新旗号岭隧道涌水量分析

朱鹏普

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

新旗号岭隧道涌水量分析

朱鹏普

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

【摘要】新旗号岭隧道为渝怀铁路二线重点工程。文章根据该隧道的水文地质和工程地质勘察，分析评价了其地质构造、地表水的发育、地下水的发育、地表水及地下水的补给等特征，结合既有线施工情况，并采用降水入渗法、地下水动力学法和比拟法分别预测了该隧道的最大涌水量，根据预测结果确定隧道全线贫富水区段及最大涌水量，进而提出了对该隧道的施工建议。

【关键词】旗号岭；隧道;涌水量；降水入渗；地下水动力学

1工程概况

新旗号岭隧道为渝怀铁路二线重点工程之一，隧道起止里程为YDK332+300～YDK336+787(正洞里程YDK335+115～YDK336+787为利用既有出口平导)，全长4 487 m，最大埋深805 m，与既有线右线并行，相距既有线5～30 m。在既有线施工过程中，曾发生多次地质灾害，DK348+260～+350施工时隧道渗滴水呈线状水流，DK348+410～+875施工时隧道渗滴水呈线状及股状水流。K334+494～K335+092段雨季施工时发生两处特大涌水，根据观测两处特大涌水量分别为5 600 m3/d、21 168 m3/d。本文主要通过对既有线施工情况的了解，以及对二线隧道地质情况的调查和勘察确定隧道最大涌水量，以减少可能存在的隧道特大涌水对工程施工的影响。

2地质概况

2.1地形地貌

隧道通过地段属中等切割的中低山地貌，山脉走向北北东向，与构造线基本一致，山脊旗号岭高程最高约1 487.8 m，形成自然分水岭，进口为深切割的溶蚀槽谷，出口为坡度较大的顺向斜坡，隧道通过处最高高程1 374 m，最低高程580 m，相对高差794 m。

本区属乌江水系，细沙河位于东侧由北向南，流经两河口汇入乌江支流阿蓬江。据黔江县濯水坝水文观测，年平均降雨量1 383.6 mm，降雨量多集中于5～9月5个月，降雨量占全年60%～70%左右，最大月降雨量为6月，平均降雨量为200.7 mm。1979年9月最大降雨量为406.5 mm，1989年7月上旬～中旬日平均降雨量达38.65 mm。

2.2地层岩性及地质构造

测区地质构造较为复杂，主要有咸丰大背斜和白龙洞附近的次级背向斜；断层极为发育，主要见一系列的高角度正断层、逆冲断层及倾角缓的逆掩断层。

(1)区内褶皱主要见火烧坝背斜即区域性咸丰背斜向南延至区内部分，背斜轴在YDK333+615，向南遭断层破坏轴迹不清。轴部开阔，岩层平缓，两翼岩层产状基本对称，轴面直立，轴走向N10°E。

(2)因受区域应力作用，区内断层极为发育，具有分布集中(主要出露在YDK335+450区段)延伸较长(0.7～7.6 km)、高角度正、逆冲断层(50°～80°)、破碎带宽(1～85 m)等特点。旗号岭隧道直接通过F9、F10、F11、F12、F13、F14断层，对隧道工程有不同程度的影响，具体分布如图1所示。

图1　隧道洞身纵断面及图例

3水文地质条件

3.1地表水

隧道测区地表水类型主要为山间沟水、细沙河水。较大的山间沟水主要分布在隧道进口(水流方向由NW往SE)及YDK333+600～YDK334+600段左侧(水流方向先由NE往SW，经和线路平行约700 m后，流向N向)，为细沙河补给，水量受大气降水影响变化较大。

3.2地下水

测区地下水丰富，地下水类型主要有碳酸盐岩裂隙溶洞水、碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶洞水及基岩(碎屑岩)裂隙水[1]。测区岩溶发育，火烧坝、陈家坪-曾家一带多见岩溶洼地、落水洞，成为雨水的下渗通道，沿细沙河多见岩溶及岩溶大泉，表明测区岩溶发育。D2SH-Q-8泉为间歇泉，每天发水数次，平时流量1 L/s，发水时流量3 L/s，此也为该区岩溶发育的佐证。特别是断层破碎带、可岩溶与非可岩溶接触带岩溶水更为发育，隧道施工有遇岩溶突水的可能，对隧道施工影响较大。根据地下水的富集程度、地下水位线的标高及地下水的排泄形式将测区分为火烧坝水文地质区及旗号岭水文地质区[2]。现分述如下：

3.2.1火烧坝水文地质区

火烧坝水文地质区从隧道进口至白龙洞，东面与旗号岭水文地质区以白龙洞一线为界，西、南面以鱼泉河为界，形成一相对独立的水文地质单元。线路右侧火烧坝一带地势较为平缓，自然坡度15°～30°，绝对高程800～900 m，为一明显的平台，溶丘洼地低中山地貌，多见岩溶洼地、落水洞，出露岩性主要为奥陶系、寒武系的碳酸盐岩及碎屑岩，断层发育，地下水接受大气降水的补给条件好。线路左侧绝对高程600～1100 m，山体展布方向与构造线一致，呈NNE向延伸，沟脊相间为垄脊低中山地貌，地表水排泄条件较好。不利于地下水的补给。该区地下水主要为碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶洞水，水量中等。由于NNE走向断层发育，地下水沿构造线向SW以泉水形式排向鱼泉河。

