第三节　隧洞涌水

一、宏观分析

输水隧洞工程地处宁南山区，穿过的地形地貌单元和水文地质单元多，穿过不同的地层岩组和不同的含水构造，各种地下水类型以及地下水活动的强弱给工程建设带来不同程度的危害影响。那些管道式、股状的大涌水会造成隧洞被淹、伴随塌方等现象，并常引发严重的环境地质问题，致使严重阻碍正常施工、增加成本等。一般来说，隧洞涌水量的变化与隧洞通过地区的地形地貌条件、隧洞埋深、地质构造、地应力及岩体渗透性等有密切联系。而直接影响岩体渗透性的因素有岩性、岩体结构面性状、风化程度、完整性等。

隧洞区地下水以白垩系为基岩裂隙水为主，第三系地层地下水主要赋存于砂砾岩之中，其含水体规模及分布范围均有限。第四系松散层孔隙潜水对隧洞工程影响不大。

1．白垩系基岩地下水类型及补给径流排泄特征

白垩系基岩地下水主要有裂隙潜水、裂隙潜水—承压水、承压水三种类型。

裂隙潜水：主要赋存于基岩风化卸荷带裂隙，含水层厚度一般15～30m。主要接受大气降水补给，部分在山沟内以下降泉的形式排泄，部分通过断层破碎带、裂隙密集带及较大的裂隙结构面向基岩深部含水层补给。这部分地下水主要对隧洞浅埋洞段影响较大。

裂隙潜水—承压水：主要赋存在于埋深40～140m内的构造裂隙中，一般没有统一的地下水位。上部与浅层含水层连通性较好地带表现出裂隙潜水的特征，接受沟谷河水及上层潜水补给。地下水沿着一些连通好的结构面向洞内排泄，对部分洞段有影响。

承压水：埋藏较深，含水体范围较小，多为“囊状含水体”，补给条件较差。

2．岩体渗透性

根据隧洞钻孔压水试验成果，岩体渗透性与风化卸荷程度关系明显，其中弱风化、强风化岩体具有中等—弱透水性，透水率一般5～20Lu间，微风化—新鲜岩体一般为微透水—弱透水性，透水率一般在1～10Lu间。

3．基岩地下水位特征

根据钻孔资料统计，隧洞沿线地下水位埋深变化较大，从沟谷内埋深1～5m，至山顶附近埋深65～97m不等，水位高程明显随地形变化。

二、隧洞涌水量估算

根据隧洞的工程地质条件、水文地质条件等，勘察期间采用地下水动力学法、经验法和地下径流模数法预测估算裸露围岩条件下隧洞的涌水量。

（一）最大涌水量估测方法

1．古德曼经验式

公式来源于《水利水电工程水文地质勘察规程》（SL 373—2007），适用于：潜水含水体。

2．中国经验法

依据工程实践总结的经验公式如下。

公式来源于《铁路工程水文地质勘察规程》（TB 10049—2004）条文说明。

（二）稳定涌水量预测

1．地下径流模数法

此法的核心是确定地下径流模数，本工程依据实测的溪流断面流量计算。计算公式如下

公式来源：《水利水电工程水文地质勘察规程》（SL 373—2007）。

2．中国经验法

依据工程实践总结稳定单位涌水量的经验公式如下

Q＝1000KHL（0．676－0．06K）

公式来源：《铁路工程水文地质勘察规程》（TB 10049—2004）条文说明。

式中　Q——隧洞正常涌水量，m3/d；

　　　K——含水体的渗透系数，m/d，钻孔压水试验取值；

　　　L——通过含水体的隧洞长度，m；

　　　H——洞底以上潜水含水体厚度，m。

为简化计算，在计算涌渗水量时假设地下水类型为裂隙潜水呈脉状渗涌，假定地下含水层厚度为无穷大，如图1－3－7所示。

裸洞洞径按3m计。

根据工程经验，当含水体的渗透系数较小、而厚度很大时，洞顶上部降落漏斗中心的水位难以下降到洞底，其原因是存在较大的水跃值Δh。一般渗透系数越小，水跃值越大，在勘察阶段可采用Δh≈0．80H的方法大致确定Δh值，有效的含水层厚度应减去水跃值。

