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[摘要]岩溶区隧道的涌水预测是长期以来困扰生产实践的难题，其原因主要有：岩溶地下水赋存极不均一，很难确定隧道内确切的涌水部位及水量大小；勘察精度不够，无动态观测资料及试验资料较少，不能正确描述地质条件及水动力场特征；难以确定合理的计算方法和各类参数。
本次隧道涌水预测是根据隧址区岩溶发育特征、地下岩溶管道系统的分布、地下水补径排特点及各含水岩组富水性等特征，通过采用地下径流模数法和大气降水入渗法、结合地区经验，估算隧道涌水量。
[关键词]隧道 涌水 测量
[中图分类号] P641.4+1 [文献码] B [文章编号]1000-405X（2014）-11-218-2
1概况
隧道长2000m左右、最大埋深近200m。中山、溶蚀峰丛洼地地貌区，亚热带湿润季风气候，隧址区内无水库、堰塘。可溶性碳酸盐岩分布广泛，地表溶沟、溶槽、石牙、溶孔、溶穴、溶管、峰丛、洼地、溶丘及溶蚀沟谷等发育，地下岩溶形态则有落水洞、地下河、溶洞等。突水、突泥对隧道工程建设影响甚大。
隧址区位于向斜东翼，向斜轴近乎南北向，两翼岩层倾角约40°左右，近乎对称。轴部地层为三叠系巴东组及白垩系组成，白垩系不整合覆盖于巴东组之上。隧址区内无断裂。区内裂隙发育，一般为张性裂隙，张开宽1～35cm不等，面裂隙率在1.5～3条/m2之间；裂隙发育走向在N45°～65°W、N50°～60°E、N75°～80°E。
2水文地质条件
2.1隧址区岩溶发育规律
溶沟、溶槽、石牙、溶孔、溶穴、溶管在地表随处可见，落水洞口多呈圆形或椭圆形，直径在1～5m之间，普遍发育深度5～15m，少数深不见底，底部多充填黏土夹碎石，以缝状为主，竖井状较少。漏斗多见于斜坡地带或洼地周边缓坡地带，受地形影响多呈斜歪状和碟状，主要受层面、地形和裂隙控制发育而成，深度多为1～3m。隧址区岩溶发育具有以下规律和特征：①岩溶发育的呈层性，岩溶的发育与地壳的上升、停顿和岩溶水的变迁密切相关，故不同岩溶期发育着不同的岩溶形态，从而形成了区域上岩溶发育的呈层性特点；②岩溶发育深度与侵蚀基准面的一致性，河流和泉是调查区当地侵蚀基准面，各水平岩溶出口标高基本与最低侵蚀基准面一致；③岩溶发育方向具有与岩层走向一致性的特点，区内岩层走向N4°～9°W，倾向西，主要发育一组东西走向裂隙，地表落水洞多呈串珠状沿岩层走向分布，区内最大溶槽走向南北。因此，区内岩溶总体具顺岩层走向发育特征；④与地下水运动条件关系密切，区内含水地层与相对隔水层组成了区内四个相对独立的含水单元，这些隔水层顶底板附近，地下水活动相对强烈，因此，岩溶发育也相对强烈；⑤可溶岩成分影响岩溶发育的程度，隧址区灰岩地层中矿物成分富含CaCO3、MgCO3和硫化物，有利于岩体溶蚀分解，岩溶化程度相对较高。
2.2地下水补给、径流和排泄特征
隧址区岩溶水的补给以大气降水为主，局部地段有地表水与地下水相互转化；隧址区岩溶水的径流主要在暗河管道中赋存与径流， 地下径流模数高达15～30 L/s·km2；其次是赋存于溶蚀裂隙中，受裂隙发育的方向控制，地下水呈带状或网状径流，径流模数在8.5～15 L/s·km2之间， 流量1～22L/s；区内地下水排泄方式可分为跌水式、溢出式和阻水式排泄等三类。
2.3岩溶水的动态变化特征
区内岩溶水的流量、水位动态变化明显受控于大气降水。隧址区所在水文地质单元相对狭隘，地表排泄条件较好，补给面积较小，地下水径流途径较短，地下岩溶管道发育规模较小。因此，岩溶水流量动态变化大。
3水文地质试验
为查明隧道围岩的透水性，评价岩体的渗透特征、为设计防渗措施提供参数，在隧道洞身处钻孔中分别进行了注水、压水和抽水试验，在SZK2、SZK3和SZK4孔中地下水静止水位标高分别为762.97m、733.62m和660.46m。由压水试验、提水试验和注水试验成果表明，在岩层接触带或裂隙、岩溶较发育的段落，地层渗透系数K=0.010～0.111m/d ，在裂隙不发育的段落K=0.0030～0.0045m/d。
4隧道涌水量分析、估算和预测
4.1涌水量预测分段
根据隧址区岩溶发育特征、地下管道的分布位置、地下水补径排特点、各含水岩组富水性及动态特征等，将隧道区分为五段预测涌水量。
4.2涌水预测方法的选择
