山岭隧道涌水量探讨——以西南某岩溶隧道为例.pdf

重庆位于中国西部，以喀斯特地貌为主要地质特征，城市交通现代化建设中地下空间的开发至关重要。西部道路建设过程中必不可少的需要穿越山岭时，建设隧道的方案通常作为首选方案。重庆的“四山”（中梁山、铜锣山、明月山、缙云山）又是影响重庆交通便利的一个重要因素咱1暂。因此，近年来在这“四山”中的隧道建设工程开展得如火如荼，未来中心城区将新建15座穿山隧道，届时重庆中心城区的穿山隧道个数累计将达到29座。以中梁山为例，中梁山属于岩溶山区，水文地质条件复杂，在隧道建设过程中易发生涌水等地质灾害，将会对施工及运营造成不小的安全隐患咱2-3暂。在隧道工程施工中，如果只是为了防止涌水的危害而随意的排干地下水，这会导致上覆地面塌陷以及山上被破坏的生态灾难咱4-6暂。因此，在隧道工程中准确的预测隧道涌水量，科学指导隧道建设和运行过程中的排水问题具有重要的现实意义。1 隧道工程概况研究区位于青藏高原与长江中下游平原的过渡山岭隧道涌水量探讨要要要以西南某岩溶隧道为例刘冒佚，郝朝，毛唯娜渊重庆城投基础设施建设有限公司袁 重庆400056冤摘 要：本文以西南某岩溶山岭隧道为研究对象，采用地下水径流模数法、地下水动力学法和降水入渗法分别预测隧道各延段、各时期的涌水量变化。研究结果表明：拟建隧道涌水量在4897m3/d耀7122m3/d区间变化，80%的涌水属于岩溶水；各岩层丰、平水期的涌水量变化趋势基本相同，嘉陵江组一段（T1j1）地层的涌水量最大，但是T1j1地层丰水期与平水期的涌水量相差约500m3/d。其余地层中，丰水期与平水期的涌水量相差不超过200m3/d。关键词：岩溶水；涌水量；降水入渗法；单位延米涌水量中图分类号：U452.1文献标志码：ADiscussion the Mountain Tunnel Water Surge,Case Study with some Karst Tunnel in SouthwestChinaLIU Maoyi,HAO Chao,MAO Weina(ChongqingUrban Infrastructure Construction Co.,Ltd.,Chongqing 400023,China)Abstract:some tunnel in southwest China was chosen as the research object,using groundwater runoff modulusmethod,groundwater dynamics method and precipitation infiltration method to predict the change of tunnel surgewater in each extension section and each period respectively.The results show that the proposed tunnel gushingwater in 4897m3/d7122m3/d area,and 80%of the tunnel gushing water belongs to karst water,each rock stratumabundant water period,flat water period of the water gushing trend is basically the same,T1j1stratum of the watergushing to reach a great value,but T1j1stratum abundant water period and flat-water period of the water gushingdifference of about 500m3/d.The rest of the stratum,abundant water period and flat-water period of the watergushing difference does not exceed 200m3/d.Key words:karstic water;tunnel water gushing;precipitation infiltration;water flow per meter窑28窑第 2 期山岭隧道涌水量探讨要要要以西南某岩溶隧道为例地带，属于亚热带季风性湿润气候，具有空气湿润，春早夏长、冬暖多雾、秋雨连绵的特点，年无霜期349天左右。