成渝高速公路复线缙云山隧道涌水量预测

齐佳兴

摘 要：本文根据成渝高速公路复线缙云山隧道的工程地质水文地质勘察成果，分析评价了其水文地质特征，采用了水均衡法、地下水动力学法等方法预测隧道涌水量，并在此基础上，对隧道涌、突水进行评价，对今后类似的工程建设提供借鉴。

关键词：缙云山隧道 水文地质特征 涌水量预测

隧道涌水量预测是隧道工程地质中的重点问题问题，同时也是难点，如未能查明隧道区水文地质条件，当隧道施工时，则可能出现隧道涌、突水，恶化围岩稳定，导致施工困难、施工人员人身安全受到严重威胁等问题。本文介绍了成渝高速公路复线缙云山隧道工程地质勘察过程中隧道涌水量计算所采用的几种方法，预测隧道的涌水量，为隧道工程的设计、造价及施工安全提供依据。

1.工程概况

拟建成渝高速公路复线（重庆境）缙云山隧道是成渝高速公路重要控制性工点。隧道为单向行驶的分离式双洞公路隧道，中线间距在23.8～45.0m，隧道宽16.25m，高8.2m。隧道左洞起点桩号为K2+267，终点桩号为K4+995，长2728m；右洞起点桩号为YK2+280，终点桩号为YK4+950，长2670m，为公路长隧道。隧道最大埋深260m。

2.隧道工程自然地理条件

缙云山隧道工程起点位于沙坪坝区盐井沟煤矿，线路至东向西穿越缙云山中段，且于壁山县壁城街道邹家湾出洞。缙云山隧道呈近东西向横穿缙云山南段。缙云山为北北东向条形山，山体狭长。工程布设段宽约2.7km。缙云山隧道工程横贯扬子准地台重庆陷褶束华蓥山穹褶束的温塘峡背斜中段，隧道区构造剥蚀～溶蚀地貌特征明显，构造线方向与山脉走向一致，形成“一山二岭一槽”的特点。

3.隧道工程水文地质特征

3. 1地下水类型及富水性

（1）碳酸盐岩岩溶水

隧址区嘉陵江组地层多在岩溶槽谷内直接出露，直接接受大气降雨补给，地表溶蚀洼地、槽谷、落水洞、竖井等垂直岩溶形态串状发育，而地表以下则串状分布，由水平溶洞、地下暗河等顺层发育，地下水赋存、补给、运移及排泄严格受区域性侵蚀基面制约。碳酸盐岩类含水岩组中出露的泉、井点较多，地下水以下降泉、上升泉、岩溶暗河等几种类型出露地表。大泉及暗河出口流量一般为2.6～125L/s

（2）碎屑岩孔隙、裂隙层间水

三叠系上统须家河组二段、四段、六段的长石石英砂岩、长石岩屑砂岩出露于所属温塘峡背斜两翼，为区内的中等富水岩组。本类型地下水以石英砂岩孔隙裂隙水为主，富水均一性较差，由于该组地层局部夹页岩、泥岩和煤层等相对隔水层，虽然由于人类的开采煤层导致大部分隔水层遭到破坏，但局部地下水仍然存在承压性。

3.2地下水补、径、排条件

（1）碳酸盐岩类岩溶水

本区岩溶水的补给主要接受大气降水补给。径流、排泄受地貌、地质构造、岩溶区水文网的发育状况及修建隧道等人类工程活动的控制。水天池一带出露的碳酸盐岩类形成的岩溶槽谷，旱季为地表水暂时补给地下水，雨季则为地下水补给地表水，天池边缘或底部形成落水洞与地下岩溶管道相联，在温塘峡背斜的特定构造背景下，往北向青木关低位槽谷区排泄，往南向即将建成的大学城隧道排泄。本区岩溶水主要集中在肖家湾～赖家水口～刘家垭口、水天池～金竹凼、金竹凼～土大坪～青木关的暗河管道中赋存与径流，其次是赋存于裂隙中，受裂隙发育的方向控制，总体呈网状径流。

