引汉济渭二期工程11#勘探试验洞涌水情况分析

蒋 锐，杨 耿，焦振华

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

0 引言

地下工程涌水量的预测较为复杂，采用的主要方法有水均衡法、地下水动力学法、比拟法、模糊评分法、数值模拟法等。隧洞涌水量受很多非确定性因素的影响，前期勘察阶段取得的参数有限，多采用把复杂的隧洞地质条件进行概化进行预测，其预测结果势必与实际情况有出入。本文拟通过对比引汉济渭二期工程勘探试验洞预测结果与施工期实际涌水情况。

1 工程概况

引汉济渭二期工程是陕西省引汉济渭工程的重要组成部分，工程从关中配水节点黄池沟起，布置南、北两条输水干线工程向各受水对象输水。输水干线西到杨凌，东到华州区，北到富平，南到鄠邑，直接供水对象为关中地区渭河两岸的西安市、咸阳市、渭南市、杨凌区4个重点城市和所辖的11个县级城市和1个工业园区（渭北工业园高陵、临潼、阎良3个组团）以及西咸新区5个新城。

11#勘探试验洞位于南干线黄池沟至西安子午水厂段，勘探洞洞径6.80 m×6.00 m，呈城门洞型，末端相交于主干线左侧桩号3+200 m处，与主洞夹角为90°，全长715 m。

2 隧洞基本地质条件

根据施工揭示，11#勘探试验洞桩号K0+000～K0+068段为第四系上更新统风洪积黄土状土；K0+068～K0+715段为前震旦系宽坪群（Pt1k）黑云母石英片岩。桩号K0+068～K0+100 m为秦岭北缘断裂影响带，桩号K0+100～K0+216 m为强风化带，K0+216～K0+560 m为弱风化带，K0+560～K0+715 m段为微风化带。

弱风化带岩石的饱和抗压强度Rb=22.5 MPa，属较软岩；微风化带岩石的饱和抗压强度Rb=34.9 MPa；属中硬岩。

隧洞岩层走向265°～315°，倾向SE，倾角15°～27°，岩层走向与秦岭北缘断裂带走向呈15°～20°的夹角，基本平行，岩层倾角缓于秦岭北缘断裂带的倾角。开挖揭示隧洞结构面发育，共出露断层7条，节理裂隙五组。

施工开挖阶段确定的隧洞洞室围岩划分如表1。

表1 隧洞围岩类别

3 隧洞施工期涌水特征

3.1 地下水类型及水化学特征

根据施工揭示，隧洞内地下水类型根据赋存条件可划分为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水两种类型。

第四系孔隙水主要储存于第四系上更新统风洪积黄土状土中，主要接受山区基岩裂隙水、大气降水补给；基岩裂隙水分布于黑云母石英片岩裂隙及构造破碎带中，接受冲沟地表水、大气降水的补给。

根据施工期间洞内地下水室内水质简分析试验成果，沿线地下水化学类型为 HCO3--SO42--Ca2+-Mg2+、OH--SO42--Ca2+-K++Na+，根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）,地下水对砼及钢筋混凝土结构中的钢结构均无腐蚀性。

3.2 隧洞涌水出露特征及涌水量

根据开挖揭示，洞室段位于地下水位以下。黄土状土洞段，地下水多以渗水、滴水为主，典型涌水情况见图1。

图1 黄土状土洞段涌水

基岩洞段地下水多沿裂隙面、断层面渗出，出露形式以点滴状、线流状为主，局部断层带呈喷射状态，典型涌水情况见图2。

图2 基岩洞段涌水

在隧洞开挖桩号K0+420～K0+450处，施工揭露一断层（f6），其产状255°∠35°，断层破碎带0.3 m～0.4 m，影响带1 m～2 m，该处出现较大的突然涌水，涌水呈现喷射状，见图3，根据实测结果，该点最大涌水量达1670 m3/d，给隧洞的开挖及其初期支护造成极大的困难。