本次采用地下径流模数法和大气降水入渗法计算地下水径流量。
（1）地下径流模数法
Q=86.4·M·F，式中：Q——地下水天然资源量（m3/d）； M——径流模量（L/s·km2）； F——计算块段面积（km2）。
（2）大气降水渗入量法
Q补=2.74α.A.F，式中：Q补——渗入补给量（m3/d）； α——渗入系数；A——多年平均降雨量（mm）取1383.6mm；F——计算块段面积（km2）
4.3计算参数的确定
（1）径流模数
碎屑岩（S2lr）地层径流模数（M）取2.25 L/ s·km2；
灰岩地层径流模数（M）取19～23.0L/ s·km2。
（2）渗入系数
碎屑岩（S2lr）地层入渗系数取0.05；
灰岩地层入渗系数取0.6～0.7。
4.4估算隧道涌水量
按前述公式计算，其结果分别见表1、2。
4.5预测隧道涌水量
根据计算结果，隧址区天然补给量约13313m3/d左右，据溪沟、暗河、泉点等排泄点调查统计，隧址区天然排泄量约10450m3/d左右。隧道开挖降雨入渗补给外，还接受部分岩溶管道、洞穴储水构造地下水补给，其补给量稍大，两者存在一定差异，但处于一个合理范围，因此，计算结果符合实际水文情况，计算方法可行，达到了预测涌水量的比较合理的目标，计算结果是比较可靠的，隧道涌水量取值见表2。
根据测区的岩溶发育特征和水文地质条件可知，隧道与测区的二条暗河关系密切，如果隧道开掘使地下暗河补给源被隧道袭夺涌入隧道，根据调查期间所测暗河流量计算，其排泄量分布为10450m3/d和14870m3/d，与入渗系数法计算的年平均值基本相当。表中预测涌水量未考虑岩溶地下水的静储存量，只能视为隧道建好后的最大排泄量。
通过地质调查、钻探和水文地质试验，查明隧址区岩溶、裂隙发育极不均匀，试验获得的渗透系数变化较大。设计和施工中，应根据类似场地的工程经验、适当放大。根据地区经验涌水量预测最终取值建议为：隧道在平水期时以2.0×104m3/d考虑，丰水期时以3.2×104m3/d预防。
5结论
通过调查隧址区的地层分布、构造发育规律和岩溶发育特征，查明了地下水补、径、排条件及各含水岩组富水性等特征。隧址区岩溶、裂隙发育极不均匀，在岩层接触带或裂隙、岩溶较发育地段地层渗透性相对较好。采用地下径流模数法和大气降水入渗法估算地下水径流量，较为合理地预测了隧道涌水量，实测涌水量与预测涌水量基本一致，为工程设计提供了可靠依据。
本次隧道涌水预测是根据隧址区岩溶发育特征、地下岩溶管道系统的分布、地下水补径排特点及各含水岩组富水性等特征，通过采用地下径流模数法和大气降水入渗法、结合地区经验，估算隧道涌水量。
[关键词]隧道 涌水 测量
[中图分类号] P641.4+1 [文献码] B [文章编号]1000-405X（2014）-11-218-2
1概况
隧道长2000m左右、最大埋深近200m。中山、溶蚀峰丛洼地地貌区，亚热带湿润季风气候，隧址区内无水库、堰塘。可溶性碳酸盐岩分布广泛，地表溶沟、溶槽、石牙、溶孔、溶穴、溶管、峰丛、洼地、溶丘及溶蚀沟谷等发育，地下岩溶形态则有落水洞、地下河、溶洞等。突水、突泥对隧道工程建设影响甚大。
隧址区位于向斜东翼，向斜轴近乎南北向，两翼岩层倾角约40°左右，近乎对称。轴部地层为三叠系巴东组及白垩系组成，白垩系不整合覆盖于巴东组之上。隧址区内无断裂。区内裂隙发育，一般为张性裂隙，张开宽1～35cm不等，面裂隙率在1.5～3条/m2之间；裂隙发育走向在N45°～65°W、N50°～60°E、N75°～80°E。
2水文地质条件
2.1隧址区岩溶发育规律
溶沟、溶槽、石牙、溶孔、溶穴、溶管在地表随处可见，落水洞口多呈圆形或椭圆形，直径在1～5m之间，普遍发育深度5～15m，少数深不见底，底部多充填黏土夹碎石，以缝状为主，竖井状较少。漏斗多见于斜坡地带或洼地周边缓坡地带，受地形影响多呈斜歪状和碟状，主要受层面、地形和裂隙控制发育而成，深度多为1～3m。隧址区岩溶发育具有以下规律和特征：①岩溶发育的呈层性，岩溶的发育与地壳的上升、停顿和岩溶水的变迁密切相关，故不同岩溶期发育着不同的岩溶形态，从而形成了区域上岩溶发育的呈层性特点；②岩溶发育深度与侵蚀基准面的一致性，河流和泉是调查区当地侵蚀基准面，各水平岩溶出口标高基本与最低侵蚀基准面一致；③岩溶发育方向具有与岩层走向一致性的特点，区内岩层走向N4°～9°W，倾向西，主要发育一组东西走向裂隙，地表落水洞多呈串珠状沿岩层走向分布，区内最大溶槽走向南北。因此，区内岩溶总体具顺岩层走向发育特征；④与地下水运动条件关系密切，区内含水地层与相对隔水层组成了区内四个相对独立的含水单元，这些隔水层顶底板附近，地下水活动相对强烈，因此，岩溶发育也相对强烈；⑤可溶岩成分影响岩溶发育的程度，隧址区灰岩地层中矿物成分富含CaCO3、MgCO3和硫化物，有利于岩体溶蚀分解，岩溶化程度相对较高。
