隧道涌水量估算简析

隧道涌水量估算简析

周伟波

浙江省工程勘察设计院集团有限公司 浙江 宁波 315000

说明：本次主要依据《公路隧道设计规范》JTG D70-2004，针对钻爆法施工的山岭隧道

关键词：隧道围岩；围岩分级；地下水；综合围岩分极；

1、前言

    随着技术水平和施工要求的提高，基于定性分析的隧道涌水量预测逐渐发展为定量评价与计算。尤其是近几年凡涉及隧道勘察部分，均要求设置合理的现场水文试验项目，根据水文参数对隧道涌水量进行定量评价与计算。

    根据我公司完成的某工程岩土工程勘察报告，对隧道涌水量估算的过程进行简要的概述。本项目坑道部分全长约470m，洞室工程约2900㎡。

2、坑道部分水文地质条件

    基岩裂隙水主要存在构造裂隙和风化裂隙中。接受大气降水及第四纪松散岩类孔隙补给，构造裂隙不太发育，补给量少，透水性差，水量贫乏。节理裂隙密集带、强风化带和断层破碎带透水性和富水性相对较好。基岩裂隙水沿张裂隙下渗至中风化岩面，由高处向低处流动。地下水在重力作用下，沿一定水力梯度由高水位向低水位迳流，主要沿基岩迳流。

3、现场水文地质试验的选择

    为了测定岩体的裂隙性和渗透性，提供相关的水文地质参数，可选择的现场水文地质试验方法有：

    ⑴现场抽水（提水）试验

    在坑道钻孔中进行，坑道钻孔孔深一般50～100m，基岩裂隙水水量贫乏，仅节理裂隙密集带、强风化带和断层破碎带透水性和富水性相对较好。如设置观测孔意义不大，同时会增加不少的额外工作量。采用不带观测孔抽水也只能初步测定含水层的渗透性参数。现场抽水（提水）试验历时较长，一次试验（三个落程）至少需要24个小时以上。

    综合分析现场抽水（提水）试验对本工程性价比很低，不大适宜。

    ⑵现场注水试验

    采用分段试验法进行，在勘探孔深较浅时比较实用，随着钻孔深度的增加，需对上部非试验段进行水泥护壁、止水。止水后再进行钻探，止水效果难以保证，容错率较低，同时封孔止水过程等待时间较长，严重影响施工进度。

     ⑶现场压水试验

    试验方法为单栓塞分段隔离法。可在钻探过程选择有针对性的地层（如节理密集带、断层破碎带）作为试验段，灵活性较大，本工程较适宜。

试验过程中，严格按照试验流程：试段清水钻进→冲孔下卡栓塞→观测稳定水位→正式压水（控制P压力读取Q流量）→正误判断→松塞提管的程序操作。流量观测工作一般在1～2分钟进行1次，当流量无持续增大趋势，且5次流量度数中最大值与最小值小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，本阶段试验即可结束，取最终值作为计算值。每个试段共进行5个过程压力试验，压力等级分别为0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa、0.6MPa、0.3MPa。现场校核原始记录，绘制P-Q曲线，确定P-Q曲线类型，根据曲线类型特点校核试验的准确性。最后根据第三阶段（1.0Mpa压力等级）的试验参数，计算其透水率。

施工班组熟练整个试验过程后，一般2个小时左右可以完成一次分段试验，对后续的钻探施工影响相对较小。

试验公式采用《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）中：

式中  q——试段的透水率（Lu）；

                        L——试段长度（m）；

                        Q3——第三阶段的计算流量（L/min）；

                        P3——第三阶段的试验压力（Mpa）

岩体评价根据《工程地质手册》（第四版）中表9-3-15判断，渗透性等级根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录J判断。

表3.1  压水试验成果表

通过表3.1，本项目具代表性地层的透水率、渗透性等级都有较准确的描述，为后续的计算及评价提供了必要的依据。

四、洞室地下水状态

测区地下水类型主要为基岩裂隙水，主要存在构造裂隙和风化裂隙中。接受大气降水及第四纪松散岩类孔隙补给，构造裂隙不太发育，补给量少，透水性差，水量贫乏。节理裂隙密集带、强风化带和断层破碎带透水性和富水性相对较好。现采用达西定律法估算洞室围岩最大单位涌水量。

公式中          －洞室单位涌水量（L/min·

m）；

－渗透系数（dm/min），参照《水力水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录J，同时结合当地经验，1吕荣（透水率）约相当于1×10-5cm/s（渗透系数）

－洞室单位长度面积（m2）；

－水力梯度，根据经验取1；

计算时统一了计算单位，结果见表4.1。

表4.1    洞室围岩最大单位涌水量估算表

    计算结果为最大单位单位涌水量，设计使用时按对应的洞室长度乘以最大单位单位涌水量即可，针对性较强。勘察报告编制时，在BQ值计算的章节，地下水影响修正系数K1，可采用《公路隧道设计规范》附录A表A.0.2-1中，按地下水出水状态选取。

五、小结

    关于隧道涌水量的估算，大多计算模型引用自水利行业的计算公式，多属于无限补给模式，在水文地质条件相似的条件下可选用，如穿越江河底部的隧道等。但对于山区隧道，计算模型需按实际水文地质条件酌情选择。