多年平均气温18.3，8月份气温最高，多年月平均气温为28.1，1月气温最低，多年月平均气温为5.7。19982016年期间多年平均降水量1082.9mm。拟建隧道位于川东平行岭谷区的中梁山南延部分，属于构造剥蚀条带状低山地貌，山脉沿北北东南南西方向延伸，海拔高程260m580m，最高海拔为571m，隧道出洞口最低海拔为255m，最大相对高差约300m。隧址区内以下伏飞仙关二段为界，其上为潜水，其下为承压水。潜水包括可溶性岩类溶洞溶隙水、碎屑岩类裂隙水、松散岩类孔隙水三种类型。研究区内地下水水质以HCO3-Ca类型为主。2 涌水量预测本研究采用地下水径流模数法、地下水动力学法和大气降水入渗法分段预测隧道的正常涌水量和最大涌水量。2.1 隧道涌水量计算分段根据隧道通过的地层岩性、构造不同，涌水量计算值可能有较大的差异，因此将划分为J1z、T3xj4、T3xj3等26个段，分别以段为单位进行涌水量计算。J1z地层以泥岩为主，局部夹薄层页岩，底部为石英砂岩夹砂质泥岩；T3xj4、T3xj2及T3xj3地层以砂岩为主，局部夹薄层泥岩、页岩或煤线；T3xj3、T3xj1以泥岩、页岩煤系地层为主，夹薄层砂岩；T2l以白云岩、泥灰岩、白云质灰岩为主，夹薄层页岩、岩溶角砾岩，膏岩；T1j4和T1j2以白云质灰岩、灰岩为主，夹白云岩、角砾岩；T1j3、T1j1及T1f3以灰岩为主，夹白云岩灰岩；T1f4和T1f2以钙质泥岩为主，夹薄层泥灰岩；T1j2以白云质灰岩、灰岩为主，夹白云岩、角砾岩。2.2 地下水径流模数法使用地下水径流模数法计算多个地下水系统的涌水量时，选择不同的地下水径流模数和地表流域范围，采用式（1）预测隧道涌水量咱7-9暂，Q=86.4 M A式（1）式（1）中，Q表示隧道正常涌水量，m3/d；M表示地下水径流模数，L/s km2，本研究根据1:20万重庆幅水文地质图进行取值；A表示隧道通过含水层的集水面积，km2。隧道通过含水层的集水面积为含水层所在岩层出露宽度乘以隧道施工造成的地下水影响范围。其中含水体出露宽度直接从隧道轴线纵断面量取。地下水径流模数法预测的隧道总涌水量为15067.78m3/d，雨季非可溶岩最大涌水量按1.2倍计算，可溶岩段按1.6倍计算。拟建隧道最大总涌水量为23479.75m3/d，正常涌水量为4897m3/d，雨季隧道涌水量为7630m3/d。单位长度岩体正常涌水量为1.20m2/d，单位长度可溶岩体最大涌水量为2.73m2/d。2.3 大气降水入渗法拟建隧道埋深仅200m，埋深浅，地下水补给直接受大气降水控制，亦可用大气降水入渗法预测隧道涌水量咱10暂。计算公式如式（2）所示。Q=2.73hF式（2）式（2）中，Q表示地下水径流量，m3/d；h表示多年平均降雨量，研究区为1150mm；F表示含水岩层出露地表面积，km2；表示入渗系数。研究区各岩层的降雨入渗系数以1:20万水文地质图为基础，结合地层出露条件、地形地貌及岩层中的径流条件，确定研究区降雨入渗系数如下：（J1-2z）=0.05；（J1z）=0.05；（T3xj）=0.20；（T2l）=0.30；（T1j）=0.50；（T1f）=0.40。根据大气降水入渗法分段计算得到拟建隧道的涌水量为5620m3/d，单位长度隧道的正常涌水量为1.38m2/d。2.4 地下水动力学法地下水动力学法计算涌水量的计算公式如下式所示。Q=琢BK(2H-S)SR式（3）式（3）中，为计算系数，一侧进水时取0.5，两侧进水时取1.0，拟建隧道取2/3；Q表示隧道涌水量，m3/d；H表示含水层厚度，m；R 表示隧道涌水影响半径，m；B表示隧道通过含水层中的长度，m；K 表示岩体的渗透系数，m/d；S表示设计水位降深，m。地下水动力学法分段计算拟建隧道的涌水量为7122m3/d，位长度岩体正常涌水量为1.75m2/d。窑29窑第 2 期山岭隧道涌水量探讨要要要以西南某岩溶隧道为例3 结果及讨论地下水径流模数法、降水入渗法和地下水动力学法计算拟建隧道涌水量分别为4897m3/d，5620m3/d和7122m3/d。单位长度隧道正常涌水量分别为2.73m3/(m d)、1.38m3/(m d)及1.75m3/(m d)，见表1。表1 三种方法涌水预测结果地下水径流模数法、降雨入渗法及地下水动力学法分段预测拟建隧道的涌水量如图1所示。