成渝高速公路復(fù)線縉云山隧道涌水量預(yù)測

齊佳興

摘 要：本文根據(jù)成渝高速公路復(fù)線縉云山隧道的工程地質(zhì)水文地質(zhì)勘察成果，分析評價(jià)了其水文地質(zhì)特征，采用了水均衡法、地下水動(dòng)力學(xué)法等方法預(yù)測隧道涌水量，并在此基礎(chǔ)上，對隧道涌、突水進(jìn)行評價(jià)，對今后類似的工程建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：縉云山隧道 水文地質(zhì)特征 涌水量預(yù)測

隧道涌水量預(yù)測是隧道工程地質(zhì)中的重點(diǎn)問題問題，同時(shí)也是難點(diǎn)，如未能查明隧道區(qū)水文地質(zhì)條件，當(dāng)隧道施工時(shí)，則可能出現(xiàn)隧道涌、突水，惡化圍巖穩(wěn)定，導(dǎo)致施工困難、施工人員人身安全受到嚴(yán)重威脅等問題。本文介紹了成渝高速公路復(fù)線縉云山隧道工程地質(zhì)勘察過程中隧道涌水量計(jì)算所采用的幾種方法，預(yù)測隧道的涌水量，為隧道工程的設(shè)計(jì)、造價(jià)及施工安全提供依據(jù)。

1.工程概況

擬建成渝高速公路復(fù)線（重慶境）縉云山隧道是成渝高速公路重要控制性工點(diǎn)。隧道為單向行駛的分離式雙洞公路隧道，中線間距在23.8～45.0m，隧道寬16.25m，高8.2m。隧道左洞起點(diǎn)樁號為K2+267，終點(diǎn)樁號為K4+995，長2728m；右洞起點(diǎn)樁號為YK2+280，終點(diǎn)樁號為YK4+950，長2670m，為公路長隧道。隧道最大埋深260m。

2.隧道工程自然地理?xiàng)l件

縉云山隧道工程起點(diǎn)位于沙坪壩區(qū)鹽井溝煤礦，線路至東向西穿越縉云山中段，且于壁山縣壁城街道鄒家灣出洞?？N云山隧道呈近東西向橫穿縉云山南段?？N云山為北北東向條形山，山體狹長。工程布設(shè)段寬約2.7km?？N云山隧道工程橫貫揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)重慶陷褶束華鎣山穹褶束的溫塘峽背斜中段，隧道區(qū)構(gòu)造剝蝕～溶蝕地貌特征明顯，構(gòu)造線方向與山脈走向一致，形成“一山二嶺一槽”的特點(diǎn)。

3.隧道工程水文地質(zhì)特征

3. 1地下水類型及富水性

（1）碳酸鹽巖巖溶水

隧址區(qū)嘉陵江組地層多在巖溶槽谷內(nèi)直接出露，直接接受大氣降雨補(bǔ)給，地表溶蝕洼地、槽谷、落水洞、豎井等垂直巖溶形態(tài)串狀發(fā)育，而地表以下則串狀分布，由水平溶洞、地下暗河等順層發(fā)育，地下水賦存、補(bǔ)給、運(yùn)移及排泄嚴(yán)格受區(qū)域性侵蝕基面制約。碳酸鹽巖類含水巖組中出露的泉、井點(diǎn)較多，地下水以下降泉、上升泉、巖溶暗河等幾種類型出露地表。大泉及暗河出口流量一般為2.6～125L/s

（2）碎屑巖孔隙、裂隙層間水

三疊系上統(tǒng)須家河組二段、四段、六段的長石石英砂巖、長石巖屑砂巖出露于所屬溫塘峽背斜兩翼，為區(qū)內(nèi)的中等富水巖組。本類型地下水以石英砂巖孔隙裂隙水為主，富水均一性較差，由于該組地層局部夾頁巖、泥巖和煤層等相對隔水層，雖然由于人類的開采煤層導(dǎo)致大部分隔水層遭到破壞，但局部地下水仍然存在承壓性。

3.2地下水補(bǔ)、徑、排條件

（1）碳酸鹽巖類巖溶水

本區(qū)巖溶水的補(bǔ)給主要接受大氣降水補(bǔ)給。徑流、排泄受地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶區(qū)水文網(wǎng)的發(fā)育狀況及修建隧道等人類工程活動(dòng)的控制。水天池一帶出露的碳酸鹽巖類形成的巖溶槽谷，旱季為地表水暫時(shí)補(bǔ)給地下水，雨季則為地下水補(bǔ)給地表水，天池邊緣或底部形成落水洞與地下巖溶管道相聯(lián)，在溫塘峽背斜的特定構(gòu)造背景下，往北向青木關(guān)低位槽谷區(qū)排泄，往南向即將建成的大學(xué)城隧道排泄。本區(qū)巖溶水主要集中在肖家灣～賴家水口～劉家埡口、水天池～金竹凼、金竹凼～土大坪～青木關(guān)的暗河管道中賦存與徑流，其次是賦存于裂隙中，受裂隙發(fā)育的方向控制，總體呈網(wǎng)狀徑流。

（2）碎屑巖孔隙、裂隙層間水

三疊系須家河組含水巖組的地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，沿巖體發(fā)育的裂隙通道及巖層層面向地下滲入。由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響較重，該含水巖組的巖層傾角西側(cè)較陡；東西兩側(cè)山體分布密度較大的沖溝，其發(fā)育方向基本與地形坡向一致，為該含水巖組的地表水徑流、排泄創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。地下水在相鄰的溝谷間作短途運(yùn)移，以下降泉的形式排泄。此外疊系須家河組地層中分布含煤巖系，在調(diào)查區(qū)兩側(cè)有較多的煤礦存在，開采須家河一、三和五段的煤層，大規(guī)模采煤的進(jìn)行，大規(guī)模采煤的切穿各含水層和隔水層，形成了較為統(tǒng)一的人工排泄通道，形成該含水巖組良好排泄通道。

