淺析新村隧道的涌水量和圍巖

黃建偉

（福建省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察研究院，福建漳州363000）

1 隧道概況

新村隧道地處龍巖市永定區(qū)岐嶺鄉(xiāng)新村村和鳳城鎮(zhèn)曾坑村之間。分離式雙線隧道，全長5103m，屬特長隧道，隧道最大埋深約360m。隧道進(jìn)口形式為削竹式口，出口形式為端墻式（圖1）。共布14個鉆孔，物探（大地電磁法5370m、孔內(nèi)超聲波測試11孔），水文試驗（抽、注水試驗5孔）。

2 地形地貌

隧道區(qū)屬低山和剝蝕丘陵地貌，地形起伏較大，呈上緩下陡，天然山坡坡度約20°～35°，局部較陡，坡度約45°，植被發(fā)育，山脊(頂)呈渾圓形，最大高程832.0m。

3 地質(zhì)構(gòu)造

隧道位于政和—大埔斷裂帶內(nèi)，與上杭—云霄深斷裂帶平行，受政和—大埔斷裂影響，以北東向構(gòu)造為主，北西向斷裂為輔。隧道未穿越對線路安全有明顯危害的大型構(gòu)造或活動構(gòu)造。有5條次級構(gòu)造破碎帶與隧道軸線相交，并發(fā)育有6條節(jié)理裂隙密集帶，對本隧道的圍巖級別和涌水量有一定的影響。

4 地層

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪和鉆孔揭示，隧址區(qū)溝谷段上覆第四系耕植土、第四系沖洪積粉質(zhì)粘土、碎石；低山和剝蝕丘陵段斜坡上覆第四系殘坡積層(Qel-dl)；下伏侏羅系藩坑組（J1f）凝灰?guī)r、燕山早期花崗巖（γ52）、燕山晚期花崗巖（γ53）及其風(fēng)化層，局部地段閃長玢巖脈體侵入（圖2）。

5 物探

本隧道采用高密度電阻率法、AMT大地電磁法、超聲波測試，第四系覆蓋層至強(qiáng)風(fēng)化層厚度不均，厚度為5～63m，局部風(fēng)化程度不均勻，根據(jù)各測線高密度電法和大地音頻電磁法反演圖，洞身發(fā)育F12、F13、F14斷層和多處裂隙發(fā)育帶。

6 水文地質(zhì)

隧道位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，山坡坡體較陡，地表水較發(fā)育，多處溝谷長年有水流經(jīng)過，但流量不大，經(jīng)現(xiàn)場測得水量約200～500t/d左右，附近未見有其它大的地表水系經(jīng)過。

除F11A、F12A、F12、F13、F14構(gòu)造帶經(jīng)過外，未見其他規(guī)模較大、透水性較好的斷裂發(fā)育。

圖2 剖面圖

地下水主要型式為①基巖風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙—孔隙水、②基巖構(gòu)造裂隙水，總體透水性較差，富水性較差。

7 水文試驗

為查明水文地質(zhì)情況，采用注、抽水水文試驗，并對隧道涌水量的計算提供有關(guān)水文設(shè)計參數(shù)（圖3）。

圖3 抽水試驗

8 圍巖基本質(zhì)量分級

按照巖石堅硬程度（Rc）及巖體的完整性(Kv)，結(jié)合地下水、裂隙、圍巖應(yīng)力狀態(tài)等對圍巖的影響，據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTGD70-2004)公式3.6.3、3.6.4計算隧道圍巖體基本質(zhì)量指標(biāo)[BQ]，結(jié)合隧道圍巖體基本質(zhì)量定性特征和隧道圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值，按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTGD70-2004）表3.6.5進(jìn)行隧道圍巖的分級（圖4）。

場地內(nèi)各圍巖設(shè)計參數(shù)取值根據(jù)土工試驗、巖石試驗和原位測試成果，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗及《公路隧道設(shè)計細(xì)則》（JTGT D70-2010）綜合確定。

9 隧道涌水量分析

根據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（TB10049-2004/J339-2004），采用降水入滲法、谷德曼公式和佐藤邦明經(jīng)驗式估算本隧道的涌水量。

（1）降水入滲法：地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水，其補(bǔ)給量的多少受降水強(qiáng)度、降水持續(xù)時間、地形及地表節(jié)理、裂隙的發(fā)育程度限制。根據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（TB10049-2004/J339-2004）中的降水入滲法估算隧道的涌水量如下：