2.2地下水补给、径流和排泄特征
隧址区岩溶水的补给以大气降水为主，局部地段有地表水与地下水相互转化；隧址区岩溶水的径流主要在暗河管道中赋存与径流， 地下径流模数高达15～30 L/s·km2；其次是赋存于溶蚀裂隙中，受裂隙发育的方向控制，地下水呈带状或网状径流，径流模数在8.5～15 L/s·km2之间， 流量1～22L/s；区内地下水排泄方式可分为跌水式、溢出式和阻水式排泄等三类。
2.3岩溶水的动态变化特征
区内岩溶水的流量、水位动态变化明显受控于大气降水。隧址区所在水文地质单元相对狭隘，地表排泄条件较好，补给面积较小，地下水径流途径较短，地下岩溶管道发育规模较小。因此，岩溶水流量动态变化大。
3水文地质试验
为查明隧道围岩的透水性，评价岩体的渗透特征、为设计防渗措施提供参数，在隧道洞身处钻孔中分别进行了注水、压水和抽水试验，在SZK2、SZK3和SZK4孔中地下水静止水位标高分别为762.97m、733.62m和660.46m。由压水试验、提水试验和注水试验成果表明，在岩层接触带或裂隙、岩溶较发育的段落，地层渗透系数K=0.010～0.111m/d ，在裂隙不发育的段落K=0.0030～0.0045m/d。
4隧道涌水量分析、估算和预测
4.1涌水量预测分段
根据隧址区岩溶发育特征、地下管道的分布位置、地下水补径排特点、各含水岩组富水性及动态特征等，将隧道区分为五段预测涌水量。
4.2涌水预测方法的选择
本次采用地下径流模数法和大气降水入渗法计算地下水径流量。
（1）地下径流模数法
Q=86.4·M·F，式中：Q——地下水天然资源量（m3/d）； M——径流模量（L/s·km2）； F——计算块段面积（km2）。
（2）大气降水渗入量法
Q补=2.74α.A.F，式中：Q补——渗入补给量（m3/d）； α——渗入系数；A——多年平均降雨量（mm）取1383.6mm；F——计算块段面积（km2）
4.3计算参数的确定
（1）径流模数
碎屑岩（S2lr）地层径流模数（M）取2.25 L/ s·km2；
灰岩地层径流模数（M）取19～23.0L/ s·km2。
（2）渗入系数
碎屑岩（S2lr）地层入渗系数取0.05；
灰岩地层入渗系数取0.6～0.7。
4.4估算隧道涌水量
按前述公式计算，其结果分别见表1、2。
4.5预测隧道涌水量
根据计算结果，隧址区天然补给量约13313m3/d左右，据溪沟、暗河、泉点等排泄点调查统计，隧址区天然排泄量约10450m3/d左右。隧道开挖降雨入渗补给外，还接受部分岩溶管道、洞穴储水构造地下水补给，其补给量稍大，两者存在一定差异，但处于一个合理范围，因此，计算结果符合实际水文情况，计算方法可行，达到了预测涌水量的比较合理的目标，计算结果是比较可靠的，隧道涌水量取值见表2。
根据测区的岩溶发育特征和水文地质条件可知，隧道与测区的二条暗河关系密切，如果隧道开掘使地下暗河补给源被隧道袭夺涌入隧道，根据调查期间所测暗河流量计算，其排泄量分布为10450m3/d和14870m3/d，与入渗系数法计算的年平均值基本相当。表中预测涌水量未考虑岩溶地下水的静储存量，只能视为隧道建好后的最大排泄量。
通过地质调查、钻探和水文地质试验，查明隧址区岩溶、裂隙发育极不均匀，试验获得的渗透系数变化较大。设计和施工中，应根据类似场地的工程经验、适当放大。根据地区经验涌水量预测最终取值建议为：隧道在平水期时以2.0×104m3/d考虑，丰水期时以3.2×104m3/d预防。
5结论
通过调查隧址区的地层分布、构造发育规律和岩溶发育特征，查明了地下水补、径、排条件及各含水岩组富水性等特征。隧址区岩溶、裂隙发育极不均匀，在岩层接触带或裂隙、岩溶较发育地段地层渗透性相对较好。采用地下径流模数法和大气降水入渗法估算地下水径流量，较为合理地预测了隧道涌水量，实测涌水量与预测涌水量基本一致，为工程设计提供了可靠依据。