4.隧道工程涌水量預(yù)測

（1）水均衡法

水均衡法是根據(jù)開采地段內(nèi)，地下水動(dòng)力平衡的基本原理，來預(yù)計(jì)其總的"可能涌水量"的一種方法。

（2）地下水動(dòng)力學(xué)法

地下水動(dòng)力學(xué)法是依據(jù)介質(zhì)中地下水動(dòng)力學(xué)的基本理論，根據(jù)隧道不同地質(zhì)模型建立地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基本方程，通過數(shù)學(xué)解析的方法求解這些基本方程，從而獲得在給定邊界和初值條件下的涌水量。

4. 1水均衡法

根據(jù)調(diào)查區(qū)出露的各含水巖組的特性，評價(jià)原則按巖溶槽谷的碳酸鹽巖類巖溶水、碎屑巖類孔隙裂隙層間水兩類進(jìn)行分區(qū)評價(jià)；將三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）含水巖組按地表分水嶺劃分為東、西兩個(gè)段塊。主要采用地下徑流模數(shù)法、大氣降水入滲法計(jì)算隧道涌水量。計(jì)算公式如下：

（1）地下水徑流模數(shù)法：

Q動(dòng)=86.4M·F

Q動(dòng)——地下徑流量，m3/d；

M——地下徑流模數(shù)，L/s·km2；

F——含水層出露面積，km2；

（2）大氣降水滲入量法：

Q動(dòng)=2.73·λ·h·F

Q動(dòng)——地下徑流量，m3/d；

λ——滲入系數(shù)；

h——多年平均降水量，本區(qū)為1200mm，計(jì)算最大涌水量時(shí)取月最大降水量（乘12）；

F——含水層出露面積，km2；

根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查及1：20萬重慶幅《區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》，碳酸鹽巖類巖溶含水巖組地下徑流模數(shù)（M）取14L/s·km2；，滲入系數(shù)（λ）取0.32；碎屑巖孔隙裂隙層間水含水巖組地下水徑流模數(shù)（M）取4.0L/ s·km2；入滲系數(shù)平均為0.13。

按前述方法及計(jì)算公式，調(diào)查區(qū)各含水巖組涌水量計(jì)算結(jié)果見表1。4.2地下水動(dòng)力學(xué)法

隧道穿越含水層為裸露地層，上無隔水層，故可采用地下水力動(dòng)力學(xué)水平坑道公式分段計(jì)算隧道涌水量。

M——含水層厚度（m）

K——滲透系數(shù)（m/d）（根據(jù)水文地質(zhì)試驗(yàn)確定，巖溶強(qiáng)發(fā)育段滲透系數(shù)根據(jù)分段抽水試驗(yàn)結(jié)果確定）

根據(jù)上述計(jì)算公式，可得縉云山隧道平水期涌水量為17626m3/d，豐水期涌水量為61692m3/d。

5.隧道工程涌水量預(yù)測評價(jià)

以上用降水入滲法計(jì)算的隧道涌水量實(shí)際上是隧址區(qū)的天然補(bǔ)給量，地下水徑流模數(shù)法計(jì)算的涌水量是隧址區(qū)的天然排泄量，地下水動(dòng)力學(xué)法計(jì)算的涌水量是隧道開挖時(shí)發(fā)生的地下水疏干量。

筆者以上述計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，分段估算隧道的平水期和豐水期的涌水量。根據(jù)降水入滲法計(jì)算的成果可知，隧道在豐水期的涌水量約為是平水期的3.5倍。因此采用地下水動(dòng)力學(xué)法計(jì)算的分段涌水量的3.5倍估算豐水期涌水量。預(yù)測縉云山隧道平水期涌水總量為17626m3/d、豐水期涌水總量為61692m3/d。

由于巖溶地區(qū)水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，含水層的均一性很差，隧道施工必將改變地下水天然的補(bǔ)、徑、排的條件，如果在施工過程中遇到大暴雨時(shí)，涌水量必然會(huì)大增，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把這種情況考慮在內(nèi)。

6.結(jié)語

巖溶隧道在施工過程中經(jīng)常發(fā)生地下水涌入或突入隧道，對隧道施工和生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重危害，因此準(zhǔn)確地預(yù)測巖溶隧道的涌水量對保證隧道正常施工、降低隧道施工風(fēng)險(xiǎn)具有十分重要的意義。除本文介紹的集中方法外，還有很多種計(jì)算隧道涌水量的方法，但精度都不是很夠，主要原因是隧道水質(zhì)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，人對隧道的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件認(rèn)識不全面。所以涌水量預(yù)測必須采用綜合勘探手段，用多種方法相互印證，來提高預(yù)測精度。另外在施工階段加強(qiáng)監(jiān)測，對涌水量預(yù)測的成果進(jìn)行修正，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，來提高隧道涌水量預(yù)測的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳紹林等.四川廣（安）-渝（重慶）高速公路華鎣山隧道巖溶突水的研究渝整治[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21（09）：1344-1349

[2]李蒼松等.渝懷線武隆隧道巖溶涌水量計(jì)算新方法[J].中國鐵道科學(xué)，2005，26（05）：43-45