郑州市红专路下穿中州大道隧道基坑涌水量预测

马 记，田洪义，舒 彬

（1.陕西铁路工程职业技术学院 渭南市 714000；2.中铁隧道勘测设计研究院有限公司 洛阳市 471009）

郑州市红专路下穿中州大道隧道基坑涌水量预测

马 记1，田洪义2，舒 彬1

（1.陕西铁路工程职业技术学院 渭南市 714000；2.中铁隧道勘测设计研究院有限公司 洛阳市 471009）

准确预测隧道涌水量一直是国内外隧道建设的难点，目前尚无成熟的方法。根据地下水类型及地层性质，再参考隧道区区域地质构造和水文地质条件进行粗略估算，并采用了两种方法对隧道涌水量进行计算，一种是参考《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）采用条形基坑涌水量公式进行计算，一种则是根据《水文地质手册》（地质出版社1978）第679页达尔西公式计算。经过工程实践表明，隧道涌水量基本上与计算涌水量吻合，计算准确、合理，具有一定的借鉴价值。

水文地质；隧道基坑；涌水量；预测

1　工程概况

本隧道工程位于郑州市中心城区东北部，东西向城市次干道红专路与中州大道交叉口，西接红专路姚寨路交叉口，东接龙湖商务外环（图1）。中州大道以西为现状红专路，中州大道以东为城市绿地，无现状路，见图1。工程全长801.263m，K0+230～K0+567为暗埋段，其余均为敞口段；其中K0+328～K0+433为下穿中州大道段，拟采用顶管法施工，长度105m，顶埋深最大4.28m，基底埋深最大约11.50m。

2　工程地质及水文地质

2.1工程地质概况

工程场址位于郑州市东北区域，大地构造位置属华北断块区南部，豫皖断块的开封凹陷的西边缘，区域地质构造较复杂，对场址有影响的北北东向区域断裂构造带主要有三条：即太行山前断裂带，聊城-兰考断裂带和汾渭断陷盆地构造带，强地震大部分发生在这三个构造带上，北西向的区域活动断裂主要有两条：即新乡-商丘断裂和封门口-五指岭断裂带，这两条断裂带发生过中等强度地震。它们对本区发生不同强度地震起严格的控制作用，总而言之，本区北纬35°以北主要受北北东向断裂构造控制，而35°以南（场区位于35°以南）主要受近东西向的秦岭纬向构造所支配。

根据野外钻探编录资料及原位测试资料，结合室内土工试验成果，本场地勘探深度范围内地基土属第四系（Q）沉积地层，按其成因类型、岩性和工程性能共划分为4个大层，10个工程地质亚层。主要为人工填土、第四系全新统（Q4）粉土、粉质粘土、粉砂及细砂。

2.2水文地质条件

郑州市红专路下穿中州大道隧道工程距离较近的主要地表水体为东风渠和金水河。

本隧道位于东风渠以南约1.4km处，因东风渠经过防渗衬砌处理，渗流量很小，且距离较远，故可不考虑其对该工程的影响。

金水河位于本工程场地东侧，本隧道项目终点即位于金水河西岸处，其中隧道K0+328～K0+433顶管段（长105m）距金水河最近约300m，该段设计基底埋深最大约11.5m，金水河水体的水文条件变化可能会对该段产生一定影响，设计施工时应予以考虑。

在本次勘探深度范围内地下水类型为第四系潜水。现场钻孔实测拟建场地地下水位为7.70～8.50m。地下水主要由大气降雨及金水河河水补给。本场地含水层岩性主要以粉、细砂为主。依据《郑州市浅层水文地质图1∶50000》（1990年版），工程场区水文地质分区属富水区。

3　水文地质参数选择

3.1抽水试验

本次详细勘察根据详细勘察要求布置1个钻孔进行稳定流水文地质抽水试验，编号为HZZKW48。抽水试验孔是在勘察钻孔部分完成后，根据地层情况进行确定，选择有代表性的地方进行抽水试验，本次抽水试验采用1个抽水孔带2个观测孔的试验方法进行，共进行3次降深试验。

本次试验在成孔过程中对地下水位进行了分层量测，根据HZZK-48孔揭露的地层情况，首先对埋深18.7m以上粉土及粉质粘土层中的地下水进行了量测，然后用套管封闭后继续施钻，对其下砂层中的地下水水位进行了量测，水位均在7.1m左右，故可不考虑工程影响范围内地下水的承压性。

