涌水量计算.docx
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涌水量计算
涌水量计算
K=0.733Q（lgR-lgr.）
第三节、隧道洞室涌水量预测
一、水文地质参数计算
为取得计算洞室涌水量的水文地质参数，进行钻孔提（抽）水试验，利
用提水试验和抽水试验结果，采用地下水动力学方法及相关计算公式，大部
分按潜水非完整井计算出提水的渗透系数K抽水，另外根据提水后的恢复水位与时间的关系，即s~t关系计算出恢复的渗透系数K恢复，并参照当地岩性的渗透系数K，将该三种方法求得的渗透系数K值并结合钻探过程中冲洗液的消耗量，岩体的破碎性、岩性的矿物组成及充填胶结情况，给定一个建议的渗透系数K
值。
求得水文地质参数，
其提水时K值计算公式如下：
H2-h2
其中：
K渗透系数（m/d）
Q出水量（m3/d）
R――影响半径（此值根据《工程地质手册》第二版表9-3-12查得）
rw钻孔半径（m）。
其中：
K
_3.5r_inS1
H2rtS2
渗透系数（m/d）
（完整井）
H――自然情况下潜水含水层的厚度（m）h――抽水稳定时含水层的厚度（m）。
恢复水位计算渗透系数K值公式如下:
rw钻孔半径（m）。
H――自然情况下潜水含水层的厚度（m）
51——抽水稳定时的水位降深（m）。
52——地下水恢复时间t后水位距离静止水位的深度（m）。
t――水位从Si恢复到S2的时间（d）。
具体计算过程及计算结果见附表5:
钻孔提（抽）水试验渗透系数（恢
复水位）计算成果表。
二、洞室涌水量的估算方法
（一）、洞室涌水量的补给来源
为了更准确预测隧道洞室涌水量，通过野外水文地质调绘，并分析洞室地下水的补给来源，含水岩性的空间分布、富水性，结合钻孔对地下深处地质情况的揭露，参考物探测井成果，我们认为隧道洞室涌水量的补给来源由以下几部分组成：
a.洞室影响范围内汇集的大气降水渗漏补给量；
b洞室附近地下水的补给量（包含隧道上行线、下行线间含水层的静储量及洞室两侧地下水的侧向补给量）；
c.地表水流过洞室上方时的渗入补给量；
d.地表水通过节理裂隙、断层破碎带给洞室的侧向补给量；
e.断层破碎带导入洞室的地下水量。
（二）、洞室涌水量的估算方法
根据以上对洞室涌水量补给来源的分析，结合隧址区工程地质、水文地质条件及隧址区气候、大气降雨等特征，本次计算我们按隧道开挖正常涌水量及特大暴雨、地表水沿断层或溶洞导入洞室等极端特殊情况下极端涌水量两种情况考虑。
1、正常涌水量
正常涌水量的计算我们选择以下的计算方法：
（1）大气降水入渗法：
隧道进口段隧道洞室位于地下水位以上，在一般情况下可按无水考虑，但在雨季，特别是连续降水时段，地表水入渗导致洞室形成渗水，按大气降水入渗估算该段正常涌水量。
计算公式如下：
Q=a•FP/365
式中：
a—大气降水入渗系数（取17%）;
F—隧道影响带汇水面积（在1:
5000地形图上按水文单元量取）；
P—大气降水量（当地年平均降水量上限，查阅资料，计p=757mm）
隧道进口段洞室正常涌水量计算过程及计算结果详见表3。
L—计算断面长度。
经计算隧道右线正常涌水量约为22253・99m3/d，左线正常涌水量约为
24303・05m3/d，合计正常涌水量为46557・03m3/d。
达西定律法估算隧道洞室分段正常涌水量估算过程及计算结果详见表4
（3）潜水完整式水平坑道法：
隧道洞室呈狭长的条形水平坑道，在隧道横剖面方向上，洞室对含水层的切割较小，开挖后以渗水、滴水为主，地下水流动在横剖面上可视为平面一维流，把该隧道近似为潜水完整式水平坑道，地下水向洞室的流动亦可按水平坑道进行洞室正常涌水量估算，并与达西定律法进行对比。
隧道进口段洞室正常涌水量计算表表3
洞室主要穿越安山岩、千枚岩、白云岩、大理岩等含水层，加之洞室呈
