梅江隧道穿越工程水文地質特征及涌水量預測分析

■李莎

（山東省第七地質礦產勘查院　山東　臨沂　276006）

梅江隧道穿越工程水文地質特征及涌水量預測分析

■李莎

（山東省第七地質礦產勘查院山東臨沂276006）

在隧道施工過程中通常存在不同程度的涌水或滲漏水，其涌水量關系著施工的安全，因此涌水量的預測對于隧道工程的施工是至關重要的。而圍巖的變形、結構、構造、巖性等因素嚴重制約著涌水量的預測，因此對地層巖體結構、滲透特性、區域構造、獲取水文地質參數的水文地質試驗的研究具有現實意義。本文通過分析梅江隧道穿越工程水文地質的特征及實驗方法，闡述了隧道涌水量的預測。

梅江隧道穿越工程水文地質特征涌水量預測

0　引言

在隧道工程施工過程中，會改變水動力條件，破壞原有的力學平衡狀態，致使施工過程中會突發涌水，隧道涌水是既普遍又復雜的地質災害。隧道涌水通常發生在滲透性強、水量豐富、巖體破碎的地層巖體中，一旦發生涌水，不僅會造成儀器設備的損失，還會迫使隧道工程停工，從而導致施工工期的延誤，而且如果涌水量過大，甚至會造成人員的傷亡，消耗大量的施工費用。因此，涌水量的預測在隧道工程施工中至關重要，而且涌水量的預測，還可以作為下一步隧道設計和施工的參考，具有一定的參考價值。

1　梅江隧道穿越工程水文地質特征

1.1巖性

根據梅江隧道穿越工程的基本情況，將巖性分為泥質砂巖、泥質膠結粉砂巖及硅質膠結長石石英砂巖[1]。巖性可以借水和阻水，這是在以碎屑巖為介質的情況下具有的功能。裂隙的發展規律決定了滲透性的特征，因此在以泥、砂層巖中，地下滲流唯一的通道是裂隙。此區域裂隙發育情況良好，因此阻水的能力一般。

1.2含水介質

含水介質是地下水儲存和運動的空間，且其具有獨特的空間，因而會形成相應的滲透結構。根據含水介質的形成原因可將其分為成巖裂隙、成巖孔隙、構造斷裂、巖溶空間、松散堆積層孔隙和風化卸荷裂隙等[1]。

1.3地下水

根據地下水的賦存特征[2]，梅江隧道地下水類型可分為第四系松散層孔隙水、基巖裂隙水兩類[3]。第四系松散層孔隙水主要賦存于斜坡表層粉質粘土及碎石土層及河床第四系沖積砂質粘土及砂土、卵礫石層內。基巖裂隙水主要為泥質砂巖、粉砂巖、長石石英砂巖。

2　梅江隧道穿越工程水文地質試驗

2.1抽水試驗

抽水試驗是確定水文地質參數的主要方法。抽水試驗孔的孔徑應在110毫米以上，但水位埋深應在80米以下。穩定流抽水試驗的水位降深次數，一般進行3次，當勘探孔的出水量較小或實驗時出水量已達到極限時，水位降深可適當減少，但不得少于2次，當出水量和動水位與時間曲線只在一定范圍內波動，且沒有持續上升或下降趨勢時，判斷為抽水實驗穩定。

2.2壓水試驗

壓水試驗不受深度、孔徑、水位的限制，但受輸水設備的限制，主要適合于基巖透水性薄弱的巖層。其主要采用自上而下的分段壓水方法，而且同一工程實驗段長度應保持一致，一般在5~10米之間，壓力一般在0.3~1兆帕之間。壓水試驗中，應該每間隔10分鐘試測一次壓水流量，每一壓力階段在流量達到穩定后延續2小時左右即可停止試驗。

