长安高速公路深埋长隧道水文地质问题分析

付金锐 李省 赵强

(黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450000)

1 工程概况

长安高速公路深埋长隧道位于山西省东南部，属碳酸盐岩低中山地貌。隧道断面7.0 m×10.5 m，洞长13 100 m，洞口底板设计标高895.00 m，洞体最大埋深610 m，为深埋长隧道。

2 隧址区基本工程地质条件

隧址区地貌类型总体上属碳酸盐侵蚀山区，地貌单元属碳酸盐岩低中山地貌。区内沟谷发育，山势险峻。海拔高程界于820 m～1 610 m之间，相对高差530 m～790 m。隧址区岩性表层少量第四系堆积物，厚度不大，下覆奥陶系(O)中统、下统及寒武系(∈)中厚层状灰岩、白云质灰岩、泥灰岩等。岩石较完整，坚硬。

3 隧址区水文工程地质条件

3.1 深层地下水的性质与赋存条件

隧址区地下水为深层岩溶裂隙水，埋深大，深度超过百米，有的段深达数百米。主要分布在寒武(O)～奥陶系(∈)石灰岩地层当中。寒武系中统张夏组灰岩裂隙比较发育，裂隙联通性较好，为本隧址区的主要的富水地层，富水范围受构造裂隙的发育程度和发育范围的控制。其下的奥陶系马家沟组灰岩、白云质灰岩等构造裂隙发育程度相对差，富水性次之。在本区含水系统中，寒武系下统的紫红色砂岩为隔水层，是区域隔水底板。

工程勘察期间对12个地质钻孔进行了钻孔稳定水位观测(见表1)。水位观测资料显示地下水位变化大，规律性不强，地下水在岩层中呈带状、窝状分布，水力联系弱，并无统一的地下水位。隧址区水位变化大，水位变幅935.15 m～1 141.00 m，埋深在103.64 m ～377.76 m。

表1 钻孔稳定地下水位观测成果表 m

根据工程区水文调查，隧址区附近发育多处泉水，泉水出露标高多在1 000 m左右，与XKZ123，XKZ125，XKZ126钻孔段地下水位935.15 m～1 034.24 m水位相当。根据地下水和泉水进行水质分析试验表明，钻孔中地下水与泉水水化学类型均为HCO－3—Ca2+—Mg2+，属碳酸岩溶裂隙水，为同一单元地下水系统。

3.2 地下水的补排

隧址区属中低山地貌，沟壑纵横，山体陡峭，岩体受构造和剥蚀地质作用影响，其构造裂隙以及卸荷裂隙比较发育，加之第四系覆盖层薄，岩体多裸露，为大气降水的补给提供了条件。地下水以泉的形式排泄。泉水均为下降泉，根据测量泉水径流不大，一般在10 L/min以下。

3.3 水文试验

为评价隧洞围岩岩体的渗透性，试验手段采用钻孔压水水文试验。试验方法采用五点法(试验压力 0.3 MPa/0.6 MPa/1.0 MPa/0.6 MPa/0.3 MPa)，试段长均为 5 m，最大试验压力采用 1.0 MPa。

试验结果统计见表2。

表2 压水试验统计表

4 隧道涌水量估算与影响分析评价

隧址区位于山西低中山区贫水区，地下水埋藏较深。根据隧址区调查，区内以散状渗漏为主，弱～中等透水，此外，集中渗漏通道比如断裂构造等不发育，隧道雨季大量涌水现象出现的几率性不大，但可能会出现滴水或涌水现象。

4.1 隧道岩体不同涌水区段的划分与涌水量估算方法的选择

根据地下水的赋存条件，以XKZ128钻孔为界，XKZ128钻孔至隧道出口段，地下水在隧道底板标高以下，涌水量采用大气降水入渗法计算;XKZ128钻孔至隧道进口段，隧道多在地下水位以下，涌水量采用地下水动力学法计算。

4.2 地下水位以上段涌水量估算

采用大气降水入渗法计算。采用式(1):

其中，Q为隧道涌水量，m3/d;A为汇水面积，m2，按涌水影响面积来计算;α为入渗系数;w为多年平均降雨量，mm;d为降雨期天数。

涌水量估算结果:估算涌水量约5 500 m3/d，每天隧道延米入渗量 0.40 m3/(d·m)。

4.3 地下水位以下段涌水量估算

其中，Qs为涌水量，m3/d;K为渗透系数，m/d;H为洞底以上潜水含水体厚度，m;h为洞内排水沟假设水深，m;Ry为涌水段的引用补给半径，m;L为隧道通过含水体的长度，m;r为洞身横断面等价圆半径，m。

估算结果:估算涌水量约14 500 m3/d，每天隧道延米涌水量4.0 m3/(d·m)。隧道涌水量较大。

采用地下水动力学法估算。采用式(2):

5 结语

隧址区地处碳酸盐侵蚀低中山区，属岩溶裂隙水。含水地层为寒武、奥陶系灰岩、白云岩和泥灰岩，奥陶下统紫红色砂页岩为区域隔水底板。以大气补给、泉水排泄为主。地下水埋深较深，呈带状、窝状分布，无统一地下水位。隧道围岩以弱～中等透水为主，隧道进口至XKZ128钻孔段隧道位于地下水位以下，涌水量估算不超过5.00 m3/(d·m)，其余段涌水量很小。隧道涌水段可能出现涌流状出水现象，施工中需要采取必要的排水措施。