第三節　隧洞涌水

一、宏觀分析

輸水隧洞工程地處寧南山區，穿過的地形地貌單元和水文地質單元多，穿過不同的地層巖組和不同的含水構造，各種地下水類型以及地下水活動的強弱給工程建設帶來不同程度的危害影響。那些管道式、股狀的大涌水會造成隧洞被淹、伴隨塌方等現象，并常引發嚴重的環境地質問題，致使嚴重阻礙正常施工、增加成本等。一般來說，隧洞涌水量的變化與隧洞通過地區的地形地貌條件、隧洞埋深、地質構造、地應力及巖體滲透性等有密切聯系。而直接影響巖體滲透性的因素有巖性、巖體結構面性狀、風化程度、完整性等。

隧洞區地下水以白堊系為基巖裂隙水為主，第三系地層地下水主要賦存于砂礫巖之中，其含水體規模及分布范圍均有限。第四系松散層孔隙潛水對隧洞工程影響不大。

1．白堊系基巖地下水類型及補給徑流排泄特征

白堊系基巖地下水主要有裂隙潛水、裂隙潛水—承壓水、承壓水三種類型。

裂隙潛水：主要賦存于基巖風化卸荷帶裂隙，含水層厚度一般15～30m。主要接受大氣降水補給，部分在山溝內以下降泉的形式排泄，部分通過斷層破碎帶、裂隙密集帶及較大的裂隙結構面向基巖深部含水層補給。這部分地下水主要對隧洞淺埋洞段影響較大。

裂隙潛水—承壓水：主要賦存在于埋深40～140m內的構造裂隙中，一般沒有統一的地下水位。上部與淺層含水層連通性較好地帶表現出裂隙潛水的特征，接受溝谷河水及上層潛水補給。地下水沿著一些連通好的結構面向洞內排泄，對部分洞段有影響。

承壓水：埋藏較深，含水體范圍較小，多為“囊狀含水體”，補給條件較差。

2．巖體滲透性

根據隧洞鉆孔壓水試驗成果，巖體滲透性與風化卸荷程度關系明顯，其中弱風化、強風化巖體具有中等—弱透水性，透水率一般5～20Lu間，微風化—新鮮巖體一般為微透水—弱透水性，透水率一般在1～10Lu間。

3．基巖地下水位特征

根據鉆孔資料統計，隧洞沿線地下水位埋深變化較大，從溝谷內埋深1～5m，至山頂附近埋深65～97m不等，水位高程明顯隨地形變化。

二、隧洞涌水量估算

根據隧洞的工程地質條件、水文地質條件等，勘察期間采用地下水動力學法、經驗法和地下徑流模數法預測估算裸露圍巖條件下隧洞的涌水量。

（一）最大涌水量估測方法

1．古德曼經驗式

公式來源于《水利水電工程水文地質勘察規程》（SL 373—2007），適用于：潛水含水體。

2．中國經驗法

依據工程實踐總結的經驗公式如下。

公式來源于《鐵路工程水文地質勘察規程》（TB 10049—2004）條文說明。

（二）穩定涌水量預測

1．地下徑流模數法

此法的核心是確定地下徑流模數，本工程依據實測的溪流斷面流量計算。計算公式如下

公式來源：《水利水電工程水文地質勘察規程》（SL 373—2007）。

2．中國經驗法

依據工程實踐總結穩定單位涌水量的經驗公式如下

Q＝1000KHL（0．676－0．06K）

公式來源：《鐵路工程水文地質勘察規程》（TB 10049—2004）條文說明。

式中　Q——隧洞正常涌水量，m3/d；

　　　K——含水體的滲透系數，m/d，鉆孔壓水試驗取值；

　　　L——通過含水體的隧洞長度，m；

　　　H——洞底以上潛水含水體厚度，m。

為簡化計算，在計算涌滲水量時假設地下水類型為裂隙潛水呈脈狀滲涌，假定地下含水層厚度為無窮大，如圖1－3－7所示。

裸洞洞徑按3m計。

根據工程經驗，當含水體的滲透系數較小、而厚度很大時，洞頂上部降落漏斗中心的水位難以下降到洞底，其原因是存在較大的水躍值Δh。一般滲透系數越小，水躍值越大，在勘察階段可采用Δh≈0．80H的方法大致確定Δh值，有效的含水層厚度應減去水躍值。