渗透系数（k）值的计算，本次勘察采用多孔抽水试验，根据地下水的类型、抽水试验的类型选用潜水稳定流完整孔多孔抽水试验渗透系数计算公式。

潜水稳定流完整孔多孔抽水试验渗透系数计算公式：

式中：Q—抽水稳定流量（m3/d）；

H—含水层厚度（m）；

r1、r2—观测井1、观测井2距主井的距离（m）；

s、s1、s2—主井、观测井1、观测井2的降深（m）。

k=（12.9+9.2+11.7）/3=11.26

R=（52.1+68.2+115.7）/3=78.67

表1　钻孔抽水稳定流试验计算表

3.2含水层参数选用

含水层渗透系数（k）值的大小，取决土的成因、颗粒大小、颗粒级配及土的密实度等，其中粘粒含量大小对砂层渗透系数的影响较大。对渗透系数（k）的采用，是根据抽水试验成果，并参照郑州地区经验进行了综合确定。本工程各岩土分层的渗透系数建议值见表2。

表2　渗透系数建议值

4　预测涌水量计算公式

（1）基坑涌水量计算公式

结构范围内地下水的主要类型为潜水，因此计算时采用潜水计算公式。根据《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）及相关规范规定，本次模拟预测涌水量采用条形基坑涌水量公式计算：

式中：Q—基坑涌水量（m3/d）；

L—基坑长度（m）；

B—基坑宽度（m）；

Q—基坑出水量（m3/d）；

k—渗透系数（m/d）；

H—静止水位至含水层底板的距离（m）；

R—影响半径（m）；

S—设计水位降深，设为底板标高下1.0m。

（2）顶管施工段（掌子面）涌水量计算公式

为便于施工组织设计，拟采用顶管法施工的隧道段涌水量可按断面法计算，其计算模型根据《水文地质手册》（地质出版社1978）第679页达尔西公式计算，计算公式如下：

式中：Q—隧道开挖面地下水涌水量；

K—掌子面岩土层的渗透系数；

I—水力梯度，由于隧道“含水层中掘进”，水力梯度为临界水力梯度，I≈1；

ω—过水断面面积。顶管大管节断面面积为73.23m2，小管节断面面积为40.5m2，结合隧道埋深、水位深度情况，对应大、小管节的平均过水断面面积分别为26.26 m2和8.25 m2。

5　涌水量计算

拟建红专路下穿隧道顶管段长度105m，始发井宽度为45.1m，隧道结构底板深度10.09m，工作井最大深度约13.35m。敞口段位于地下水位以上未计算涌水量。本车站基坑底以上图层由上而下为：杂填土（1）、粉土（2-1）、粉质粘土（2-2）、粉土（3-1）。

对于本隧道，基坑涌水主要考虑基础所在的（2-1）粉土层，隧道结构底板最大埋深10.09m，工作井埋深13.35m，工作井底部穿越部分（3-1）地层。考虑结构范围内土层分布的不同情况，根据水文地质特征及渗透系数建议值表，渗透系数数值均按k=0.7m/d考虑，分别计算涌水量（自然状态下）见表3、表4。

表3　基坑涌水量计算

表4　顶管施工段（掌子面）涌水量计算表

6　结束语

根据施工单位现场反馈，隧道涌水量基本上与计算涌水量没太大出入，证明了计算的正确和合理性。而勘察阶段的红砖路隧道基坑涌水量计算也有效地指导了现场施工的进行，使施工单位有效地根据勘察结论，合理地进行资源配置和有效施工组织，并防止了隧道涌水等地质灾害的发生。

［1］ 兰治林，刘纲.成都国际会展中心输气管线府河穿越隧道涌水量预测［J］.四川地质学报，2004（2）.

［2］ 熊道琨，熊倩偲.隧道涌水量的类型划分及预测方法［J］.四川地质学报，2014（4）.

［3］ 马记.某地铁线路异常区域地层涌水处理方案［J］.低温建筑技术，2012（9）.

Forecast of Wate Inflow of Foundation Pit of Tunnel Passing Through Zhongzhou Street in Hongzhuan Road of Zhengzhou

MA Ji1，TIAN Hong-yi2，SHU Bin1

（1.Shaanxi Railway Institute，Weinan 714000，China；2.Survey，Design and Research Institute of China Railway Tunnel Group，Luoyang 471009，China）

Correct forecast of water inflow of tunnel is always the difficulty of construction of tunnels at home and abroad，which has no mature method at present.According to the groundwater type and stratum nature as well as rough estimation of regional tectonics and hydrogeological condition of tunnel，the calculation of water inflow of tunnel is performed by adopting two kinds of methods.One is that adopting the formula for water inflow of striptype foundation pit to perform the calculation based on Code for Investigation of Geotechnical Engineering of Urban Mass Transit（GB50307-2012），and the other is that adopting Darcy formula to perform the calculation based on Manual of Hydrological Geology on the page 679（Geological Publishing House in 1978）.The engineering practice shows that the water inflow of tunnel has no obvious discrepancy from the calculated water inflow basically；therefore，correct and reasonable calculation has certain reference value.

Hydrological geology；Foundation pit of tunnel；Water inflow；Forecast

U453.6+1

B

1673-6052（2016）09-0062-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.09.016