新旗號嶺隧道涌水量分析

朱鵬普

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031)

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新旗號嶺隧道涌水量分析

朱鵬普

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031)

【摘要】新旗號嶺隧道為渝懷鐵路二線重點(diǎn)工程。文章根據(jù)該隧道的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)勘察，分析評價(jià)了其地質(zhì)構(gòu)造、地表水的發(fā)育、地下水的發(fā)育、地表水及地下水的補(bǔ)給等特征，結(jié)合既有線施工情況，并采用降水入滲法、地下水動力學(xué)法和比擬法分別預(yù)測了該隧道的最大涌水量，根據(jù)預(yù)測結(jié)果確定隧道全線貧富水區(qū)段及最大涌水量，進(jìn)而提出了對該隧道的施工建議。

【關(guān)鍵詞】旗號嶺；隧道;涌水量；降水入滲；地下水動力學(xué)

1工程概況

新旗號嶺隧道為渝懷鐵路二線重點(diǎn)工程之一，隧道起止里程為YDK332+300～YDK336+787(正洞里程YDK335+115～YDK336+787為利用既有出口平導(dǎo))，全長4 487 m，最大埋深805 m，與既有線右線并行，相距既有線5～30 m。在既有線施工過程中，曾發(fā)生多次地質(zhì)災(zāi)害，DK348+260～+350施工時(shí)隧道滲滴水呈線狀水流，DK348+410～+875施工時(shí)隧道滲滴水呈線狀及股狀水流。K334+494～K335+092段雨季施工時(shí)發(fā)生兩處特大涌水，根據(jù)觀測兩處特大涌水量分別為5 600 m3/d、21 168 m3/d。本文主要通過對既有線施工情況的了解，以及對二線隧道地質(zhì)情況的調(diào)查和勘察確定隧道最大涌水量，以減少可能存在的隧道特大涌水對工程施工的影響。

2地質(zhì)概況

2.1地形地貌

隧道通過地段屬中等切割的中低山地貌，山脈走向北北東向，與構(gòu)造線基本一致，山脊旗號嶺高程最高約1 487.8 m，形成自然分水嶺，進(jìn)口為深切割的溶蝕槽谷，出口為坡度較大的順向斜坡，隧道通過處最高高程1 374 m，最低高程580 m，相對高差794 m。

本區(qū)屬烏江水系，細(xì)沙河位于東側(cè)由北向南，流經(jīng)兩河口匯入烏江支流阿蓬江。據(jù)黔江縣濯水壩水文觀測，年平均降雨量1 383.6 mm，降雨量多集中于5～9月5個(gè)月，降雨量占全年60%～70%左右，最大月降雨量為6月，平均降雨量為200.7 mm。1979年9月最大降雨量為406.5 mm，1989年7月上旬～中旬日平均降雨量達(dá)38.65 mm。

2.2地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，主要有咸豐大背斜和白龍洞附近的次級背向斜；斷層極為發(fā)育，主要見一系列的高角度正斷層、逆沖斷層及傾角緩的逆掩斷層。

(1)區(qū)內(nèi)褶皺主要見火燒壩背斜即區(qū)域性咸豐背斜向南延至區(qū)內(nèi)部分，背斜軸在YDK333+615，向南遭斷層破壞軸跡不清。軸部開闊，巖層平緩，兩翼巖層產(chǎn)狀基本對稱，軸面直立，軸走向N10°E。

(2)因受區(qū)域應(yīng)力作用，區(qū)內(nèi)斷層極為發(fā)育，具有分布集中(主要出露在YDK335+450區(qū)段)延伸較長(0.7～7.6 km)、高角度正、逆沖斷層(50°～80°)、破碎帶寬(1～85 m)等特點(diǎn)。旗號嶺隧道直接通過F9、F10、F11、F12、F13、F14斷層，對隧道工程有不同程度的影響，具體分布如圖1所示。

圖1　隧道洞身縱斷面及圖例

3水文地質(zhì)條件

3.1地表水

隧道測區(qū)地表水類型主要為山間溝水、細(xì)沙河水。較大的山間溝水主要分布在隧道進(jìn)口(水流方向由NW往SE)及YDK333+600～YDK334+600段左側(cè)(水流方向先由NE往SW，經(jīng)和線路平行約700 m后，流向N向)，為細(xì)沙河補(bǔ)給，水量受大氣降水影響變化較大。

