王 亮

（江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，江蘇 淮安 223005）

0 引言

山區(qū)高速公路的建設(shè)往往需要穿越山體，因此隧道的設(shè)計是重中之重。在設(shè)計過程中，地質(zhì)勘察工作是基礎(chǔ)工作，包括水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)的調(diào)查與評價等，這其中隧道涌水量的預(yù)測對隧道的設(shè)計及施工往往起到重要的作用［1］，本文將結(jié)合具體的工程項目，針對潛水含水體中淺埋型隧道的設(shè)計過程中隧道涌水量的預(yù)測作出評價，并給出設(shè)計和施工的經(jīng)驗。

1 工程概況

1.1 隧道設(shè)計概況

擬建勘察項目為位于山東省棗莊境內(nèi)，為Ⅰ級高速公路，勘察線路區(qū)涉及隧道 4 座，最長的望海石隧道長度 2 145 mm，寬度 25.0 m，屬于長隧道，左、右線隧道進(jìn)口洞門型式均為端墻式，出口洞門型式均為削竹式，山頂最高高程約為 475 m，該隧道為分離式隧道，進(jìn)口段和出口段均與橋梁相連，隧道進(jìn)口位置與出口位置多分布鄉(xiāng)間道路，交通較為方便。本文主要以該隧道為例，闡述隧道涌水量的常用計算方法，并與后期施工中遇到實際情況作對比，說明隧道涌水量估算的具體過程，以期為后期工作的總結(jié)和借鑒。

1.2 自然地理概況

隧址區(qū)處于中緯度暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年降雨量在 650～850 mm，多年平均降水量 810 mm，歷史最大降雨量 1 324 mm，最小降雨量 486.9 mm，在地貌上屬于低山丘陵地貌，局部地形起伏較大，高程在 220～475 m，在進(jìn)出口處地形稍緩。隧址區(qū)未見明顯新構(gòu)造活動痕跡，且場地基巖多數(shù)直接出露，結(jié)合波速測試資料及相關(guān)規(guī)范規(guī)程，場地土為穩(wěn)定巖石，建筑場地類別為Ⅰ0類。

1.3 工程地質(zhì)概況

地層巖性主要為表層零星分布碎石土和少量粉質(zhì)黏土（Q3dl+pl），為第四系上更新統(tǒng)洪坡積物，層厚較薄，零星分布，強(qiáng)度及穩(wěn)定性極差，視電阻率為50～100 Ω·m。下伏基巖主要為寒武系上統(tǒng)張夏組強(qiáng)風(fēng)化～微風(fēng)化灰?guī)r（ε3Z），局部夾泥質(zhì)灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，地層結(jié)構(gòu)簡單，裂隙較發(fā)育、巖體較完整、局部破碎，強(qiáng)度及穩(wěn)定性一般，視電阻率為 100～4 300 Ω·m，巖溶裂隙發(fā)育區(qū)視電阻率為100～500 Ω·m。灰?guī)r縱波速度值在 2 000～3 800 m/s。場地內(nèi)工程地質(zhì)層要素如表 1 所示。

表1 場地內(nèi)工程地質(zhì)要素

2 水文地質(zhì)特征

隧道進(jìn)出口處地勢相對較高，勘察期間未見地表水。地下水主要為基巖裂隙水，含水量較小，接受大氣降水的補(bǔ)給，水位埋藏度隨季節(jié)變化和地勢的高低變化而變化。根據(jù)勘察結(jié)果認(rèn)為整個隧道一般情況下不會出現(xiàn)大規(guī)模的涌水或突水問題，但是由于隧道的開挖改變了天然地下水的徑流及排泄等自然條件，隧道將會成為新的局部地下水的排泄基準(zhǔn)，從而出現(xiàn)局部滲水和涌水現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為雨季地表水沿局部寬大裂隙向隧道內(nèi)匯集，形成短時涌水現(xiàn)象。同時應(yīng)注意暴雨期間，由于山間積水排泄不及時對隧道建設(shè)的影響［2］。

3 隧道涌水量的估算

隧道涌水量的估算主要是依據(jù)規(guī)范［3］的結(jié)論和公式展開工作，在具體的項目中，依據(jù)工程地質(zhì)層的特征獲取必要的參數(shù)，例如降水入滲系數(shù)、年平均降雨量及集水面積的綜合確定，得出涌水量的估算值，并結(jié)合不同的計算方法和施工過程中的實際的涌水情況，最終給出合理的涌水量值。

3.1 降水入滲法計算原理

當(dāng)隧道通過潛水含水體且隧道埋深較淺時可考慮降水入滲法預(yù)測隧道的正常涌水量。在降雨的過程中，水量的散失包括蒸發(fā)、滲入及開采，擬建隧道區(qū)灰?guī)r出露，且?guī)r溶稍有發(fā)育，蒸發(fā)和開采在該區(qū)段非常微弱可以忽略不計，所以只需根據(jù)年均降雨量，集水面積并選取合適的降水入滲系數(shù)經(jīng)驗值，即可宏觀、概括地預(yù)測隧道的正常涌水量［4］，見式（1）：