2.3注水試驗

注水試驗適合于松散巖土的水文地質試驗，通常分為試坑注水試驗和鉆孔注水試驗兩種，但常用的是鉆孔注水試驗，這是由于此方法周期短、方便，且不受水位和埋藏深度的影響。此試驗方法是采用清水向孔內注水，當水位達到設計的高度，且間距小于1米后，測定試驗水頭值，控制水量保持穩定，注水試驗一般進行3次水位升高。試驗按1分鐘測5次、5分鐘測5次、30分鐘測1次等時間間隔測定，并繪制時間與測試值的關系圖，直到測試值差額在10%以內。

2.4提水試驗

提水試驗采用定水位深降法，單位時間內提水次數應均勻，提水量應保持一致，在水位水量達到相對穩定水位水量時每間隔30分鐘試測一次，并且計算出水量，當出水量波動在10%上下，水位波動在10~20厘米即可停止試驗。

3　梅江隧道穿越工程涌水量預測

3.1隧道涌水的變化特征

隧道涌水量由靜儲量和動儲量兩部分組成，其中靜儲量為隧道圍巖內空隙中所賦存的地下水，靜儲量的大小取決于含水圍巖的規模、儲水能力和給水能力；動儲量以地下徑流形式出現于含水圍巖中，它與地表水體或其它地下水體有直接的水力關系，靜儲量大小取決于含水圍巖的規模、補給條件、徑流條件和排泄條件。當隧道涌水量以靜儲量為主時，初期涌水量很大，表現為突水，隨著時間的推移，涌水量不斷衰減，最后僅為滴水或滲水，貫通性裂隙含水圍巖和孤立溶洞中的圍巖涌水多為靜儲量。當隧道涌水量以動儲量為主時，其涌水量常常是有小到大變化，最后趨于穩定，這是的隧道涌水量即時補給量。

3.2梅江隧道穿越工程的涌水量預測

根據水文地質特征，隧道涌水量預測通常采用正常涌水量和最大涌水量，其中最大涌水量表示隧道施工過程中的涌水量，正常涌水量表示隨著在使用過程中的涌水量。

式中：

Q0-隧道通過含水地段的最大涌水量,m3/d；

K-含水體滲透系數，m/d；

H-靜止水位至洞深橫斷面等價圓中心的距離，m；d-洞深橫斷面等價圓直徑，m；

正常涌水量的計算：

式中：Q0-隧道正常涌水量,m3/d；K-含水體滲透系數，m/d；

H-水柱高度，m；

R-隧道含水體降水影響半徑，m；

B-隧道含水體的長度，m。

4　結語

隧道涌水量的主要影響因素包括降雨量、水文地質特征、地表匯流條件、地表水體補給條件等。由于隧道水文及工程地質條件的復雜性，因此隧道涌水量的預測值與施工時的實測值存在一定的差異，如果差異大則應重新考慮基礎資料的正確性，經過反復的修改、補充和驗證，直至預測結果合理為止。如果差異小則可作為下一步隧道設計和施工的參考。同時隧道在施工時應該注意及時排水，以保持洞室的穩定。

[1]魏祥江.梅江隧道穿越工程水文地質特征及涌水量預測分析 [D].山東大學，2013.

[2]李東.秀山隧道水文地質特征分析研究 [J].鐵道工程學報，2014，04:29-35.

[3]荊少東，鐘儲漢.黃石互通淺埋隧道涌水量預測分析 [J].石油工程建設，2014，05: 42-45.

[4]周彥杰.蒙大隧道水文地質特征分析及涌水量預測 [A].全國建筑工程勘察科技情報網、內蒙古自治區勘察設計協會巖土分會、全國建筑工程勘察科技情報網華北情報站、中國建筑學會工程勘察分會.2014全國工程勘察學術大會論文集 [C].全國建筑工程勘察科技情報網、內蒙古自治區勘察設計協會巖土分會、全國建筑工程勘察科技情報網華北情報站、中國建筑學會工程勘察分會，2014:7.

P641[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-307-2