鄭州市紅專路下穿中州大道隧道基坑涌水量預測

馬 記，田洪義，舒 彬

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術學院 渭南市 714000；2.中鐵隧道勘測設計研究院有限公司 洛陽市 471009）

鄭州市紅專路下穿中州大道隧道基坑涌水量預測

馬 記1，田洪義2，舒 彬1

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術學院 渭南市 714000；2.中鐵隧道勘測設計研究院有限公司 洛陽市 471009）

準確預測隧道涌水量一直是國內外隧道建設的難點，目前尚無成熟的方法。根據地下水類型及地層性質，再參考隧道區(qū)區(qū)域地質構造和水文地質條件進行粗略估算，并采用了兩種方法對隧道涌水量進行計算，一種是參考《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50307-2012）采用條形基坑涌水量公式進行計算，一種則是根據《水文地質手冊》（地質出版社1978）第679頁達爾西公式計算。經過工程實踐表明，隧道涌水量基本上與計算涌水量吻合，計算準確、合理，具有一定的借鑒價值。

水文地質；隧道基坑；涌水量；預測

1　工程概況

本隧道工程位于鄭州市中心城區(qū)東北部，東西向城市次干道紅專路與中州大道交叉口，西接紅專路姚寨路交叉口，東接龍湖商務外環(huán)（圖1）。中州大道以西為現(xiàn)狀紅專路，中州大道以東為城市綠地，無現(xiàn)狀路，見圖1。工程全長801.263m，K0+230～K0+567為暗埋段，其余均為敞口段；其中K0+328～K0+433為下穿中州大道段，擬采用頂管法施工，長度105m，頂埋深最大4.28m，基底埋深最大約11.50m。

2　工程地質及水文地質

2.1工程地質概況

工程場址位于鄭州市東北區(qū)域，大地構造位置屬華北斷塊區(qū)南部，豫皖斷塊的開封凹陷的西邊緣，區(qū)域地質構造較復雜，對場址有影響的北北東向區(qū)域斷裂構造帶主要有三條：即太行山前斷裂帶，聊城-蘭考斷裂帶和汾渭斷陷盆地構造帶，強地震大部分發(fā)生在這三個構造帶上，北西向的區(qū)域活動斷裂主要有兩條：即新鄉(xiāng)-商丘斷裂和封門口-五指嶺斷裂帶，這兩條斷裂帶發(fā)生過中等強度地震。它們對本區(qū)發(fā)生不同強度地震起嚴格的控制作用，總而言之，本區(qū)北緯35°以北主要受北北東向斷裂構造控制，而35°以南（場區(qū)位于35°以南）主要受近東西向的秦嶺緯向構造所支配。

根據野外鉆探編錄資料及原位測試資料，結合室內土工試驗成果，本場地勘探深度范圍內地基土屬第四系（Q）沉積地層，按其成因類型、巖性和工程性能共劃分為4個大層，10個工程地質亞層。主要為人工填土、第四系全新統(tǒng)（Q4）粉土、粉質粘土、粉砂及細砂。

2.2水文地質條件

鄭州市紅專路下穿中州大道隧道工程距離較近的主要地表水體為東風渠和金水河。

本隧道位于東風渠以南約1.4km處，因東風渠經過防滲襯砌處理，滲流量很小，且距離較遠，故可不考慮其對該工程的影響。

金水河位于本工程場地東側，本隧道項目終點即位于金水河西岸處，其中隧道K0+328～K0+433頂管段（長105m）距金水河最近約300m，該段設計基底埋深最大約11.5m，金水河水體的水文條件變化可能會對該段產生一定影響，設計施工時應予以考慮。

在本次勘探深度范圍內地下水類型為第四系潛水。現(xiàn)場鉆孔實測擬建場地地下水位為7.70～8.50m。地下水主要由大氣降雨及金水河河水補給。本場地含水層巖性主要以粉、細砂為主。依據《鄭州市淺層水文地質圖1∶50000》（1990年版），工程場區(qū)水文地質分區(qū)屬富水區(qū)。

3　水文地質參數選擇

3.1抽水試驗

本次詳細勘察根據詳細勘察要求布置1個鉆孔進行穩(wěn)定流水文地質抽水試驗，編號為HZZKW48。抽水試驗孔是在勘察鉆孔部分完成后，根據地層情況進行確定，選擇有代表性的地方進行抽水試驗，本次抽水試驗采用1個抽水孔帶2個觀測孔的試驗方法進行，共進行3次降深試驗。

本次試驗在成孔過程中對地下水位進行了分層量測，根據HZZK-48孔揭露的地層情況，首先對埋深18.7m以上粉土及粉質粘土層中的地下水進行了量測，然后用套管封閉后繼續(xù)施鉆，對其下砂層中的地下水水位進行了量測，水位均在7.1m左右，故可不考慮工程影響范圍內地下水的承壓性。