狭长的条形水平坑道，在隧道横剖面方向上，洞室对含水层的切割较小，开挖后以渗水、滴水为主，地下水流动在横剖面上可视为平面一维流，地下水向洞室的流动可按达西定律进行分段正常涌水量估算。
Q=KIL・B
B-计算断面宽度，取隧道开挖断面的周长（单洞三车道，计
B=39m）
（4）洞室分段正常涌水量预测
式中：
K-渗透系数；结合各岩性段钻孔提（抽）水试验渗透系数K结
合当地区域资料选取经验值；
I—水力坡降（根据经验，取1=1）;
fH
Q=B*K*J
R=10*S*\~K
K经验渗透系数（m/d）
Hx离坑道x处（垂直坑道方向）的水位（m）
S――静水位至洞身的深度（m）（以洞室至潜水稳定水位高度取值）
Ri、R2—坑道在补给和排泄方向的影响宽度或为坑道至补给边界、排泄边界的距离（m）
该方法按洞室含水段分段计算，含水层厚度取值为洞室横剖面上距离洞室R距离处的含水层厚度取近似值，部分受地形限制地区取经验值。
经计算隧道右线正常涌水量约为21339・06m3/d，左线正常涌水量约为
21339・11m3/d，合计正常涌水量为42678・17m3/d。
潜水完整式水平坑道法估算隧道洞室分段正常涌水量估算过程及计算结果详见表5为进一步了解洞室各段在施工和使用时的洞室涌水量，综合分析隧址区的水文地质条件，根据洞室各段的地层岩性，节理裂隙溶隙、断层破碎带特征，洞室的充水来源及其与地下水、地表水、大气降水的补排关系，将隧道左右线洞室各划分为15个块段。
各块段洞室涌水量的主要补给来源有差别，使各块段涌水量大小不一致，变化较大。
将上述三种方法估算的隧道正常涌水量进行分析对比，并建议各块段的正常涌水量，其详细情况见《隧道洞室分段正常涌水量预测成果表》（表6），以对隧道防水排水设计、施工起指导作用。
隧道洞室分段正常涌水量预测成果表表6
起讫桩号
大气降水法Q
（m3/d
）
达西定律法Q
（m3/d）
水平坑道法Q
（m3/d）
建议涌水量Q
（m4/d）
右线
YK22+790~YK22
+915
11.59
11.59
YK22+915~YK23
+690
1269.4
5
1254.9
1
1269.45
YK23+690~YK23
+790
448.50
310.98
448.50
YK23+790~YK23
+970
196.56
235.13
235.13
YK23+970~YK24
+105
1034.2
8
952.29
1034.28
起讫桩号
大气降水法Q（m3/d）
达西定律法Q
（m3/d）
水平坑道法Q
（m3/d）
建议涌水量Q
（m4/d）
YK24+105~YK24
+545
1218.3
6
1079.2
2
1218.36
YK24+545~YK24
+730
873.02
1222.0
6
1222.06
YK24+730~YK25
+305
1278.2
3
1681.6
7
1681.67
YK25+305~YK25
+870
5618.9
3
6140.1
6
6140.16
YK25+870~YK26
+135
620.10
1030.8
0
1030.80
YK25+135~YK26
+485
518.70
1030.8
2
1030.82
YK26+485~YK26
+720
2025.4
7
2198.7
5
2198.75
YK26+720~YK27
+995
2983.5
0
2037.9
1
2983.50
YK27+995~YK28
+225
2592.3
3
1364.7
2
2592.33
YK28+225~YK28
1576.5
799.63
1576.58
起讫桩号
大气降水法Q（m3/d
）
达西定律法Q
（m3/d）
水平坑道法Q
（m3/d）
建议涌水量Q
（m4/d）
+960
8
合计
22253.
