王先義，吳 強，王元元

（重慶交通大學(xué)研究生部，重慶 400074）

0 引言

隧道的修建會打破隧道所經(jīng)區(qū)域原有的水平衡，嚴重的將給上部區(qū)域的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活造成嚴重影響。目前對于隧道涌水量的預(yù)測，大多依賴于經(jīng)驗預(yù)測。本文結(jié)合重慶市軌道交通一號線中梁山隧道，將采用多種確定性模型方法，在中梁山隧道工程地質(zhì)詳細勘察報告基礎(chǔ)上，對涌水量進行了較為準確的定量計算和預(yù)測，結(jié)合具體工況的基礎(chǔ)上，為施工提出防治涌水的相應(yīng)措施。

1 隧道涌水量預(yù)測方法

1.1 比擬法

1.1.1 比擬法是根據(jù)已建與新建隧道的水文地質(zhì)相似性，對涌水的預(yù)測，計算公式如下［1］：

式中：Q——擬建隧道的涌水量，m3/d；

Q0——導(dǎo)坑或已建隧道的涌水量，m3/d；

F——擬建隧道過水面積，m2；

F0——導(dǎo)坑或已建隧道的過水面積，m2；

S——擬建隧道正洞地下水位下降值，m；

S0——導(dǎo)坑或已建隧道正洞地下水位下降值，m；

B——擬建隧道的洞身斷面周長，m；

B0——導(dǎo)坑或已建隧道的洞身斷面周長，m；

L——擬建隧道通過含水體的寬度，m；

L0——導(dǎo)坑或已建隧道通過含水體的寬度，m。

據(jù)比擬法預(yù)測，隧道施工期最大涌水量10450.1 m3/d，雨洪期最大涌水取2倍，即20900.2（m3/d）。

1.2 徑流模數(shù)法

徑流模數(shù)法是把山區(qū)河流的枯水期流量當做地下水的補給量，隧道預(yù)測涌水量計算可用下式［1］：

式中：Q——為地下水徑流量，m3/d；

M——地下徑流模數(shù)；

F——含水層出露面積，km2；

L——擬建隧道距分水嶺的距離（km），擬建隧道距南側(cè)分水嶺13km；

B——擬建隧道出露寬度，km。

利用徑流模數(shù)法計算涌水量，結(jié)果如表1所示。

表1 徑流模數(shù)法、大氣降水入滲法、解析法涌水計算

1.3 大氣降水入滲法

適用于埋藏深度較淺的越嶺隧道，也適用于巖溶區(qū)［2］，計算式為：

式中：Q——大氣降水滲入法計算的隧道涌水量，m3/d；

α——入滲系數(shù)；

W——年平均降雨量，mm，擬建隧道年平均降水量為1 222mm；

A——集水面積，km2；

L——擬建隧道距分水嶺的距離，擬建隧道距南側(cè)分水嶺13km；

B——擬建隧道出露寬度，km。

大氣降水入滲法計算涌水量如表1。

1.4 解析法

解析法是以地下水動力學(xué)原理為基礎(chǔ)，用數(shù)學(xué)的解析的方法對給定邊界條件和初值條件下的地下水運動運動解析關(guān)系式，進而預(yù)測隧道涌水。解析法預(yù)測隧道涌水，包括穩(wěn)定和非穩(wěn)定流理論，分別以裘布衣和泰斯公式為代表。在他們的基礎(chǔ)上，人們根據(jù)實踐經(jīng)驗提出了很多預(yù)測用水量的經(jīng)驗公式，較為常見的有：前蘇聯(lián)的柯斯嘉科夫公式、吉爾斯基公式、日本的佐藤邦明公式和落合敏郎公式等。

對于基巖山地越嶺隧道，含水體為無界潛水，含水體為無線寬度，涌水量采用柯斯嘉科夫法［3］為：

涌水影響半徑采用庫金公式：

式中：Q——隧道涌水量，m3/d；

K——含水層滲透系數(shù)；

R——隧道寬度的一半，m；

B——隧道通過含水層長度，m；

H——靜止水位至隧道底的厚度，m；

h——水位下降曲線在隧道邊墻上的高度（m），S＝H－h(huán)，當H足夠大、h值較小時，取S＝H；

R——隧道涌水影響半徑，m；

α——修正系數(shù)，α＝π/2＋H/R。

解析法隧道涌水量計算見表1，其中r=5.72m。

2 隧道涌水預(yù)測與實際驗證

2.1 隧道涌水預(yù)測與實測涌水情況對比

2.1.1 通過對中梁山地鐵隧道涌水量的實測，比擬法和地下徑流模數(shù)法計算的涌水量與實際較接近。而大氣降水入滲法以及解析法計算結(jié)果與實測涌水量偏差較大。

2.1.2 隧道開挖至K26+522和K26+502，經(jīng)鉆孔，出現(xiàn)了大量涌水，最大涌水量分別為10 000m3/d和10 560m3/d，水壓最大達到了2.1MPa。隧道施工至K26+546時，歌樂山鎮(zhèn)金剛村余家灣水庫提灌站室內(nèi)發(fā)生面積約3m2的地面塌陷，疑似與隧道涌水有關(guān)。經(jīng)隧道涌水量實測，其值遠小于預(yù)測值［4］，排除了隧道涌水的影響。

2.2 涌水處理方法和效果

對上述隧道涌水情況，現(xiàn)場對K26+522～K26+497和K26+502～K26+474段注漿堵水修護，使受損巖體得到很好修護。經(jīng)注漿堵水后，檢查孔內(nèi)水流量均小于0.2L/min·m，注漿修護效果好。對于地面塌陷，也及時用混凝土進行了封堵，并及時跟蹤監(jiān)測分析，塌陷情況得到了很好的控制。

3 結(jié)論

3.1 隧道涌水量的預(yù)測，單一的預(yù)測方法顯然是不夠的，應(yīng)采用多種預(yù)測方法相互印證，本例中比擬法和地下徑流模數(shù)法預(yù)測結(jié)果相近，并接近實測涌水量。其一是作為本中梁山地鐵隧道與比擬的幾條隧道水文地質(zhì)條件基本相同。其二是地下徑流模數(shù)法計算式簡明，計算所選參數(shù)較準確。

3.2 大氣降水入滲法和解析法預(yù)測值與實測涌水量相差較大。大氣降水入滲法和解析法做為確定性隧道涌水量計算模型，公式本身是經(jīng)過相關(guān)試驗并在一定工程經(jīng)驗基礎(chǔ)上提出的，他們的準確性是不容懷疑的。造成與隧道實測值相差較大的原因，一是隧道實際受到應(yīng)力場、滲流場、溫度、時間及空間場等相互影響，給參數(shù)的確定造成了誤差；二是公式所用參數(shù)較多，誤差傳遞值就會增大。

3.3 對隧道涌水量的預(yù)測工作，應(yīng)該在熟悉勘察資料基礎(chǔ)上，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報，由豐富經(jīng)驗的人擔任，才能較準確的預(yù)測隧道涌水情況，更可以對隧道突發(fā)涌水采取積極有效的應(yīng)對措施。

［1］朱大力，李秋風(fēng).預(yù)測隧道涌水量的方法［J］.工程勘察，2000，（4）：18-23.

［2］方振華，王鷹，馮濤.貴廣高速鐵坪山隧道涌水預(yù)測及涌水防治［J］.路基工程，2010，（1）：197-199.

［3］鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)實例［M］.北京：中國鐵道出版社，2002.

［4］付開隆.渝遂高速公路中梁山隧道巖溶預(yù)測塌陷及涌水量分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2005，（2）：107-110.