麗江某巖溶隧洞涌水量預(yù)測(cè)

周冀

摘要： 從幾種隧洞涌水量基本原理出發(fā)，介紹公式，參數(shù)，適用條件，選擇合適的方法計(jì)算涌水量，給工程施工設(shè)計(jì)提供有效的參考依據(jù)。以麗江市某引水工程為例，為了對(duì)該地區(qū)巖溶隧洞涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，應(yīng)用大氣降水入滲系數(shù)法，地下水徑流模數(shù)法，地下水動(dòng)力學(xué)法。從巖溶地下水的賦存和運(yùn)移特征出發(fā)，結(jié)合工程實(shí)際地質(zhì)勘查特點(diǎn)，闡述了巖溶隧洞涌水量預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀以及前述幾種常用隧洞涌水量預(yù)測(cè)方法的特點(diǎn)，通過工程實(shí)例的檢驗(yàn)，分別利用前兩種方法所得結(jié)果相差不大，均有較大的意義。

Abstract： Based on the basic principle of several kinds of tunnel water inflow， this paper introduces the formula， parameter and the applicable conditions and selects the appropriate method to calculate water inrus， to provide effective reference for engineering design. Taking a water Gushing project in Lijiang city as an example， this paper introduces the atmospheric precipitation infiltration coefficient method， the runoff modulus method of groundwater and groundwater dynamic research method. Based on the characteristics of karst groundwater occurrence and migration， combined with the characteristics of engineering geological prospecting， this paper expounds the current research situation of the prediction of water inflow in karst tunnels and the characteristics of several commonly used methods for predicting the water inflow. By means of engineering examples， the results obtained by the first two methods are not very different.

關(guān)鍵詞： 巖溶隧道；涌突水；預(yù)測(cè)方法；特點(diǎn)及適用條件

Key words： Karst tunnel；water inrus；forcasting methods；the characterristics and applicable conditions

中圖分類號(hào)：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）16-0190-03

0 引言

隧洞涌突水是一種極其常見的地質(zhì)災(zāi)害，具有發(fā)生幾率高，影響大等特點(diǎn)。

我國可溶巖分布十分廣泛，巖溶區(qū)約占國土總面積的1/8。尤其是西南地區(qū)廣布緊密的背斜褶曲，可溶巖大面積出露。充沛的降雨促使地表巖溶發(fā)育，易在地下形成集中徑流，是典型的富水構(gòu)造。因此，在這些地區(qū)可溶巖中開鑿隧洞，涌突水問題往往成為制約工程開展的主要水文地質(zhì)問題[1-2]。

1 巖溶隧道涌水量預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，鐵路部門對(duì)巖溶隧道涌水量計(jì)算已有較深入的研究，計(jì)算方法很多，但各種方法都有其適用范圍，存在一定的局限性。目前，巖溶隧道涌水量預(yù)測(cè)方法歸納起來主要有：①水文地質(zhì)比擬法；②水均衡法；③地下水動(dòng)力學(xué)法；④相關(guān)因素分析法；⑤數(shù)值計(jì)算法；⑥非線性理論方法。 [3～6]

2 實(shí)例分析

擬建的麗江某引水隧洞進(jìn)口位于玉龍雪山西麓，順S50°W延伸，至拉美谷山口以北約1.8km轉(zhuǎn)向S，隧洞最大埋深約800m，出口位于拉市海北側(cè)青龍河左岸。隧洞進(jìn)口高程2880m，出口高程為2840m，長(zhǎng)約8km。引水隧洞通過可溶巖地段將不可避免地對(duì)巖溶地下水系統(tǒng)的天然滲流造成影響。

2.1 地質(zhì)概況

引水隧洞工程區(qū)自北向南依次出露的地層有三疊系下統(tǒng)臘美組（T1l）、三疊系中統(tǒng)北衙組第一段（T2b1）、三疊系中統(tǒng)北衙組第二段（T2b2）、二疊系虎跳澗區(qū)玄武巖組（Pβ）。其中，三疊系中統(tǒng)北衙組第一段（T2b1）、三疊系中統(tǒng)北衙組第二段（T2b2）均屬可溶巖地層，巖性以灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖為主，洼地、漏斗、落水洞、溶蝕裂隙、暗河、溶洞、巖溶泉點(diǎn)較發(fā)育。