3.2地下水

測區(qū)地下水豐富，地下水類型主要有碳酸鹽巖裂隙溶洞水、碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙溶洞水及基巖(碎屑巖)裂隙水[1]。測區(qū)巖溶發(fā)育，火燒壩、陳家坪-曾家一帶多見巖溶洼地、落水洞，成為雨水的下滲通道，沿細(xì)沙河多見巖溶及巖溶大泉，表明測區(qū)巖溶發(fā)育。D2SH-Q-8泉為間歇泉，每天發(fā)水?dāng)?shù)次，平時(shí)流量1 L/s，發(fā)水時(shí)流量3 L/s，此也為該區(qū)巖溶發(fā)育的佐證。特別是斷層破碎帶、可巖溶與非可巖溶接觸帶巖溶水更為發(fā)育，隧道施工有遇巖溶突水的可能，對隧道施工影響較大。根據(jù)地下水的富集程度、地下水位線的標(biāo)高及地下水的排泄形式將測區(qū)分為火燒壩水文地質(zhì)區(qū)及旗號嶺水文地質(zhì)區(qū)[2]?，F(xiàn)分述如下：

3.2.1火燒壩水文地質(zhì)區(qū)

火燒壩水文地質(zhì)區(qū)從隧道進(jìn)口至白龍洞，東面與旗號嶺水文地質(zhì)區(qū)以白龍洞一線為界，西、南面以魚泉河為界，形成一相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。線路右側(cè)火燒壩一帶地勢較為平緩，自然坡度15°～30°，絕對高程800～900 m，為一明顯的平臺，溶丘洼地低中山地貌，多見巖溶洼地、落水洞，出露巖性主要為奧陶系、寒武系的碳酸鹽巖及碎屑巖，斷層發(fā)育，地下水接受大氣降水的補(bǔ)給條件好。線路左側(cè)絕對高程600～1100 m，山體展布方向與構(gòu)造線一致，呈NNE向延伸，溝脊相間為壟脊低中山地貌，地表水排泄條件較好。不利于地下水的補(bǔ)給。該區(qū)地下水主要為碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙溶洞水，水量中等。由于NNE走向斷層發(fā)育，地下水沿構(gòu)造線向SW以泉水形式排向魚泉河。

3.2.2旗號嶺水文地質(zhì)區(qū)

綜上所述， YDK332+300～YDK334+645段隧道處于地下水補(bǔ)給區(qū)，水量相對較?。籝DK334+645～YDK336+787隧道位于水平循環(huán)帶中，水量大。

4隧道涌水量預(yù)測

該隧道從進(jìn)口至出口分別通過火燒壩水文地質(zhì)區(qū)、旗號嶺水文地質(zhì)區(qū)，二線距離既有線較近，處于同一水文地質(zhì)單元，采用降水入滲法、地下水動力學(xué)法和比擬法[3]，分別進(jìn)行涌水量預(yù)測。

4.1降水入滲法

該隧道巖溶發(fā)育，地下水補(bǔ)給條件較好，采用降水入滲法計(jì)算涌水量為：

Q=2.74·∝·W·A

其中：據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，多年平均降水量為W=1 383.6 mm。

根據(jù)隧道底部基巖的巖性不同，將隧道分成4部分，并按照不同部分的參數(shù)分別計(jì)算涌水量(表1)。

表1　隧道分段涌水量

因此，采用降水入滲法計(jì)算隧道涌水量為20 912 m3/d。

4.2地下水動力學(xué)法

該隧道邊界條件為無界，地下水的水力類型為潛水，工程類型為非完整式的條件，按照柯斯嘉科夫公式進(jìn)行計(jì)算涌水量。

Q=2αKBH1/(lnR-lnr)

式中：K為含水層滲透系數(shù)(m/d)；B為隧道通過含水層中的長度(m)；H1為靜止水位至隧道底部之深度(m)；R為隧道涌水影響半徑(m)；r為隧道寬度的一半(m)；α=1.57+H1/R。

根據(jù)隧道各段滲透系數(shù)、靜止水位參數(shù)不同，將隧道分為4段(表2)。

表2　隧道分段涌水量

因此根據(jù)地下水動力學(xué)法，該隧道涌水量為63 569 m3/d。

4.3比擬法

新旗號嶺隧道與既有線右線并行，相距既有線5～30 m，根據(jù)既有線在施工過程中的觀測數(shù)據(jù)，利用比擬法進(jìn)行新隧道的涌水量計(jì)算。

4.3.1火燒壩水文地質(zhì)區(qū)(K332+300～K334+164)(既有里程)

