李東川，王屹林，謝冬月，張立明

1.吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所，吉林 長(zhǎng)春 130012；2.中化礦山地質(zhì)總局吉林地質(zhì)勘查院，吉林 長(zhǎng)春 130028；3.吉林省鉅鑫地質(zhì)礦產(chǎn)勘查有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130061；4.吉林省地礦勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130061

為支持振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略的實(shí)施，進(jìn)一步加快吉林省交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐，省交通廳規(guī)劃“十二五”期間實(shí)現(xiàn)高速公路網(wǎng)通車總里程力爭(zhēng)達(dá)到2 000 km。為此省東部山區(qū)高速公路中隧道建設(shè)越發(fā)顯得重要。隧道洞體地下水疏干和引排是隧道建設(shè)及后期運(yùn)營(yíng)的重點(diǎn)，洞體涌水量的大小則是地下水疏干和引排的指導(dǎo)依據(jù)。

隧道涌水量即隧道洞體單位時(shí)間內(nèi)從洞壁圍巖中流出的水量總和，一般以天計(jì)。在隧道洞室涌水量眾多估算方法中，一直采用單一的計(jì)算方法，缺泛對(duì)比分析其準(zhǔn)確性。通過(guò)工程實(shí)例，重點(diǎn)對(duì)泉水流量匯總法、地下水徑流模數(shù)法和水平廊道法進(jìn)行對(duì)比，探討三種方法的準(zhǔn)確性，為隧道降水設(shè)計(jì)時(shí)提供計(jì)算依據(jù)。

1 計(jì)算原理

1.1 泉水流量匯總法

泉水流量匯總法是把隧址區(qū)所在的不同區(qū)段的水文地質(zhì)單元所調(diào)查的泉、井流量累計(jì)相加而得的流量總和。

首先計(jì)算各區(qū)段的水文單元泉點(diǎn)的觀測(cè)泉流量，然后再把各區(qū)段的水文地質(zhì)單元流量累計(jì)相加而得。

1.2 地下水徑流模數(shù)法

地下水徑流模數(shù)也稱“地下徑流率”，是1 km2含水層分布面積上地下水的徑流量。表示一個(gè)地區(qū)以地下徑流形式存在的地下水量的大小。計(jì)算方法如下：

Q－基巖裂隙水天然補(bǔ)給量（m3/d）；

Fij－計(jì)算面積（km2）；

M－地下水徑流模數(shù)（m3/d.km2）；

L(Li)－隧道段（或分段）疏干影響寬度（m）；

B(Bj)－隧道段（或分段）長(zhǎng)度（m）；

Ao-雙洞隧道（或分段）中心間距（m）；

Ki－地層滲透系數(shù)（m/d）；

Xmax－多年平均最大降雨量（m/a換算成m/d）；

α－降水入滲系數(shù)；

Hi－計(jì)算隧道段軸線至底板的平均水位值（m）；

ho－計(jì)算隧道段軸線至底板的平均疏干水位值（m）；

Qc－實(shí)測(cè)溝谷枯水期徑流量（m3/d）；

Fc－徑流補(bǔ)給面積（km2）；

1.3 水平廊道法

采用狹長(zhǎng)水平廊道法對(duì)隧道正常涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，為施工排水提供一定參考。狹長(zhǎng)水平廊道法采用公式：

Q總=Qw+Qj［3］

Q總－隧道洞體總的涌水量（m3/d）；

Qw－地下水達(dá)到新平衡后排除大氣降水的穩(wěn)定流量（m3/d）；

Qj－洞室疏干量（m3/d）；

① 地下水達(dá)到新平衡后排除大氣降水的穩(wěn)定流量：

QⅠ、QⅡ－隧道半側(cè)穩(wěn)定涌水量（m3/d）；

(Bj)－隧道段（或分段）長(zhǎng)度（m）；

K－巖體滲透系數(shù)（m/d）；

Xmax－多年平均最大降雨量（m/a換算成m/d）；

Hi－計(jì)算隧道段兩側(cè)含水層厚度（m）；

ho－計(jì)算隧道段軸線至底板的平均疏干水位值（m）；

Li－隧道段（或分段）疏干兩側(cè)影響寬度（m）；

② 疏干量計(jì)算

Ao－雙洞隧道（或分段）中心間距（m）；

μd－含水層給水度，按巖裂隙發(fā)育程度取值0.25%；

t－設(shè)計(jì)疏干時(shí)間，按施工周期3年1 000日計(jì)。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

輝南至白山高速公路涼水2號(hào)隧道位于吉林省柳河縣涼水河子鎮(zhèn)平安堡村東南3.5 km處，隧道分左右兩幅，左右幅相距約20m，隧道長(zhǎng)1 165m。氣候?qū)俦睖貛Т箨懶约撅L(fēng)區(qū)，雨季集中在6～9月，占年降水量的61%，年平均降水量736.5mm，年平均蒸發(fā)量為1 276.1mm。地貌為低山地貌，相對(duì)高差115m，山體坡角10°～30°。