3.2.2旗号岭水文地质区

综上所述， YDK332+300～YDK334+645段隧道处于地下水补给区，水量相对较小；YDK334+645～YDK336+787隧道位于水平循环带中，水量大。

4隧道涌水量预测

该隧道从进口至出口分别通过火烧坝水文地质区、旗号岭水文地质区，二线距离既有线较近，处于同一水文地质单元，采用降水入渗法、地下水动力学法和比拟法[3]，分别进行涌水量预测。

4.1降水入渗法

该隧道岩溶发育，地下水补给条件较好，采用降水入渗法计算涌水量为：

Q=2.74·∝·W·A

其中：据当地气象资料，多年平均降水量为W=1 383.6 mm。

根据隧道底部基岩的岩性不同，将隧道分成4部分，并按照不同部分的参数分别计算涌水量(表1)。

表1　隧道分段涌水量

因此，采用降水入渗法计算隧道涌水量为20 912 m3/d。

4.2地下水动力学法

该隧道边界条件为无界，地下水的水力类型为潜水，工程类型为非完整式的条件，按照柯斯嘉科夫公式进行计算涌水量。

Q=2αKBH1/(lnR-lnr)

式中：K为含水层渗透系数(m/d)；B为隧道通过含水层中的长度(m)；H1为静止水位至隧道底部之深度(m)；R为隧道涌水影响半径(m)；r为隧道宽度的一半(m)；α=1.57+H1/R。

根据隧道各段渗透系数、静止水位参数不同，将隧道分为4段(表2)。

表2　隧道分段涌水量

因此根据地下水动力学法，该隧道涌水量为63 569 m3/d。

4.3比拟法

新旗号岭隧道与既有线右线并行，相距既有线5～30 m，根据既有线在施工过程中的观测数据，利用比拟法进行新隧道的涌水量计算。

4.3.1火烧坝水文地质区(K332+300～K334+164)(既有里程)

该区岩溶洼地、落水洞发育，地下水补给条件较好，隧道通过地下水补给区，既有线施工开挖未出现大的集中出水点，既有线采用降水入渗透法计算该段涌水量。

Q=2.74·α·W·A

其中：据当地气象资料，多年平均降水量为W=1 383.6 mm；入渗系数取α=0.30；汇水面积A=8.4 km2。

该段雨季涌水量取17 625 m3/d。

比拟涌水量：二线在该水文地质区所对应的里程YDK332+300～YDK334+186同既有线相同，涌水量采用雨季涌水量取17 625 m3/d。

4.3.2旗号岭水文地质区(K334+164～K335+092)

根据施工期间揭示涌水情况：

(1)K334+164～+494段：地层岩性为白云岩、灰岩夹泥质白云岩，薄～中厚层状。由于该段围岩受构造影响，节理发育，岩体较破碎。旱季时隧道拱部局部渗滴水；雨季时地下水发育，隧道拱部及边墙渗滴水严重，大多呈线状水流，但无大的集中出水点，雨季观测Qmax=7 800 m3/d。

(2)K334+494～+779段：地下水发育，渗水严重，发育多个较明显集中股状出水点，该段观测Qmax=21 168 m3/d。

(3)K334+779～K335+092段：该段雨季时渗滴水严重，雨季观测Qmax=5 600 m3/d。

比拟涌水量：二线在YDK334+186～YDK335+115段水文地质区同该段相同，涌水量采用设计最大流量为7800+21168+5600=34568 m3/d。

(4)利用既有平导段(YDK335+115～YDK336+787):该段完全利用既有线平导，既有平导PDK1+035～+965段施工揭示为平导集中出水段，最大出水量为38 569 m3/d，据此YDK335+115～ YDK336+787段最大涌水量为38 569 m3/d。

根据上述三段涌水量比拟结果，新旗号岭隧道最大涌水量为17625+34568+38569≈9.1×104m3/d(表3)。

表3　隧道分段涌水量

4.4比较

根据以上三种方法的计算，降水入渗法和其他两种方法偏差较大，但仍有参考价值；地下水动力学法和比拟法两种结果相差不大。

5结论

(1)新旗号岭隧道岩溶水发育，主要和区域构造、岩性以及岩溶发育有关。一般在碳酸盐类岩层分布区受摺曲、断层破坏地段，地下水发育，补、径、排活动复杂。

(2)通过地下水动力学法和比拟法进行涌水量预测的结果比较，两者相差不大；并且既有线已经完成施工，其观测的结果具有一定的真实度。因此该隧道涌水量建议采用比拟法得出的预测值。

(3)YDK334+645～YDK336+787隧道位于水平循环带中，水量大，预计施工时会发生大型涌突水，施工时建议采取泄水洞排水。

(4)在设计阶段，应加强勘探和物探等测试，充分分析论证水文地质特征，尽量准确地预测地下水涌水量；在施工阶段，应加强超前地质预报预测，做好预防工作，尽量减少地下涌突水的危害。

参考文献

[1]TB10049-2014, J339-2015 铁路工程水文地质勘察规范[S].

[2]TB10027-2012, J1407-2012 铁路工程不良地质勘察规程[S].

[3]薛禹群.地下水动力学[M].地质出版社,1997:14-18，152-160.

[4]铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].修订版.中国铁道出版社，1999:191-198.

【文献标志码】B

【中图分类号】U452.1+1

[作者简介]朱鹏普 (1980～)，男，硕士研究生，工程师，从事工程地质勘察工作。

[定稿日期]2015-10-16