錦峰隧道的水文地質問題分析

■傅洪金

(福建省交通規劃設計院，福州 350004)

1 序言

對于圍巖以火山熔巖、火山碎屑巖為主的山區隧道，許多工程技術人員和業內學者認為其水文地質條件大多較為簡單，從而對這類隧道的水文地質問題不夠重視。但向莆鐵路青云山隧道和福建高速公路石鼓山隧道、錦峰隧道等工程的實踐表明，以火山熔巖、火山碎屑巖為主的山區隧道當補給來源較為豐富、地質構造較復雜時，水文地質條件往往較為復雜，施工中易出現突水、涌水、地表水滲漏、泉井干涸甚至突泥等工程問題，給隧道施工及圍巖穩定帶來不利影響，有些還造成當地飲用水源、生產水源枯竭等問題。

本文通過對福廣高速公路福建仙游段錦峰隧道水文地質問題的探討，為分析、研究以火山熔巖、火山碎屑巖為主的山區隧道水文地質問題提供參考。

2 隧道工程地質條件

錦峰隧道位于仙游城區西北方向約3.0km 的錦峰村境內，為雙洞分離式隧道。隧道軸線大致呈南北走向。當地屬于福建沿海亞熱帶海洋性季風氣候區，年平均降水量1485mm，雨季在三至九月份，雨量最多五至六月份，七至九月份常有臺風侵襲。

隧址區屬侵蝕-剝蝕丘陵地貌，穿越錦峰村，地形起伏較大，沿隧道軸線地形總體上呈倒“V”字形，進口處地面高程195～200m，出口地面高程170～175m，隧道軸線最高點高程482m，高差約256～282m，地表植被較發育。山坡自然坡度一般20～30°。

該隧道區地層巖性以侏羅系南園組(J3n)凝灰熔巖為主（圖1），地表大多覆蓋有厚度0～6.0m 不等的坡殘積粘性土層，局部有燕山期侵入的花崗斑巖（γπ53）。隧道區內巖石風化均勻性差，全、強風化巖層厚度0～35m 不等，其中山脊地段風化厚度大。

隧道區域上位于閩東火山拗陷帶之福鼎—云霄斷陷帶中部，仙游—漳平東西向斷裂帶北側。據地質測繪、鉆探及物探成果，隧址區地質構造主要為斷裂發育和酸性巖脈侵入，共發育有11 條構造破碎帶或裂隙密集帶（表1）。

圖1 錦峰隧道工程地質平面圖

表1 主要斷裂構造及節理帶特征一覽表

3 水文地質條件

隧道區內地下水主要為風化帶網狀孔隙裂隙水和基巖裂隙水。前者賦存于巖石風化帶內，一般富水性較差，主要接受大氣降水補給，向溝谷排泄，地下水位隨季節變化較大，對隧道洞口段的圍巖穩定和施工影響較大?；鶐r裂隙水則主要賦存于節理裂隙密集帶和斷層破碎帶中，受大氣降水和地表水補給，其中南北向斷層F2、F10 和北西向斷層F3、F5、F6、F8、F9 等斷裂構造為導水帶。F3、F5、F6、F8 有后期花崗斑巖脈發育，脈體兩盤節理發育，富水性較好，為含水斷層。CK265、SK658 鉆孔揭露F2、F3、F8 斷層時發生涌水現象，涌水水頭分別高出孔口約5.6m、2.8m，涌水量分別達52.5、32.3 m3/d。該隧道區地表水較發育，均為山間溪水，主要受大氣降水補給，向溝谷低洼處排泄，流量隨季節變化較大。其中1 號溪分布在隧道東側約70～190m，總體上與隧道并行，流向近正南，但上游端所在溝谷拐向隧道，并與隧道相交，流向總體向南，于K100+700 左230m 處匯入5 號溪，雨季流量約60～75L/s，旱季流量約20～30 L/s。2 號溪近垂直橫穿隧道軸線，交于隧道K100+882，流向近正東，雨季流量約45～55L/s，旱季流量約16～22 L/s；該溪于K100+980左182m 處匯入1 號溪。3 號溪分布在隧道YK100+482-YK100+871 段的右側約37～92m，與隧道軸線并行，流向近正南，于YK100+871 左67m 處匯入2 號溪。4 號溪位于隧道進口外側，對隧道無影響。5 號溪分布1 號溪東側，流向南偏西，于K100+700 左230m 處和1 號溪匯合后向南與隧道并行，再于K100+980 左182m 處與2 號溪匯合后往南匯入另一溪流，為區內最大溪流。