地下水類型為基巖裂隙水，水位高于洞室頂板埋深，呈網(wǎng)狀、似層狀的形式賦存于淺層混合花崗巖、混合片麻巖風(fēng)化層和構(gòu)造破碎帶中，局部具微承壓性質(zhì)。水位埋藏淺，水量、水位受季節(jié)控制。中風(fēng)化巖層具有相對(duì)隔水作用。

2.2 洞室涌水量計(jì)算

隧址區(qū)地下水賦存情況見(jiàn)表1。

對(duì)隧址區(qū)洞口和洞身段進(jìn)行3段壓水試驗(yàn)，并計(jì)算出圍巖透水率、裂隙系數(shù)、滲透系數(shù)，具體情況見(jiàn)表2。

表1 地下水水位情況一覽表Table 1 Groundwater level list

表2 洞身段圍巖壓水試驗(yàn)一覽表Table 2 Water pressure test list of the tunnel surrounding rock

2.2.1 泉水流量匯總法

本次計(jì)算共選用6個(gè)泉點(diǎn)，各泉點(diǎn)流量如表3。

表3 泉點(diǎn)流量一覽表Table 3 Spring fl ow list

表4 地下水徑流模數(shù)法參數(shù)選用及計(jì)算成果一覽表Table 4 Parameters selection and calculation results list of groundwater runoffmodulusmethod

表5 水平廊道法參數(shù)選用及計(jì)算成果一覽表Table 5 Parameters selection and calculation results list of horizontal corridormethod

計(jì)算結(jié)果為地下水每天平均天然排泄量為 85.0m3/d。

2.2.2 地下水徑流模數(shù)法

采用上述原理和公式計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

2.2.3 水平廊道法

地下水達(dá)到新平衡后排除大氣降水的穩(wěn)定流量，參數(shù)選用及計(jì)算成果見(jiàn)表5。

疏干量計(jì)算參數(shù)選用及計(jì)算見(jiàn)表6。

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

①泉水流量匯總法計(jì)算結(jié)果為85.0m3/d；②地下水徑流模數(shù)法計(jì)算結(jié)果286.0m3/d；③水平廊道法計(jì)算結(jié)果285.1m3/d。

①與②計(jì)算結(jié)果相差-201m3/d；①與③計(jì)算結(jié)果相差-200.1m3/d；②與③計(jì)算結(jié)果相差0.9m3/d。

造成泉水流量匯總法計(jì)算結(jié)果與其他兩種方法計(jì)算結(jié)查相差甚大，主要原因是地下水在基巖徑流中，有一部分以泉的方式排匯補(bǔ)給地表水，一部分以地下徑流方式向鄰區(qū)補(bǔ)給排匯，還有一部分向區(qū)內(nèi)低洼地段徑流補(bǔ)給第四紀(jì)潛水。綜上所述用泉水匯總法估算隧道洞室涌水量結(jié)果偏小，不具有可靠性，可做為參考比較使用。

地下徑流模數(shù)法與水平廊道法計(jì)算結(jié)果十分接近，二者所選用的水文地質(zhì)參數(shù)基本一致，均為區(qū)域性水文地質(zhì)參數(shù)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的水文地質(zhì)參數(shù)，具有相對(duì)真實(shí)性和可靠性，適宜做為隧道洞室涌水量估算的計(jì)算方法和依據(jù)。

表6 疏干量計(jì)算參數(shù)選用及計(jì)算成果表Table 6 Calculated parameters selection and calculation results of drainage weight

3 結(jié)論

三種方法計(jì)算隧道洞室涌水量，泉水流量匯總法計(jì)算結(jié)果與隧道洞室實(shí)際涌水量相差較大，且偏于冒進(jìn)，不建議采用。

采用地下徑流模數(shù)法和水平廊道法計(jì)算洞室涌水量在東部山區(qū)與本工程相似的地質(zhì)條、水文地質(zhì)件下具有相對(duì)的可靠性和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

對(duì)于水平廊道法中的基巖疏干量計(jì)算時(shí)含水層給水度 ，應(yīng)根據(jù)基巖裂隙發(fā)育程度酌情取值，否則會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，與實(shí)際情況有所偏差。

[1] 沈英婷，曾亞武，杜 欣，等.山區(qū)隧道建設(shè)對(duì)附近泉水涌水量影響研究[J].中國(guó)水運(yùn).2008.(9).

[2] 呂康成.崔球凌,等.隧道防排水工程指南[M]. 人民交通出版社,2005.

[3] TB10003-2005,鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 劉澤強(qiáng).水文地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:地質(zhì)出版社，2010：623.