式中：QS為隧道通過含水體地段的正常涌水量，m3/d；α 為降水入滲系數(shù)；W 為多年平均降雨量，mm；A 為隧道通過含水體地段的集水面積，km2。

3.2 計算參數(shù)值的確定

3.2.1 降水入滲系數(shù)的確定

降水入滲系數(shù)通?？梢栽谏絽^(qū)或山前地區(qū)布置一定數(shù)量的觀測孔，同時觀測降雨前后的地下水水位變化，用有限單元法或有限差分法近似計算降水入滲補(bǔ)給量進(jìn)而求出降水入滲補(bǔ)給系數(shù)，但受施工條件的影響，亦可通過規(guī)范提出降水入滲系數(shù)的經(jīng)驗值，本次工程因受場地及施工的限制，采用經(jīng)驗值法，具體的取值如表 2 所示。

3.2.2 多年平均降雨量的確定

多年平均降雨量的確定主要是依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的長期監(jiān)測資料，在勘察前期應(yīng)當(dāng)充分搜集隧道區(qū)域的氣象及水文資料，其直接關(guān)系隧道涌水量的估算準(zhǔn)確度，在獲得最近 10～20 年的年降雨量數(shù)據(jù)后，即可求得年平均降雨量，亦可獲得具體的年最大降雨量，季節(jié)最大降雨量等數(shù)據(jù)。

表2 降水入滲系數(shù) α 的經(jīng)驗數(shù)據(jù)

3.2.3 集水面積的確定

匯水面積與地表的地形有關(guān)，在地形圖上，將隧道涌水點以上，以涌水點向兩側(cè)等高線作垂線，逐段連接至兩邊的分水嶺，這樣就構(gòu)成一個封閉的曲面，把這封閉的曲面的面積求算出來即為擬建隧道的地表集水面積。

經(jīng)過以上條件的匯總，結(jié)合當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅繛?10 mm，入滲系數(shù)考慮到灰?guī)r較為完整，且?guī)r溶情況發(fā)育較弱，所以按范圍值不利取值 0.15，集水面積按測繪圖件在地形圖上依據(jù)地形及分水嶺測繪得封閉的集水面積為 2.28 km2，帶入計算公式計算得望海石隧道的正常涌水量 QS為 758 m3/d。

3.3 地下水徑流模數(shù)法對比

地下水徑流模數(shù)法為動態(tài)變化的值，受季節(jié)性影響較大，僅作為巖溶區(qū)隧道涌水量的概略預(yù)測和降水入滲法的比對參照。依據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料和區(qū)域水文地質(zhì)資料按枯水期地下水補(bǔ)給地表河流的流量和流域面積的比值及隧道區(qū)匯水面積綜合確定。據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查資料，在枯水期地表河流多處于干涸狀態(tài)，建議設(shè)計人員按降水入滲法確定隧道正常涌水量。

3.4 實際涌水量對比

根據(jù)隧道后期施工的實際情況，對正常涌水量進(jìn)行對比，因為實際的隧道正常涌水量約為計算值的 2～3 倍，所以作為勘測設(shè)計人員在隧道涌水量計算過程中，從圍巖入滲系數(shù)的選取到集水面積的確定，以及季節(jié)降雨的實際影響，都有一定的不確定和不準(zhǔn)確因素。據(jù)統(tǒng)計在我國隧道涌水量的預(yù)測中可能最大涌水量，接近實際情況的只占 10 % 左右，預(yù)測的正常涌水量接近實際情況的只占 20 %～30 %，根據(jù)經(jīng)驗，隧道的最大涌水量為正常涌水量的 1.5 倍［5］，所以設(shè)計隧道涌水量的計算值時，應(yīng)當(dāng)在計算的基礎(chǔ)上宜根據(jù)實際情況擴(kuò)大 2～3 倍作為設(shè)計依據(jù)，對工程的設(shè)計來說較為合理。

4 結(jié)語

隧道涌水量的準(zhǔn)確估算對后期的設(shè)計和施工具有一定的指導(dǎo)作用，直接影響施工的方案以及措施，為隧道施工的安全挖掘、設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理的排水設(shè)施和襯砌型式、圍巖注漿加固范圍及強(qiáng)度，提供了必要的依據(jù)。

望海石隧道圍巖較為完整，涌水量小，局部淺埋地段的溝谷及山谷地段可能出現(xiàn)較大涌水，其他區(qū)段出現(xiàn)涌水的可能性較小。隧道區(qū)段地形起伏較大，應(yīng)盡量避免在雨季施工。隧道的施工會對原有的地下水循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，所以施工時對滲水、漏水和涌水應(yīng)以堵為主，并結(jié)合疏導(dǎo)引流。

本文對隧道涌水量的常用方法進(jìn)行了粗略的舉例說明，也與實際的施工情況進(jìn)行了對比，提出了較為中肯的結(jié)論和建議，鑒于項目的特殊情況，若有不足之處，懇希得到指正。