图3 断层f6涌水

根据现场实测流量，绘制涌水量观测曲线如图1，图中横轴为时间，纵轴为涌水量。由图4可知：勘探试验洞正常涌水量为217.3 m3/d～273.6 m3/d，最大涌水量为1944 m3/d。

图4 隧洞涌水量观测曲线

4 勘察阶段涌水问题预测

4.1 定性评价结论

隧洞地下水位大部分位于设计洞顶以上，隧洞围岩富水性整体为贫水～弱富水区，在穿越断层带或宽大裂隙时可能产生涌水现象，具有产生中等涌水的可能，对工程施工及安全有影响。

4.2 涌水量估算成果

隧洞水文地质条件复杂，特别是对于各向异性的基岩裂隙水，当前没有很好的方法计算隧洞涌水量，较为合理的数值模拟法、渗透张量法所需参数较多，边界条件难以在勘察阶段确定。

经综合分析，勘察阶段隧洞正常涌水量分别采用水均衡法中的降水入渗、地下水动力学法中的裘布依理论公式两种方法进行估算，并取两种方法的平均值作为隧洞正常涌水量推荐值；最大涌水量采用古德曼经验公式法进行预测。

降水入渗法公式及取值如下[1]：

式中：α为大气降水入渗系数，取0.19；W为隧洞区年最大降水量，取1087.5mm；Bi为隧洞两侧影响宽度，取0.8km；Li为隧洞通过含水体地段的长度，取0.65km；Ai为隧洞通过含水体地段的汇水面积，km2。

裘布依理论公式及取值如下[1]：

式中：K为渗透系数，采用钻孔压水试验成果的大值平均值K=0.066 m/d；H为洞底以上含水体厚度，取60 m；h为洞内排水沟水深，取0.5 m；Ry为隧道涌水地段的引用补给半径，采用经验公式Ry=215.5+510.5K[2]计算(m)；L为隧道通过含水体长度，取650 m；r为洞身横断面等价圆半径，取4.0 m。

经计算，降水入渗法隧洞正常涌水量为294.7 m3/d；裘布依理论公式法隧洞正常涌水量为629.8 m3/d；推荐的隧洞正常涌水量为462.3 m3/d。

古德曼经验公式法公式及取值如下[1]：

式中：K为渗透系数，采用钻孔压水试验成果的大值平均值K=0.066 m/d；H为静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离，取56 m；d为洞身横断面等价圆直径，取8.0 m；L为隧道通过含水体长度，取650 m。

经计算，隧洞最大涌水量为4530 m3/d。

5 涌水预测与施工开挖对比

将勘察阶段涌水预测成果与施工开挖揭示成果进行对比，有如下结论：

1）勘察阶段的定性评价结论与开挖揭示实际情况基本吻合。

2）勘察阶段正常涌水量的估算与开挖揭示对比，降水入渗法估算的正常涌水量（294.7 m3/d）与施工开挖正常涌水量（273.6 m3/d）基本相当。

3）裘布依理论公式法估算的涌水量远大于隧洞实际正常涌水量，是施工开挖正常涌水量的2.1倍。

4）古德曼经验公式法估算的最大涌水量远大于施工开挖最大涌水量，是开挖最大涌水量的2.3倍。

6 结语

（1）本工程隧洞实际正常涌水量更接近于降水入渗法估算量，裘布依理论公式法估算量与实际差别较大，该经验可供同类型隧洞涌水预测参考。

（2）虽然本工程实际最大涌水量与古德曼经验公式法预测的最大涌水量相差较大，但其数值未突破预测值，说明采用古德曼经验公式法估算隧洞最大涌水量是合适的，只是预测成果偏安全。

（3）裘布依理论公式、古德曼经验公式法预测值与实际值相差较大，这可能与两个公式中含水层厚度不易确定，取值时往往偏大有关。

（4）隧洞涌水问题较为复杂，单纯靠计算不能准确预测实际涌水情况，更多的是依靠宏观定性评价。勘察评价隧洞涌水问题时，应避免“重数值计算、轻定性评价”。