2.2 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/p>

工程區(qū)及外圍總體地勢(shì)東高西低，中部高，南北低。西部為溶蝕高原，東部為溶蝕高中山，南部為拉市海盆地。結(jié)合地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌及地下水出露及補(bǔ)徑排特征，可將區(qū)內(nèi)分為兩個(gè)大的巖溶水文地質(zhì)單元：三家村—海西一級(jí)水文地質(zhì)單元（A）和新華—美泉一級(jí)水文地質(zhì)單元（B）（圖 1）。

3 涌突水的預(yù)測(cè)

根據(jù)隧洞工程區(qū)水文地質(zhì)條件的分析，該區(qū)地下水主要來源于大氣降水及地下水的補(bǔ)給。采用大氣降水入滲系數(shù)法、地下水徑流模數(shù)法對(duì)引水隧洞的正常涌水量進(jìn)行分段計(jì)算，采用地下水動(dòng)力學(xué)法對(duì)其最大涌水量進(jìn)行計(jì)算。

3.1 大氣降水入滲系數(shù)法

其中：qmax-隧洞單位長(zhǎng)度日最大涌水量（m3/d·m）；m-轉(zhuǎn)換系數(shù)，一般取0.86；K-巖體滲透系數(shù)（m/d）；H-巖體中原始靜水位至隧洞底板的垂直距離（m）；r-隧洞洞身橫斷面的等價(jià)圓半徑（m），初擬引水隧洞斷面等價(jià)圓半徑r為1.24m；Qmax-隧隧洞初期日最大涌水量（m3/d）；L-隧洞穿越段長(zhǎng)度（m）。

計(jì)算的引水隧洞初期最大涌水量結(jié)果見表3。

3.4 結(jié)果分析

①從隧洞單位長(zhǎng)度正常涌水量可以看到：總體上，大氣降水入滲系數(shù)法與地下水徑流模數(shù)法所計(jì)算出的單位長(zhǎng)度正常涌水量相差不大。隧洞里程K0+860.01～K2+421.13為隧洞可溶巖段，單位長(zhǎng)度正常涌水量最大。其次為K7+952.30～K8+544.58段，由于本段地形平緩，匯水面積較大，因此其單位長(zhǎng)度正常涌水量達(dá)0.621～0.669m3/d·m。K2+421.13～K3+268.16匯水條件相對(duì)較好。其余段K0+129.46～K0+860.01、K3+268.16～K6+426.92、K6+426.92～K7+952.30單位長(zhǎng)度正常涌水量值總體相差不大，一般為0.132～0.285m3/d·m。

②在引水隧洞主洞中布置排水洞或增大隧洞的斷面尺寸將增加涌水?dāng)嗝婷娣e，導(dǎo)致更大范圍內(nèi)的地下水被疏干。由公式（1）、（3）、（4）可知，上述措施的實(shí)施將使得隧洞正常涌水量和最大涌水量增大。但大范圍地下水的疏干將導(dǎo)致作為新華二級(jí)水文地質(zhì)單元（B1）與依可實(shí)—依可六二級(jí)水文地質(zhì)單元（B2）界線的地下分水嶺南移，從而壓縮相鄰單元依可實(shí)—依可六二級(jí)水文地質(zhì)單元（B2）的面積[6]。

4 結(jié)論

①巖溶隧洞涌水量的影響因素主要有降雨量，滲透系數(shù)，積水面積，外界補(bǔ)給等，隧洞涌突水的預(yù)測(cè)分析是對(duì)隧洞水文地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)過程中十分重要的環(huán)節(jié)。

②目前，對(duì)于涌水量的計(jì)算方法很多，但是每種方法的特點(diǎn)區(qū)別較大。在具體分析每種方法適用條件的時(shí)候，需要對(duì)工程實(shí)地勘察之后，依據(jù)勘察資料分析適用特點(diǎn)，選取適合的計(jì)算方法。

③通過對(duì)該實(shí)際工程的計(jì)算驗(yàn)證，結(jié)果顯示三種方法的計(jì)算結(jié)果比較接近，說明這三種方法之所以能被科學(xué)界廣泛接受，是通過大量的工程實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證，才讓這些理論和方法得到認(rèn)可，并為以后的實(shí)踐中發(fā)揮指導(dǎo)作用。[7-8]

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