該區(qū)巖溶洼地、落水洞發(fā)育，地下水補(bǔ)給條件較好，隧道通過地下水補(bǔ)給區(qū)，既有線施工開挖未出現(xiàn)大的集中出水點(diǎn)，既有線采用降水入滲透法計(jì)算該段涌水量。

Q=2.74·α·W·A

其中：據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，多年平均降水量為W=1 383.6 mm；入滲系數(shù)取α=0.30；匯水面積A=8.4 km2。

該段雨季涌水量取17 625 m3/d。

比擬涌水量：二線在該水文地質(zhì)區(qū)所對應(yīng)的里程YDK332+300～YDK334+186同既有線相同，涌水量采用雨季涌水量取17 625 m3/d。

4.3.2旗號嶺水文地質(zhì)區(qū)(K334+164～K335+092)

根據(jù)施工期間揭示涌水情況：

(1)K334+164～+494段：地層巖性為白云巖、灰?guī)r夾泥質(zhì)白云巖，薄～中厚層狀。由于該段圍巖受構(gòu)造影響，節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎。旱季時(shí)隧道拱部局部滲滴水；雨季時(shí)地下水發(fā)育，隧道拱部及邊墻滲滴水嚴(yán)重，大多呈線狀水流，但無大的集中出水點(diǎn)，雨季觀測Qmax=7 800 m3/d。

(2)K334+494～+779段：地下水發(fā)育，滲水嚴(yán)重，發(fā)育多個(gè)較明顯集中股狀出水點(diǎn)，該段觀測Qmax=21 168 m3/d。

(3)K334+779～K335+092段：該段雨季時(shí)滲滴水嚴(yán)重，雨季觀測Qmax=5 600 m3/d。

比擬涌水量：二線在YDK334+186～YDK335+115段水文地質(zhì)區(qū)同該段相同，涌水量采用設(shè)計(jì)最大流量為7800+21168+5600=34568 m3/d。

(4)利用既有平導(dǎo)段(YDK335+115～YDK336+787):該段完全利用既有線平導(dǎo)，既有平導(dǎo)PDK1+035～+965段施工揭示為平導(dǎo)集中出水段，最大出水量為38 569 m3/d，據(jù)此YDK335+115～ YDK336+787段最大涌水量為38 569 m3/d。

根據(jù)上述三段涌水量比擬結(jié)果，新旗號嶺隧道最大涌水量為17625+34568+38569≈9.1×104m3/d(表3)。

表3　隧道分段涌水量

4.4比較

根據(jù)以上三種方法的計(jì)算，降水入滲法和其他兩種方法偏差較大，但仍有參考價(jià)值；地下水動力學(xué)法和比擬法兩種結(jié)果相差不大。

5結(jié)論

(1)新旗號嶺隧道巖溶水發(fā)育，主要和區(qū)域構(gòu)造、巖性以及巖溶發(fā)育有關(guān)。一般在碳酸鹽類巖層分布區(qū)受摺曲、斷層破壞地段，地下水發(fā)育，補(bǔ)、徑、排活動復(fù)雜。

(2)通過地下水動力學(xué)法和比擬法進(jìn)行涌水量預(yù)測的結(jié)果比較，兩者相差不大；并且既有線已經(jīng)完成施工，其觀測的結(jié)果具有一定的真實(shí)度。因此該隧道涌水量建議采用比擬法得出的預(yù)測值。

(3)YDK334+645～YDK336+787隧道位于水平循環(huán)帶中，水量大，預(yù)計(jì)施工時(shí)會發(fā)生大型涌突水，施工時(shí)建議采取泄水洞排水。

(4)在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)加強(qiáng)勘探和物探等測試，充分分析論證水文地質(zhì)特征，盡量準(zhǔn)確地預(yù)測地下水涌水量；在施工階段，應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)預(yù)測，做好預(yù)防工作，盡量減少地下涌突水的危害。

參考文獻(xiàn)

[1]TB10049-2014, J339-2015 鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2]TB10027-2012, J1407-2012 鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S].

[3]薛禹群.地下水動力學(xué)[M].地質(zhì)出版社,1997:14-18，152-160.

[4]鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].修訂版.中國鐵道出版社，1999:191-198.

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【中圖分類號】U452.1+1

[作者簡介]朱鵬普 (1980～)，男，碩士研究生，工程師，從事工程地質(zhì)勘察工作。

[定稿日期]2015-10-16