图1 三种方法分段涌水预测结果由图1可知，三种预测方法预测的分段涌水量变化趋势相同，差异不大。涌水量峰值出现的地层相同，如：在T3xj3、T3xj2、T3xj4地层中三种方法均出现涌水量峰值。T3xj2、T3xj3及T1f2地层中，三种方法预测结果有较大差异。虽然T3xj2、T3xj3地层三种方法预测的涌水量均达到峰值，但地下水动力学法的预测结果是其他两种方法的预测结果的两倍多。特别是，T1f2地层中三种预测方法的计算结果差异明显，降水入渗法预测的最大涌水量显著大于其他两种方法的预测结果。为进一步探究丰水期和平水期涌水量的变化，本研究采用大气降雨入渗法预测丰水期和平水期的涌水量。隧道正常涌水量为4897m3/d，雨季最大涌水量为7630m3/d。隧道各岩层丰、枯期的涌水量如图2所示。由图2可知，各岩层丰水期和平水期涌水量的变化趋势基本相同，均在T1j1地层取得最大值。丰水期与平水期涌水量在大部分地层中差异不大，均小于200m3/d。丰、枯水期涌水量相差较大的地层是T1j1，两期涌水量相差约500m3/d。由各岩层涌水量计算结果可知，J1-2z地层以泥岩为主位于隧道建设的顶层与底层，涌水方式为滴状或脉状出水；T3xj1-4地层以泥岩、砂岩为主，涌水方式主要为渗流，裂隙发育段呈股状或喷射状，部分区域或出现孔隙、裂隙淋雨状出水，采空区突水、突泥；T1j1-4以灰岩为主，处于岩溶发育段，涌水方式呈大股状涌水，部分地段呈喷射状涌出，伴有泥沙并有可能引起地表漏水。在角砾岩发育段和溶蚀发育段可能存在远大于理论计算值的涌突水风险；T2l地层与T1j1-4地层相似，以灰岩为主，涌水方式呈大股状，部分地段呈喷射状涌出，伴有泥沙并有可能引起地表漏水，在角砾岩发育段可能存在远大于理论计算值的涌突水风险。4 结论（1）拟建隧道涌水量在4897m3/d7122m3/d区间，单位长度隧道涌水量在1.38m3/(m d)2.73m3/(m d)区间。研究区地下水主要赋存于可溶岩地层及须家河砂岩地层中，尤其以可溶岩地层富水性好，隧道涌水量约80%来源于可溶岩地层。（2）各岩层丰水期、平水期的涌水量变化趋势基本相同，T1j1地层的涌水量达到极大值。大部分地层中，丰水期与平水期的涌水量相差不超过200m3/d，但是在T1j1地层中，丰水期与平水期的涌水量相差约500m3/d，施工过程尽量避免雨季在该岩层掘进。（3）隧道涌水量预测过程中假设含水岩层为均质体，但岩层实际是极不均匀的，岩溶发育位置及程度通常受到地质构造、地层岩性控制。施工期间采取封堵措施后，地下水径流路径和分布渊下转第33页冤计算方法地下水径流模数法大气降水入渗法地下水动力学法隧道的涌水量4897m3/d5620m3/d7122m3/d隧道通过含水体单位长度正常涌水量2.73m2/d1.38m2/d1.75m2/d图2 隧道涌水量丰平两期分段预测图窑30窑第 2 期渊上接第30页冤规律亦将发生改变。连续降雨或揭穿岩溶管道后，隧道涌水量可能瞬间增大。参考文献：1覃光旭,唐川东.重庆主城四山地区保护与利用策略探析 J.城市地理,2020,(6):56-61.2唐宁,王林峰,周楠,等.一种岩溶隧道涌水量预测的新方法-以中梁山岩溶隧道工程为例 J.人民长江,2021,52(4):141-148.3吴晓明,曹嘉一弘,游涛.现代市政越岭隧道专项水文勘察技术应用-以拟建的重庆东温泉山隧道为例 J.建筑安全,2022,37(2):27-31.4叶兴军,陈志平.新中梁山隧道沿线断层构造勘察研究J.四川地质学报,2017,37(3):459-462.5罗鉴银,傅瓦利.岩溶地区开凿隧道对地下水循环系统的破坏-以重庆市中梁山为例 J .西南农业大学学报(自然科学版),2005，(4):432-435.6曹鹏,兰吉川,麻勇,等.岩溶发育地区煤矿矿山开采对水资源的影响研究 J.四川有色金属,2022，(2):58-61.7王靖.兰海高速桐梓隧道水文地质特征及涌水量预测研究 D.西南交通大学,2019.8李建川.重庆南山地区地下水系对不同时期修建隧道安全距离的影响研究 D.重庆交通大学,2014.9廖云平.重庆岩溶山区隧道工程地下水环境负效应演化规律研究 D.重庆交通大学,2018.10程梅,张静,向阳,等.矿山涌水量预测探讨以某铁矿为例 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