隧洞岩体渗透性大部分弱透水，浅埋隧洞中等透水。因此，在计算涌水量时，除断层带、风化卸荷带以外的埋深较大的洞段，含水层厚度按（0．2～0．25）H计。

隧洞围岩的渗透系数K主要根据钻孔压水试验成果确定。

以2号（胭脂川）隧洞为例，应用地下径流模数法、地下水动力学中的古德曼法及我国的工程经验法估算的隧洞渗涌水量见表1－3－4和表1－3－5。

综合宏观分析和涌水量估算成果，形成以下认识：

输水隧洞围岩岩体渗透性大部分较弱，除裂隙密集带、风化卸荷带等外，大部分洞段地下水不丰富，洞室内涌水量不大，预计这些洞段单位长度正常涌水量一般100～300m3/（d·km），单位长度最大涌水量600～900m3/（d·km）；各洞段涌水很不均匀，延伸较好的裂隙密集带、浅埋洞段的各种结构面富水性强，单位长度稳定涌水量600～1200m3/（d·km），单位长度最大涌水量3000～6000m3/（d·km）；靠近沟谷的断层及其影响裂隙带岩体渗透性好，富水性较好，且沟通了浅部的潜水，补给较为充分，宏观判断是隧洞涌水的主要部位，且涌水量较大，出水段的涌水量一般可达到10～100m3/h，部分可能超过100m3/h。

三、隧洞地下水渗涌状态

工程区地处中低山区，隧洞穿过的地形地貌单元和水文地质单元多，穿过地层内含水构造发育程度不一致，因此各隧洞之间以及隧洞不同洞段岩体渗透性和涌水状态差异很大。一般来说，隧洞地下水流量的变化与其所处地形地貌条件和构造发育程度有密切关系。

根据隧洞施工期间对隧洞地下水活动状态进行的调查结果，隧洞开挖过程中大部分洞段没有地下水或者地下水活动轻微，表现为洞室潮湿或干燥，局部沿岩体结构面有渗水或滴水，这些洞段约占整个隧洞的70%～80%；部分洞段有轻微—中等的地下水活动，表现为沿裂隙或破碎结构面多处滴水、线状流水及少量小股状流水，出水洞段长度数米至几十米，流量一般小于20m3/h，多小于10m3/h，这些洞段占整个隧洞长度的比例不足20%。

表1－3－6详细记录了7号隧洞施工期对洞内地下水活动状况的调查结果。由于白垩系泥质岩透水性较弱，岩体中节理裂隙连通性较差，总体上隧洞地下水不很丰富，除了部分洞段地下水活动主要表现为轻微—中等外，洞室多潮湿或干燥。隧洞开挖揭露，隧洞各段的富水性和地下水活动性差异很大。总的来说，富水单元较集中分布于节理裂隙发育段及隧洞浅埋段，隧洞开挖后基岩裂隙水沿着深切的节理裂隙向隧道内运移排泄，地下水活动形式多以滴水及线状流水表现，仅局部沿着构造破碎带有股状涌水现象。

规模较大的涌水发生于个别隧洞，主要发生于沟谷附近的浅埋洞段、断层及其影响带的各种结构面发育洞段。涌水特点是地下水的集中股状、管道式涌出，使得隧洞很快被淹或积水严重（图1－3－8和图1－3－9），开始流量较大，而经过5～15天后涌水量大幅减少，地下水位降低，最后变为局部线流。表1－3－7列出了隧洞发生突涌水段主要特征。由于沟谷地形有利于汇水和地下水储量大，深切的断层、连通性好的结构面本身富水性好，而且构成上部潜水层的排泄通道，因此经过这些构造洞段易发生突涌水，隧洞涌水量较大，涌水的持续时间也长。