向睿 樊明舉 卓正

摘要：以某隧道作為工程背景對(duì)富水區(qū)公路隧道涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，借助鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的地下水狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析比較。結(jié)果表明，年平均涌水量和隧道正常涌水量較小，適用于隧道的耐久性設(shè)計(jì);隧道峰值涌水量較大，應(yīng)作為隧道的圍巖分級(jí)修正和施工階段防排水措施及參數(shù)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：隧道 涌水量 預(yù)測(cè)方法 經(jīng)驗(yàn)公式

1 引言

地下水的存在對(duì)于巖土體的穩(wěn)定具有不利影響。地下水的危害形式主要有土的滲透變形、砂土液化兩種形式。其中，地下水引起的隧道掌子面塌方等情況也屬于土的滲透變形。土的滲透變形從形式上說有流土、管涌、接觸沖刷、接觸流失四種類型，粘性土的滲透變形主要是流土和接觸流失兩種類型。土的滲透變形特征應(yīng)根據(jù)圖的顆粒組成、密度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)等因素綜合分析確定。

涌水量是高水位富水區(qū)隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)之一。設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)隧道的涌水情況，對(duì)隧道圍巖分級(jí)進(jìn)行修正，并設(shè)計(jì)混凝土抗?jié)B級(jí)別、注漿措施及參數(shù)、排水設(shè)施等。施工階段，要根據(jù)涌水情況安排施工進(jìn)度及防排水措施，以保證施工過程中的安全。

2 預(yù)測(cè)結(jié)果

2.1 鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，榮成—烏海高速公路河北徐水至淶源（冀晉界）段，某隧道未作鉆孔抽水試驗(yàn)，隧道涌水量采用《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》（第二版）推薦的降水滲入公式[1]：

涌水量計(jì)算成果如所示，水量計(jì)算結(jié)果為該段總匯水面積下的平均匯水量。靠近洞口段及洞身段雨季涌水量相對(duì)較大，尤其靠近洞身段。按照隧道涌水量標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)涌水量<100m3/d時(shí)，屬滲滴涌水，當(dāng)涌水量>100m3/d時(shí)，屬小涌水，本隧道涌水量對(duì)隧道洞身有一定的影響。

由表1可知，各段單位時(shí)間單位長(zhǎng)度的涌水量介于0.1m3/d～0.15m3/d。

2.2 大島洋志公式

該隧道的斷面示意圖及其基本參數(shù)如圖1所示：

本段為隧道出口段，埋深為5～21m。隧道拱部為第四系更新統(tǒng)的粉質(zhì)黏土、碎石、全風(fēng)化片麻花崗巖，粉質(zhì)黏土呈硬塑狀，碎石呈中秘至密室狀。圍巖無自穩(wěn)能力，易發(fā)生大塌方。該段地下水較豐富，地下水出水狀態(tài)為淋雨?duì)罨蛴苛鳡頪1]。

根據(jù)以上描述，選取靜止水位至隧道等價(jià)圓橫斷面中心的距離為16m，至底板距離為23.2m為例，計(jì)算該隧道的單位長(zhǎng)度單位時(shí)間的涌水量，其中滲透系數(shù)取為0.3，如圖2。

2.3 古德曼公式

2.4 鐵路工程水文地質(zhì)勘測(cè)規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式

根據(jù)以上的預(yù)測(cè)結(jié)果，可以得到表2所示某隧道計(jì)算涌水量?！惰F路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中，可以根據(jù)滲水量進(jìn)行地下水狀態(tài)分級(jí)，從而對(duì)基本圍巖分級(jí)進(jìn)行修正。地下水狀態(tài)的分級(jí)依據(jù)為10m長(zhǎng)度隧道圍巖每分鐘的涌水量（L）。因此，將預(yù)測(cè)涌水量轉(zhuǎn)換單位，可得到表4中換算涌水量的結(jié)果。

該表中，滲水量范圍為0～125 L/（min·10m），《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中，并未對(duì)大于125 L/（min·10m）的滲水狀態(tài)進(jìn)行說明。如預(yù)測(cè)的涌水量大于這個(gè)數(shù)值，說明涌水量較大，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)，要制定防排水的專項(xiàng)技術(shù)方案，防止隧道施工過程中發(fā)生涌水事故。

以上預(yù)測(cè)涌水量結(jié)果如圖3所示，在圖中，用水平線條標(biāo)注出地下水狀態(tài)的分級(jí)區(qū)間。

由上圖分析可知，同一個(gè)隧道，在滲透系數(shù)、水位高度等條件相同的情況下，采用不同的預(yù)測(cè)公式，可能導(dǎo)致截然不同的預(yù)測(cè)結(jié)果。并且該結(jié)果跨越了地下水狀態(tài)分級(jí)的三個(gè)級(jí)別，這就導(dǎo)致了采用不用的預(yù)測(cè)公式，必然會(huì)得到不同的圍巖分級(jí)修正結(jié)果和不同的隧道防排水設(shè)計(jì)措施和參數(shù)[2]。

如果是在設(shè)計(jì)過程中對(duì)圍巖分級(jí)進(jìn)行修正，或者設(shè)計(jì)防排水措施的參數(shù)，為了保證隧道施工過程中的安全，應(yīng)該在預(yù)測(cè)涌水量時(shí)采用峰值涌水量。如果是考慮防水材料的耐久性和混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，在預(yù)測(cè)涌水量時(shí)，可以采用正常涌水量甚至是年平均涌水量。

3 結(jié)論

由以上的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)公式可知，不同的公式得到的預(yù)測(cè)結(jié)果有比較大的出入，但每個(gè)公式基本都與巖體的滲透系數(shù)，隧道的斷面大小，水位的高度等因素相關(guān)。其中，古德曼公式預(yù)測(cè)得到單位時(shí)間單位長(zhǎng)度隧道涌水量最大，其次分別為大島洋志公式和鐵路規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式，鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)的預(yù)測(cè)結(jié)果最小，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它幾個(gè)預(yù)測(cè)結(jié)果。通過預(yù)測(cè)，可以得到以下3條主要結(jié)論：

（1）鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)計(jì)算的是年平均涌水量，其預(yù)測(cè)結(jié)果可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雨季峰值涌水量，因此，其計(jì)算結(jié)果可以用來作為隧道耐久性的控制指標(biāo)，而不宜作為圍巖分級(jí)和施工安全的指標(biāo)。

（2）對(duì)于隧道圍巖分級(jí)的修正，以及防排水措施的設(shè)計(jì)，應(yīng)該以隧道的峰值涌水量作為依據(jù)，而不能以隧道的正常涌水量作為依據(jù)。

（3）在本隧道的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算中，古德曼公式的計(jì)算結(jié)果最大，應(yīng)該用其結(jié)果來指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工;但對(duì)于滲透系數(shù)和水位高度不同的其它情況，古德曼公式的計(jì)算結(jié)果未必是最大的。為了最大限度地保證施工安全，需要采用多種手段綜合預(yù)測(cè)，選取最大涌水量最為最終結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[2]國(guó)家鐵路局.TB 10003-2016鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2017.