由于巖石風化帶多為弱透水層，一般富水性較差，且近洞口段隧道施工時地下水位降深小，故隧道揭露巖石風化帶弱含水層時的涌水量不大。所以，本隧道涌水量主要集中在含水的節理裂隙密集帶和斷層破碎帶、巖脈中。

勘察期間，根據鉆探揭示和大地電磁法勘探成果分析，F2、F3、F5、F6、F8、F9 和F10 斷層透水性較好。F10 因分布于隧道出口處。地下水位低于隧道底板，對隧道涌水量影響不大。以K99+680 山脊線分水嶺為界，進口至K99+680 山脊線分水嶺段的隧道涌水量主要受F5、F6 控制，形成交叉帶狀地下含水體系；K99+680山脊線分水嶺段至出口段隧道涌水量主要受F2、F3、F8、F9 控制，構成了以F2 為主要聯通通道的羽狀條帶含水體系。由于F2、F9 分別切過1 號、3 號溪、2 號溪，隧道開挖施工易導致1 號溪、3 號溪、2 號溪的滲漏補給地下水。

該隧道K99+600～K99+900 左側為錦峰村，該段隧洞埋深約150m 當地飲用水源主要為J1 深水井（鉆孔成井）和J3 泉點及J2 水井；K100+600～K100+800 右側為后坑村，當地飲用水源主要為附近山間泉水。當地農田灌溉及其他用水均取附近山間溪水。因J3 泉點位于F3 斷層帶上，故隧道開挖施工易導致該泉點枯竭、干涸。

隧道施工表明，上述水文地質條件的分析結論正確，與隧道開挖情況相吻合。

4 隧道水文地質問題分析

4.1 隧道涌水量估算

該隧道勘察報告采用二種方法對隧道涌水量進行預測。一是根據鐵道部《鐵路工程水文地質勘察規程》（TB10049-2004）附錄B 地下水動力學法古德曼經驗公式預測隧道單洞最大涌水量，采用佐藤邦明經驗公式預測隧道單洞正常涌水量。估算結果為：單洞最大涌水量3140 m3/d；單洞正常涌水量2606m3/d。二是采用《水文地質手冊》水平集水建筑物涌水量計算公式計算隧道涌水量，估算單洞涌水量為2300m3/d。兩種估算的涌水量均明顯偏小，實際開挖施工中的單洞最大涌水量約達6000m3/d；左洞正常涌水量約4600m3/d。

根據勘察報告采用的計算方法和有關參數取值等方面的分析，筆者認為導致隧道涌水量估算誤差的原因有以下三個：

（1）滲透系數K 值計算有問題，涌水量計算公式不合適。勘察報告主要根據CK265、SK658 兩個涌水鉆孔進行抽水試驗，根據水平無限承壓含水層試驗公式求得K 值。但抽水試驗最大降深僅隧洞埋深的1/5 左右且總抽水時間不足50h，試驗誤差較大；因含水層主要為構造帶（含巖脈），因構造帶兩側為相對隔水層，在降深不大、抽水時間不長的條件下，采用無限承壓含水層試驗公式計算所得的K 值明顯偏小。建議采用有關帶狀含水層的抽水試驗計算公式計算K 值。

（2）隧道涌水量采用適用于通過厚層潛水含水層的經驗公式（古德曼公式、佐藤邦明公式）計算也顯然不妥，應采用隧洞通過斷層含水帶的有關計算公式更為合理，對于斷層含水帶鉆孔抽水試驗計算公式和隧洞通過斷層含水帶的計算公式，可查閱《水文地質手冊》等規范、手冊及其他有關資料，在此不再論述。

（3）未考慮地下水下滲補給的影響。由于F2、F9分別切過1 號、3 號溪、2 號溪，且3 號溪、2 號溪的溪谷中明顯有花崗斑巖脈和構造破碎帶發育，所以隧道開挖因地下水排泄，將導致1 號、3 號溪、2 號溪滲漏補給地下水。