隧洞巖體滲透性大部分弱透水，淺埋隧洞中等透水。因此，在計算涌水量時，除斷層帶、風化卸荷帶以外的埋深較大的洞段，含水層厚度按（0．2～0．25）H計。

隧洞圍巖的滲透系數K主要根據鉆孔壓水試驗成果確定。

以2號（胭脂川）隧洞為例，應用地下徑流模數法、地下水動力學中的古德曼法及我國的工程經驗法估算的隧洞滲涌水量見表1－3－4和表1－3－5。

綜合宏觀分析和涌水量估算成果，形成以下認識：

輸水隧洞圍巖巖體滲透性大部分較弱，除裂隙密集帶、風化卸荷帶等外，大部分洞段地下水不豐富，洞室內涌水量不大，預計這些洞段單位長度正常涌水量一般100～300m3/（d·km），單位長度最大涌水量600～900m3/（d·km）；各洞段涌水很不均勻，延伸較好的裂隙密集帶、淺埋洞段的各種結構面富水性強，單位長度穩定涌水量600～1200m3/（d·km），單位長度最大涌水量3000～6000m3/（d·km）；靠近溝谷的斷層及其影響裂隙帶巖體滲透性好，富水性較好，且溝通了淺部的潛水，補給較為充分，宏觀判斷是隧洞涌水的主要部位，且涌水量較大，出水段的涌水量一般可達到10～100m3/h，部分可能超過100m3/h。

三、隧洞地下水滲涌狀態

工程區地處中低山區，隧洞穿過的地形地貌單元和水文地質單元多，穿過地層內含水構造發育程度不一致，因此各隧洞之間以及隧洞不同洞段巖體滲透性和涌水狀態差異很大。一般來說，隧洞地下水流量的變化與其所處地形地貌條件和構造發育程度有密切關系。

根據隧洞施工期間對隧洞地下水活動狀態進行的調查結果，隧洞開挖過程中大部分洞段沒有地下水或者地下水活動輕微，表現為洞室潮濕或干燥，局部沿巖體結構面有滲水或滴水，這些洞段約占整個隧洞的70%～80%；部分洞段有輕微—中等的地下水活動，表現為沿裂隙或破碎結構面多處滴水、線狀流水及少量小股狀流水，出水洞段長度數米至幾十米，流量一般小于20m3/h，多小于10m3/h，這些洞段占整個隧洞長度的比例不足20%。

表1－3－6詳細記錄了7號隧洞施工期對洞內地下水活動狀況的調查結果。由于白堊系泥質巖透水性較弱，巖體中節理裂隙連通性較差，總體上隧洞地下水不很豐富，除了部分洞段地下水活動主要表現為輕微—中等外，洞室多潮濕或干燥。隧洞開挖揭露，隧洞各段的富水性和地下水活動性差異很大。總的來說，富水單元較集中分布于節理裂隙發育段及隧洞淺埋段，隧洞開挖后基巖裂隙水沿著深切的節理裂隙向隧道內運移排泄，地下水活動形式多以滴水及線狀流水表現，僅局部沿著構造破碎帶有股狀涌水現象。

規模較大的涌水發生于個別隧洞，主要發生于溝谷附近的淺埋洞段、斷層及其影響帶的各種結構面發育洞段。涌水特點是地下水的集中股狀、管道式涌出，使得隧洞很快被淹或積水嚴重（圖1－3－8和圖1－3－9），開始流量較大，而經過5～15天后涌水量大幅減少，地下水位降低，最后變為局部線流。表1－3－7列出了隧洞發生突涌水段主要特征。由于溝谷地形有利于匯水和地下水儲量大，深切的斷層、連通性好的結構面本身富水性好，而且構成上部潛水層的排泄通道，因此經過這些構造洞段易發生突涌水，隧洞涌水量較大，涌水的持續時間也長。