長輸油(氣)管道隧道涌水量預測方法研究

畢 丹

(中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010)

長輸油(氣)管道隧道涌水量預測方法研究

畢 丹

(中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010)

以西氣東輸二線南寧支干線石馬頭山隧道為研究背景，針對該工程的地形地貌、巖性、地質條件，分別采用數值計算方法、降水入滲法及地下水動力學三種方法對隧道涌水量進行了預測，通過三種方法對比分析研究，指出降水入滲法與地下水動力學法運用于該類隧道涌水量預測中具有簡易、高效、準確等優點。

地下水，隧道，涌水量，預測

0 引言

長輸油(氣)管道隧道建設與地下水環境有著密切的聯系。由于地下水滲流影響，隧道開挖過程中地下水將涌入隧道。大量的隧道涌水將對隧道建設造成嚴重影響，甚至掩埋施工人員和機具。由于隧道涌水災害的普遍性和嚴重的危害性已成為隧道工程建設和維護的一大關鍵因素，因此對涌水量預測研究具有重要的現實意義。

1 工程地質與水文地質概況

1.1 地形地貌

西氣東輸二線南寧支干線石馬頭山隧道場地位于廣東省四會市與高要市交界處，水平投影長度約1 503.6 m。隧址區屬于丘陵地貌，受長期剝蝕切割作用，山谷溝壑縱橫。隧道進出口坡角較陡，約20°～45°。

1.2 地層巖性

隧道穿越地段上部大部分為全強風化板巖及第四系覆蓋；下伏基巖為寒武系板巖。根據其風化程度可劃分為強風化層、中風化層和微風化層，見圖1。

1.3 水文地質條件

隧道地表節理發育，傾角一般大于50°，隧道通過的巖體無大的斷裂通過，主體為基巖裂隙水，在地表溝谷處連續分布有第四系松散堆積物，其間賦存第四系松散巖類孔隙水，滲透能力較強，水量較大。下部為基巖裂隙含水巖體，巖性為板巖，巖體滲透能力較差，水量較小。

隧道穿越場區周圍屬低山丘陵區，溪溝及山泉較發育，巖層中發育陡傾的構造和風化裂隙，為大氣降水的入滲提供了下滲通道；降雨后，巖體中裂隙充水，成為含水層。因此，巖層的富水性受降雨的制約。地下水的補給、排泄與降雨具有明顯的同步性，表明巖體的滲透性較強，基巖的富水性較差。

根據現場的壓水試驗成果，推斷巖體透水率為1.13 Lu～2.29 Lu(呂榮)之間，巖體滲透系數一般在0.02 m/d～0.07 m/d之間，若遇到構造破碎帶和裂隙密集帶，則巖體滲透系數就要大于10 m/d。

1.4 隧道的圍巖分類

隧道主要在強風化～微風化板巖中穿越,局部在褐黃色碎石土中穿越，按照圍巖級別劃分依據進行圍巖級別分段劃分。隧道圍巖級別劃分為Ⅲ級～Ⅴ級。在隧道水平總長度1 503.6 m中，共分九段，分別為：K0+000 m～K0+26.0 m段，K0+26.0 m～K0+285.0 m段，K0+285.0 m～K0+690.0 m段，K0+690.0 m～K0+830.0 m段，K0+830.0 m～K0+865.0 m段，K0+865.0 m～K0+975.0 m段，K0+975.0 m～K1+373.0 m段，K1+373.0 m～K1+480.0 m段，K1+480.0 m～K1+503.6 m段。

2 隧道涌水量預測方法研究

預測隧道涌水量的方法較多，一般情況下對于中長隧道要選擇三種或三種以上方法為好。在預測中，要根據含水體的富水性對隧道進行分區、分段，要給出各區(段)的正常涌水量和可能最大涌水量，然后綜合成整體隧道的正常涌水量和可能最大涌水量。

文章主要使用數值模擬法、大氣降雨入滲法以及地下水動力學法三種方法對西二線南寧支干線石馬頭山隧道進行涌水量的預測。

2.1 隧道涌水量數值計算模擬法預測

通過對隧道建立數值模型，分別模擬隧道在天然狀態下、開挖中和隧道建好后降雨的地下水總水頭分布等值云圖、孔隙水壓力等值云圖，利用模型計算石馬頭山隧道各段單寬流量q0和涌水量Q(見表1)。

表1 各段單寬流量q0和涌水量Q m3/d

2.2 隧道涌水量降水入滲法預測

降水入滲法涌水量計算時，根據降水量、地質、植被、覆蓋層、巖性及厚度等特點進行全面評價，并區分成上述諸條件大致相同的若干小區域，然后分別確定各個區域的滲入系數值，綜合計算各區段地下水補給量(Q)。

降雨入滲法預測石馬頭山隧道涌水量見表2。

2.3 隧道涌水量地下水動力學法預測

地下水動力學法計算涌水量根據地下水動力學原理用數學解析的方法對給定邊界值和初值條件下的地下水運動建立解析式，而達到預測隧道涌水量的目的。分別采用《鐵路工程水文地質勘察規程》推薦經驗公式和科斯嘉科夫公式計算隧道最大涌水量，《鐵路工程水文地質勘察規程》推薦經驗公式(無界、潛水穩定流—裘布依理論公式)來計算正常涌水量。

水動力學法預測石馬頭山隧道涌水量見表3。

表2 降雨入滲法預測石馬頭山隧道涌水量

表3 水動力學法預測石馬頭山隧道涌水量

3 結語

1)分別采用數值計算方法、降水入滲法及地下水動力學法進行了隧道涌水量的預測，三種方法在計算涌水量時各段數值偏差較大，但隧道總體涌水量相差不大，見表4。

表4 涌水量計算結果匯總表

2)降水入滲法及地下水動力學法計算結果可靠，簡便易行，可快速準確對隧道涌水量進行預測，可直接應用于長輸油(氣)管道隧道涌水災害評價與防治中。

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Research on forecasting methods of tunnel water inflows along long-distance oil and gas pipelines

Bi Dan

(TheCPCLiaoheEngineeringCo.,Ltd,Panjin124010,China)

Taking Shimatoushan tunnel along Nanning large branch of the second line of West-East natural gas transmission as the research background, the paper forecasts the tunnel water inflow from the topographic features, geological conditions of the projects, adopts the numeric calculation methods, dewatering infiltration method, and underground water dynamics, and points out the latter two methods can be adopted in the water inflow forecast with convenience, efficiency and accuracy according to the comparative analysis of the three methods.

underground water, tunnel, water inflow, forecast

2014-11-24

畢 丹(1983- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)04-0066-03

U173.9

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