4.2 隧道突、涌水

因F3、F5、F6、F8 有后期花崗斑巖脈發育，脈體兩盤節理發育，構造寬度較大，富水性較好，故隧道開挖揭示上述構造帶、脈巖時可能發生突、涌水現象。隧道施工中，ZK100+024 炮眼鉆孔時因揭示F8 構造破碎帶及花崗斑巖脈時發生了突水現象，炮眼水流噴射遠達3.0～6.5m，突水流量約5200m3/d，在采用水平排水孔進行泄水處理后，原涌水的CK265、SK658 兩鉆孔水位下降了100 多米，J3 泉點流量也急劇減小。ZK100+060～ZK100+045 段隧洞開挖揭示F9 斷層時地下水呈淋雨狀出水。K99+420～K99+520 段因揭示F6、F5 斷層和花崗斑巖脈而出現涌水現象，地下水成涌泉狀、淋雨狀出水，該段涌水量達1200～1500m3/d。隧道突、涌水導致隧道施工受到嚴重影響，被迫增強了圍巖支護措施和襯砌結構的強度與厚度，加大工程費用，延長了工期。圖2 為隧道涌水現象。

圖2 ZK100+024 炮眼涌水現象

4.3 地表水流、井泉的滲漏、干涸

F2、F9 分別切過1 號、3 號溪、2 號溪，隧道開挖施工因ZK100+060～ZK100+000 揭穿F9、F8 及含水花崗斑巖脈，導致1 號溪、3 號溪、2 號溪的流量明顯減少，其中3 號溪、2 號溪在隧道揭穿F9、F8 及其間的含水花崗斑巖脈約2 個多月后（當時為旱季）干涸，1號溪則僅為原有的1/4 左右，J3 泉點流量減少了60%左右，給錦峰村、后坑村村民的生活、生產帶來了明顯的影響，尤其是后坑村。

4.4 高水壓力

錦峰隧道洞身段地下水位至隧洞頂板深度達120～250m，靜水壓力大，對隧洞支護結構增加了較大的附加壓力。為減小支護結構的水壓力，一般可采用泄水方式進行減壓，但因此導致了地下水位的下降和地表水流、井泉流量的減小甚至干涸，影響當地居民的生活和生產活動。所以，筆者認為，加大隧洞圍巖壓力注漿的厚度和注漿量，提高注漿漿體的強度和防水性能，采取有效防水措施，既減少隧道的涌水量和隧道施工對當地水文環境的影響，又增強隧道圍巖的強度和穩定性，是隧道工程技術的重要發展方向。

5 結語

（1）以火山熔巖、火山碎屑巖為主的山區隧道地下水主要為構造裂隙水，涌水量主要集中在含水的節理裂隙密集帶和斷層破碎帶、巖脈中。

（2）酸性脈巖一般透水性較強，多為含水帶。張性斷層透水性、富水性一般較壓扭性斷層好。

（3）因構造帶兩側為相對隔水層，在降深不大、試驗抽水時間不長的條件下，采用無限承壓含水層試驗公式計算所得的K 值明顯偏小，建議建議采用有關帶狀含水層的抽水試驗計算公式計算K 值。

（4）隧道區內溝底有脈巖或構造破碎帶、節理帶發育的地表水流，隧道施工易導致地表水滲漏和干涸，從而影響當地居民的生活、生產用水，應加強防水措施。

（5）隧道開挖揭示含水的節理裂隙密集帶、斷層破碎帶、巖脈時常出現突、涌水現象，部分甚至可能出現流泥現象，影響施工安全和圍巖穩定，應采取超前支護和防水措施。

（6）山區深埋隧道往往出現有地下水高水壓力對支護結構的影響問題，如何采取有效防水措施，既減少隧道的涌水量和隧道施工對當地水文環境的影響，又增強隧道圍巖的強度和穩定性，是今后隧道工程技術的重要發展方向。

（7） 隧道水文地質勘察應采用物探、測繪、鉆探、水文試驗等綜合手段進行，鉆孔抽水試驗最大降深盡可能大些，確保有完整的Q(S)-t 和Q（q）-S 曲線。當有地表水的補給影響時，試驗時需有足夠大的鉆孔涌水量，抽水時間也應延長至地表水流量明顯變化之后。

[1]福建省交通規劃設計院.沈海復線仙游至南安金淘高速公路莆田段工程地質勘察報告[R].

[2]福建省交通規劃設計院.沈海復線南安金淘至安溪高速公路工程地質勘察報告[R].2008.

[3]TB10049-2004,鐵路工程水文地質勘察規程.2004.

[4]水文地質手冊[S].北京:地質出版社,1978.

[5]中華人民共和國交通部.JTG C20-2011,公路工程地質勘察規范[S].北京：人民交通出版社,2011.

[6]DL/T 5213-2005,水力水電勘察鉆孔抽水試驗規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2009.

[7]王家服.隧道涌水量計算探討[J].鐵道學報,1994,16(4).