圖4 圍巖分級

降水入滲法公式：

式中：Qs——隧道通過含水體地段的正常涌水量，m3/d；

2.74——換算系數(shù)；

a——降水入滲系數(shù)；

W——多年年均降水量，本測區(qū)取1950mm；

A——隧道通過含水體地段的集水面積，km2。

根據(jù)表1計算結(jié)果，正常涌水量為8253m3/d。

最大涌水量取正常涌水量的1.5倍計算Q0＝8253×1.5＝12380(m3/d)。

（2）《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》（TB10049-2004）谷德曼公式和佐藤邦明經(jīng)驗式。

最大涌水量：

q0＝2πKH÷ln（4H÷d）（谷德曼公式）

經(jīng)常涌水量：

q0＝q0-0.584×ε×K×r（佐藤邦明經(jīng)驗式）

式中：Q0——隧道最大涌水量；

L——隧道計算長度；

K——含水層滲透系數(shù)，m/d（計算及經(jīng)驗值）；

H——含水層中靜止水位至隧道等價圓中心的距離，m；

d——隧道洞身斷面德等價圓直徑，m；

Qs——隧道單位長度經(jīng)常涌水量，m3/（d·m）；

ε——試驗系數(shù)，一般取12.80。

根據(jù)野外鉆孔注水試驗結(jié)果，結(jié)合工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)，根據(jù)上述公式對隧道進(jìn)行分段計算得出：隧道最大涌水量為13365.75m3/d，正常涌水量為10009.50m3/d。

10 結(jié)論

（1）隧址區(qū)及其附近新構(gòu)造運動不強(qiáng)烈，未見影響場地穩(wěn)定的活動性斷裂，未見滑坡、泥石流、崩塌和巖溶塌陷等不良地質(zhì)作用。隧址區(qū)現(xiàn)狀整體較穩(wěn)定，適宜隧道建設(shè)。

（2）隧道溝谷交錯，地表水發(fā)育，溝谷內(nèi)均長年有水流經(jīng)過，但流量不大，水量約200～500t/d，未見有其它大的地表水系經(jīng)過。隧址區(qū)地下水主要為基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水，由于洞身圍巖以中—微風(fēng)化巖為主，巖體總體較完整，基巖裂隙水，水量較貧乏；構(gòu)造裂隙水透水性較好，富水性一般。但構(gòu)造帶、巖性接觸帶及節(jié)理密集度處巖體較破碎，當(dāng)埋藏較淺，又與地表水系相通時，隧道開挖中注意防止發(fā)生突水現(xiàn)象。預(yù)測隧道雙洞最大涌水量取值13000m3/d，雙洞正常涌水量取值10000m3/d。

（3）5條次級構(gòu)造破碎帶與隧道軸線相交，并發(fā)育有6組節(jié)理裂隙密集帶，受斷裂構(gòu)造、節(jié)理裂隙密集帶及巖性接觸帶影響該段落隧道圍巖較差，級別降低，圍巖應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)；同時斷裂構(gòu)造和節(jié)理裂隙密集帶位于溝谷低洼地帶，與地表水有一定聯(lián)系，開挖時易產(chǎn)生涌水現(xiàn)象，對施工影響較大，施工時應(yīng)加強(qiáng)排水及防護(hù)措施。

表1 涌水量計算表

（4）隧道進(jìn)出洞口處仰坡和兩側(cè)開挖邊坡穩(wěn)定性較差，隧道開挖應(yīng)注意邊坡防護(hù)，建議采用放坡開挖，開挖坡率1∶（1.00～1.25），并采取相應(yīng)坡面防護(hù)措施。隧道區(qū)不存在其它不良地質(zhì)問題，基本適合洞口建設(shè)。

（5）隧道洞身主要以中—微風(fēng)化花崗巖為主，洞身巖體完整性總體較好，洞身圍巖主要以Ⅲ-Ⅳ級為主，但進(jìn)出洞口、淺埋段及構(gòu)造帶通過段，巖體較破碎，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

（6）本隧道分布有兩處巖性接觸帶，為不整合接觸，巖性為噴發(fā)巖和侵入巖，不規(guī)則侵入，脈體侵入較多，且受斷裂構(gòu)造影響，巖性較復(fù)雜，巖體不均勻風(fēng)化差異大，應(yīng)對兩處巖性接觸帶及附近路段加強(qiáng)地質(zhì)觀測和超前地質(zhì)預(yù)報工作。

（7）建議施工中加強(qiáng)施工監(jiān)理，遇特殊地質(zhì)問題，應(yīng)及時會同業(yè)主、設(shè)計、勘察部門商討解決。在施工中建議加強(qiáng)隧道地質(zhì)觀測和超前地質(zhì)預(yù)報工作，并建議施工中采取動態(tài)設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場巖土觀測和地質(zhì)預(yù)報成果，在地質(zhì)條件變化較大地段相應(yīng)調(diào)整隧道的開挖方法和圍巖支護(hù)措施，以保證隧道施工的順利進(jìn)行。