中統(tǒng)張夏組灰?guī)r裂隙比較發(fā)育，裂隙聯(lián)通性較好，為本隧址區(qū)的主要的富水地層，富水范圍受構(gòu)造裂隙的發(fā)育程度和發(fā)育范圍的控制。其下的奧陶系馬家溝組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等構(gòu)造裂隙發(fā)育程度相對差，富水性次之。在本區(qū)含水系統(tǒng)中，寒武系下統(tǒng)的紫紅色砂巖為隔水層，是區(qū)域隔水底板。

工程勘察期間對12個地質(zhì)鉆孔進(jìn)行了鉆孔穩(wěn)定水位觀測(見表1)。水位觀測資料顯示地下水位變化大，規(guī)律性不強(qiáng)，地下水在巖層中呈帶狀、窩狀分布，水力聯(lián)系弱，并無統(tǒng)一的地下水位。隧址區(qū)水位變化大，水位變幅935.15 m～1 141.00 m，埋深在103.64 m ～377.76 m。

表1 鉆孔穩(wěn)定地下水位觀測成果表 m

根據(jù)工程區(qū)水文調(diào)查，隧址區(qū)附近發(fā)育多處泉水，泉水出露標(biāo)高多在1 000 m左右，與XKZ123，XKZ125，XKZ126鉆孔段地下水位935.15 m～1 034.24 m水位相當(dāng)。根據(jù)地下水和泉水進(jìn)行水質(zhì)分析試驗表明，鉆孔中地下水與泉水水化學(xué)類型均為HCO－3—Ca2+—Mg2+，屬碳酸巖溶裂隙水，為同一單元地下水系統(tǒng)。

3.2 地下水的補(bǔ)排

隧址區(qū)屬中低山地貌，溝壑縱橫，山體陡峭，巖體受構(gòu)造和剝蝕地質(zhì)作用影響，其構(gòu)造裂隙以及卸荷裂隙比較發(fā)育，加之第四系覆蓋層薄，巖體多裸露，為大氣降水的補(bǔ)給提供了條件。地下水以泉的形式排泄。泉水均為下降泉，根據(jù)測量泉水徑流不大，一般在10 L/min以下。

3.3 水文試驗

為評價隧洞圍巖巖體的滲透性，試驗手段采用鉆孔壓水水文試驗。試驗方法采用五點法(試驗壓力 0.3 MPa/0.6 MPa/1.0 MPa/0.6 MPa/0.3 MPa)，試段長均為 5 m，最大試驗壓力采用 1.0 MPa。

試驗結(jié)果統(tǒng)計見表2。

表2 壓水試驗統(tǒng)計表

4 隧道涌水量估算與影響分析評價

隧址區(qū)位于山西低中山區(qū)貧水區(qū)，地下水埋藏較深。根據(jù)隧址區(qū)調(diào)查，區(qū)內(nèi)以散狀滲漏為主，弱～中等透水，此外，集中滲漏通道比如斷裂構(gòu)造等不發(fā)育，隧道雨季大量涌水現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率性不大，但可能會出現(xiàn)滴水或涌水現(xiàn)象。

4.1 隧道巖體不同涌水區(qū)段的劃分與涌水量估算方法的選擇

根據(jù)地下水的賦存條件，以XKZ128鉆孔為界，XKZ128鉆孔至隧道出口段，地下水在隧道底板標(biāo)高以下，涌水量采用大氣降水入滲法計算;XKZ128鉆孔至隧道進(jìn)口段，隧道多在地下水位以下，涌水量采用地下水動力學(xué)法計算。

4.2 地下水位以上段涌水量估算

采用大氣降水入滲法計算。采用式(1):

其中，Q為隧道涌水量，m3/d;A為匯水面積，m2，按涌水影響面積來計算;α為入滲系數(shù);w為多年平均降雨量，mm;d為降雨期天數(shù)。

涌水量估算結(jié)果:估算涌水量約5 500 m3/d，每天隧道延米入滲量 0.40 m3/(d·m)。

4.3 地下水位以下段涌水量估算

其中，Qs為涌水量，m3/d;K為滲透系數(shù)，m/d;H為洞底以上潛水含水體厚度，m;h為洞內(nèi)排水溝假設(shè)水深，m;Ry為涌水段的引用補(bǔ)給半徑，m;L為隧道通過含水體的長度，m;r為洞身橫斷面等價圓半徑，m。

估算結(jié)果:估算涌水量約14 500 m3/d，每天隧道延米涌水量4.0 m3/(d·m)。隧道涌水量較大。

采用地下水動力學(xué)法估算。采用式(2):

5 結(jié)語

隧址區(qū)地處碳酸鹽侵蝕低中山區(qū)，屬巖溶裂隙水。含水地層為寒武、奧陶系灰?guī)r、白云巖和泥灰?guī)r，奧陶下統(tǒng)紫紅色砂頁巖為區(qū)域隔水底板。以大氣補(bǔ)給、泉水排泄為主。地下水埋深較深，呈帶狀、窩狀分布，無統(tǒng)一地下水位。隧道圍巖以弱～中等透水為主，隧道進(jìn)口至XKZ128鉆孔段隧道位于地下水位以下，涌水量估算不超過5.00 m3/(d·m)，其余段涌水量很小。隧道涌水段可能出現(xiàn)涌流狀出水現(xiàn)象，施工中需要采取必要的排水措施。