（2）碎屑岩孔隙、裂隙层间水

三叠系须家河组含水岩组的地下水主要接受大气降水补给，沿岩体发育的裂隙通道及岩层层面向地下渗入。由于受地质构造的影响较重，该含水岩组的岩层倾角西侧较陡；东西两侧山体分布密度较大的冲沟，其发育方向基本与地形坡向一致，为该含水岩组的地表水径流、排泄创造了良好的基础。地下水在相邻的沟谷间作短途运移，以下降泉的形式排泄。此外叠系须家河组地层中分布含煤岩系，在调查区两侧有较多的煤矿存在，开采须家河一、三和五段的煤层，大规模采煤的进行，大规模采煤的切穿各含水层和隔水层，形成了较为统一的人工排泄通道，形成该含水岩组良好排泄通道。

4.隧道工程涌水量预测

（1）水均衡法

水均衡法是根据开采地段内，地下水动力平衡的基本原理，来预计其总的"可能涌水量"的一种方法。

（2）地下水动力学法

地下水动力学法是依据介质中地下水动力学的基本理论，根据隧道不同地质模型建立地下水运动规律的基本方程，通过数学解析的方法求解这些基本方程，从而获得在给定边界和初值条件下的涌水量。

4. 1水均衡法

根据调查区出露的各含水岩组的特性，评价原则按岩溶槽谷的碳酸盐岩类岩溶水、碎屑岩类孔隙裂隙层间水两类进行分区评价；将三叠系上统须家河组（T3xj）含水岩组按地表分水岭划分为东、西两个段块。主要采用地下径流模数法、大气降水入渗法计算隧道涌水量。计算公式如下：

（1）地下水径流模数法：

Q动=86.4M·F

Q动——地下径流量，m3/d；

M——地下径流模数，L/s·km2；

F——含水层出露面积，km2；

（2）大气降水渗入量法：

Q动=2.73·λ·h·F

Q动——地下径流量，m3/d；

λ——渗入系数；

h——多年平均降水量，本区为1200mm，计算最大涌水量时取月最大降水量（乘12）；

F——含水层出露面积，km2；

根据水文地质调查及1：20万重庆幅《区域水文地质调查报告》，碳酸盐岩类岩溶含水岩组地下径流模数（M）取14L/s·km2；，渗入系数（λ）取0.32；碎屑岩孔隙裂隙层间水含水岩组地下水径流模数（M）取4.0L/ s·km2；入渗系数平均为0.13。

按前述方法及计算公式，调查区各含水岩组涌水量计算结果见表1。4.2地下水动力学法

隧道穿越含水层为裸露地层，上无隔水层，故可采用地下水力动力学水平坑道公式分段计算隧道涌水量。

M——含水层厚度（m）

K——渗透系数（m/d）（根据水文地质试验确定，岩溶强发育段渗透系数根据分段抽水试验结果确定）

根据上述计算公式，可得缙云山隧道平水期涌水量为17626m3/d，丰水期涌水量为61692m3/d。

5.隧道工程涌水量预测评价

以上用降水入渗法计算的隧道涌水量实际上是隧址区的天然补给量，地下水径流模数法计算的涌水量是隧址区的天然排泄量，地下水动力学法计算的涌水量是隧道开挖时发生的地下水疏干量。

笔者以上述计算方法的计算结果为基础，分段估算隧道的平水期和丰水期的涌水量。根据降水入渗法计算的成果可知，隧道在丰水期的涌水量约为是平水期的3.5倍。因此采用地下水动力学法计算的分段涌水量的3.5倍估算丰水期涌水量。预测缙云山隧道平水期涌水总量为17626m3/d、丰水期涌水总量为61692m3/d。

由于岩溶地区水文地质条件极其复杂，岩体破碎，节理裂隙发育，含水层的均一性很差，隧道施工必将改变地下水天然的补、径、排的条件，如果在施工过程中遇到大暴雨时，涌水量必然会大增，设计时应把这种情况考虑在内。

6.结语

岩溶隧道在施工过程中经常发生地下水涌入或突入隧道，对隧道施工和生命财产造成严重危害，因此准确地预测岩溶隧道的涌水量对保证隧道正常施工、降低隧道施工风险具有十分重要的意义。除本文介绍的集中方法外，还有很多种计算隧道涌水量的方法，但精度都不是很够，主要原因是隧道水质地质条件复杂多变，人对隧道的工程地质条件、水文地质条件认识不全面。所以涌水量预测必须采用综合勘探手段，用多种方法相互印证，来提高预测精度。另外在施工阶段加强监测，对涌水量预测的成果进行修正，总结经验，来提高隧道涌水量预测的准确性。

参考文献：

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[2]李苍松等.渝怀线武隆隧道岩溶涌水量计算新方法[J].中国铁道科学，2005，26（05）：43-45