吉林省東部山區隧道洞室開挖涌水量估算分析

2014-03-26 03:27:02李東川王屹林謝冬月張立明

吉林地質 2014年1期

李東川，王屹林，謝冬月，張立明

1.吉林省水文地質調查所，吉林長春 130012；2.中化礦山地質總局吉林地質勘查院，吉林長春 130028；3.吉林省鉅鑫地質礦產勘查有限責任公司，吉林長春 130061；4.吉林省地礦勘察設計研究院，吉林長春 130061

為支持振興東北老工業基地戰略的實施，進一步加快吉林省交通基礎設施建設步伐，省交通廳規劃“十二五”期間實現高速公路網通車總里程力爭達到2 000 km。為此省東部山區高速公路中隧道建設越發顯得重要。隧道洞體地下水疏干和引排是隧道建設及后期運營的重點，洞體涌水量的大小則是地下水疏干和引排的指導依據。

隧道涌水量即隧道洞體單位時間內從洞壁圍巖中流出的水量總和，一般以天計。在隧道洞室涌水量眾多估算方法中，一直采用單一的計算方法，缺泛對比分析其準確性。通過工程實例，重點對泉水流量匯總法、地下水徑流模數法和水平廊道法進行對比，探討三種方法的準確性，為隧道降水設計時提供計算依據。

1 計算原理

1.1 泉水流量匯總法

泉水流量匯總法是把隧址區所在的不同區段的水文地質單元所調查的泉、井流量累計相加而得的流量總和。

首先計算各區段的水文單元泉點的觀測泉流量，然后再把各區段的水文地質單元流量累計相加而得。

1.2 地下水徑流模數法

地下水徑流模數也稱“地下徑流率”，是1 km2含水層分布面積上地下水的徑流量。表示一個地區以地下徑流形式存在的地下水量的大小。計算方法如下：

Q－基巖裂隙水天然補給量（m3/d）；

Fij－計算面積（km2）；

M－地下水徑流模數（m3/d.km2）；

L(Li)－隧道段（或分段）疏干影響寬度（m）；

B(Bj)－隧道段（或分段）長度（m）；

Ao-雙洞隧道（或分段）中心間距（m）；

Ki－地層滲透系數（m/d）；

Xmax－多年平均最大降雨量（m/a換算成m/d）；

α－降水入滲系數；

Hi－計算隧道段軸線至底板的平均水位值（m）；

ho－計算隧道段軸線至底板的平均疏干水位值（m）；

Qc－實測溝谷枯水期徑流量（m3/d）；

Fc－徑流補給面積（km2）；

1.3 水平廊道法

采用狹長水平廊道法對隧道正常涌水量進行預測，為施工排水提供一定參考。狹長水平廊道法采用公式：

Q總=Qw+Qj［3］

Q總－隧道洞體總的涌水量（m3/d）；

Qw－地下水達到新平衡后排除大氣降水的穩定流量（m3/d）；

Qj－洞室疏干量（m3/d）；

① 地下水達到新平衡后排除大氣降水的穩定流量：

QⅠ、QⅡ－隧道半側穩定涌水量（m3/d）；

(Bj)－隧道段（或分段）長度（m）；

K－巖體滲透系數（m/d）；

Xmax－多年平均最大降雨量（m/a換算成m/d）；

Hi－計算隧道段兩側含水層厚度（m）；

ho－計算隧道段軸線至底板的平均疏干水位值（m）；

Li－隧道段（或分段）疏干兩側影響寬度（m）；

② 疏干量計算

Ao－雙洞隧道（或分段）中心間距（m）；

μd－含水層給水度，按巖裂隙發育程度取值0.25%；

t－設計疏干時間，按施工周期3年1 000日計。

2 工程實例

2.1 工程概況

輝南至白山高速公路涼水2號隧道位于吉林省柳河縣涼水河子鎮平安堡村東南3.5 km處，隧道分左右兩幅，左右幅相距約20m，隧道長1 165m。氣候屬北溫帶大陸性季風區，雨季集中在6～9月，占年降水量的61%，年平均降水量736.5mm，年平均蒸發量為1 276.1mm。地貌為低山地貌，相對高差115m，山體坡角10°～30°。

地下水類型為基巖裂隙水，水位高于洞室頂板埋深，呈網狀、似層狀的形式賦存于淺層混合花崗巖、混合片麻巖風化層和構造破碎帶中，局部具微承壓性質。水位埋藏淺，水量、水位受季節控制。中風化巖層具有相對隔水作用。