滲透系數（k）值的計算，本次勘察采用多孔抽水試驗，根據地下水的類型、抽水試驗的類型選用潛水穩(wěn)定流完整孔多孔抽水試驗滲透系數計算公式。

潛水穩(wěn)定流完整孔多孔抽水試驗滲透系數計算公式：

式中：Q—抽水穩(wěn)定流量（m3/d）；

H—含水層厚度（m）；

r1、r2—觀測井1、觀測井2距主井的距離（m）；

s、s1、s2—主井、觀測井1、觀測井2的降深（m）。

k=（12.9+9.2+11.7）/3=11.26

R=（52.1+68.2+115.7）/3=78.67

表1　鉆孔抽水穩(wěn)定流試驗計算表

3.2含水層參數選用

含水層滲透系數（k）值的大小，取決土的成因、顆粒大小、顆粒級配及土的密實度等，其中粘粒含量大小對砂層滲透系數的影響較大。對滲透系數（k）的采用，是根據抽水試驗成果，并參照鄭州地區(qū)經驗進行了綜合確定。本工程各巖土分層的滲透系數建議值見表2。

表2　滲透系數建議值

4　預測涌水量計算公式

（1）基坑涌水量計算公式

結構范圍內地下水的主要類型為潛水，因此計算時采用潛水計算公式。根據《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50307-2012）及相關規(guī)范規(guī)定，本次模擬預測涌水量采用條形基坑涌水量公式計算：

式中：Q—基坑涌水量（m3/d）；

L—基坑長度（m）；

B—基坑寬度（m）；

Q—基坑出水量（m3/d）；

k—滲透系數（m/d）；

H—靜止水位至含水層底板的距離（m）；

R—影響半徑（m）；

S—設計水位降深，設為底板標高下1.0m。

（2）頂管施工段（掌子面）涌水量計算公式

為便于施工組織設計，擬采用頂管法施工的隧道段涌水量可按斷面法計算，其計算模型根據《水文地質手冊》（地質出版社1978）第679頁達爾西公式計算，計算公式如下：

式中：Q—隧道開挖面地下水涌水量；

K—掌子面巖土層的滲透系數；

I—水力梯度，由于隧道“含水層中掘進”，水力梯度為臨界水力梯度，I≈1；

ω—過水斷面面積。頂管大管節(jié)斷面面積為73.23m2，小管節(jié)斷面面積為40.5m2，結合隧道埋深、水位深度情況，對應大、小管節(jié)的平均過水斷面面積分別為26.26 m2和8.25 m2。

5　涌水量計算

擬建紅專路下穿隧道頂管段長度105m，始發(fā)井寬度為45.1m，隧道結構底板深度10.09m，工作井最大深度約13.35m。敞口段位于地下水位以上未計算涌水量。本車站基坑底以上圖層由上而下為：雜填土（1）、粉土（2-1）、粉質粘土（2-2）、粉土（3-1）。

對于本隧道，基坑涌水主要考慮基礎所在的（2-1）粉土層，隧道結構底板最大埋深10.09m，工作井埋深13.35m，工作井底部穿越部分（3-1）地層?？紤]結構范圍內土層分布的不同情況，根據水文地質特征及滲透系數建議值表，滲透系數數值均按k=0.7m/d考慮，分別計算涌水量（自然狀態(tài)下）見表3、表4。

表3　基坑涌水量計算

表4　頂管施工段（掌子面）涌水量計算表

6　結束語

根據施工單位現(xiàn)場反饋，隧道涌水量基本上與計算涌水量沒太大出入，證明了計算的正確和合理性。而勘察階段的紅磚路隧道基坑涌水量計算也有效地指導了現(xiàn)場施工的進行，使施工單位有效地根據勘察結論，合理地進行資源配置和有效施工組織，并防止了隧道涌水等地質災害的發(fā)生。

［1］ 蘭治林，劉綱.成都國際會展中心輸氣管線府河穿越隧道涌水量預測［J］.四川地質學報，2004（2）.

［2］ 熊道琨，熊倩偲.隧道涌水量的類型劃分及預測方法［J］.四川地質學報，2014（4）.

［3］ 馬記.某地鐵線路異常區(qū)域地層涌水處理方案［J］.低溫建筑技術，2012（9）.

Forecast of Wate Inflow of Foundation Pit of Tunnel Passing Through Zhongzhou Street in Hongzhuan Road of Zhengzhou

MA Ji1，TIAN Hong-yi2，SHU Bin1

（1.Shaanxi Railway Institute，Weinan 714000，China；2.Survey，Design and Research Institute of China Railway Tunnel Group，Luoyang 471009，China）

Correct forecast of water inflow of tunnel is always the difficulty of construction of tunnels at home and abroad，which has no mature method at present.According to the groundwater type and stratum nature as well as rough estimation of regional tectonics and hydrogeological condition of tunnel，the calculation of water inflow of tunnel is performed by adopting two kinds of methods.One is that adopting the formula for water inflow of striptype foundation pit to perform the calculation based on Code for Investigation of Geotechnical Engineering of Urban Mass Transit（GB50307-2012），and the other is that adopting Darcy formula to perform the calculation based on Manual of Hydrological Geology on the page 679（Geological Publishing House in 1978）.The engineering practice shows that the water inflow of tunnel has no obvious discrepancy from the calculated water inflow basically；therefore，correct and reasonable calculation has certain reference value.

Hydrological geology；Foundation pit of tunnel；Water inflow；Forecast

U453.6+1

B

1673-6052（2016）09-0062-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.09.016