99
21339.
06
24662.39
左线
ZK22+820~ZK22+
920
ZK22+920~ZK23+
660
1212.1
2
1459.4
5
1459.45
ZK23+660~ZK23+
760
448.50
222.58
448.50
ZK23+760~ZK23+
805
73.71
57.38
73.71
ZK23+805~ZK24+
260
2413.3
2
1710.8
0
2413.32
ZK23+260~ZK24+
480
609.18
569.09
609.18
ZK24+480~ZK24+
720
1132.5
6
1433.3
6
1433.36
ZK24+720~ZK25+
290
1267.1
1
1679.6
5
1679.65
起讫桩号
大气降水法Q（m3/d）
达西定律法Q
（m3/d）
水平坑道法Q
（m3/d）
建议涌水量Q
（m4/d）
ZK25+290~ZK25+
980
6862.0
5
6238.6
5
6862.05
ZK25+980~ZK26+
180
468.00
783.95
783.95
ZK26+180~ZK26+
505
481.65
959.89
959.89
ZK26+505~ZK26+
680
1508.3
3
1640.1
5
1640.15
ZK26+680~ZK28+
000
3088.8
0
2104.3
7
3088.80
ZK28+000~ZK28+
270
3043.1
7
1605.8
1
3043.17
ZK28+270~ZK29+
060
1694.5
5
873.97
1694.55
合
计
24303.
05
21339.
11
26189.74
总计
46557.
03
42678.
17
50863.72
2、极端涌水量估算
隧道洞室极端涌水量是指，在特大暴雨或者隧道开挖过程中导通了地下岩溶通道、深大断裂等畅通的水流通道等极端特殊条件下，使地表水通过断层带、裂隙带或岩溶通道等垂向或侧向导入洞室，形成严重的、突发的涌水、突水事故时的极端涌水量。
根据本隧址区工程地质、水文地质条件及隧道所在区域的气候条件、降雨特征等因素综合考虑，本次对本隧道极端涌水量的估算主要考虑以下几个方面的补给源：
（1）暴雨季节地表水流过洞室上方时的渗入补给量
隧道测设里程ZK26+450附近芋子滩沟有常流地表水，且从隧道轴线正上方通过，加之区域洛峪断裂带横切该沟谷与隧道联通，岩体破碎，水流通道畅通，暴雨季节水量暴涨，水位升高，地表水沿断裂带导入到隧道洞室的水量必然猛增。
地表水渗漏量与渗漏面积、渗透速度有关，按达西定律，地表水渗漏量为：
隧道测设里程YK23+400~YK25+300段右侧拐屿沟、隧道测设里程
ZK27+650~ZK29+060段左侧周家庄沟有地表均有常流水，且流向与隧道轴线近平行，地面标高高于隧道洞室，存在向洞室充水的条件，且发育的断层F30、F34及F41分别横切该沟谷与隧道联通，补水通道畅通，暴雨季节沟谷地表水水位暴涨，水头压力增大，地表水沿断裂带及节理密集带侧向补给到隧道洞室的水量必然猛增。
由于此种方式给洞室充水，有良好的充水通道，并形成一定水头供水边界。
根据单宽流量公式，暴雨季节地表水的侧向补给量为：
式中：
Q――为地表水侧向补给量（m3/d）；
B――地表水侧向补给长度（m），在1:
5000水文地质图上分段采集;
K――渗透系数（m/d），根据钻孔提水试验计算结果，参考当地的水文地质参数，综合取值；
Q=B*L*K*
式中：
Q——地表水渗漏量（m3/d）；
比一一地表水位与洞底板的高度差，据1:
5000平面图和纵剖面图计
算得出。
B――地表水渗漏段长度（
与隧道相交长度；
m）,按地表水具体情况，取最高洪水位时
L――河水宽度（m）;按地表水具体情况，取最高洪水位时河流宽度;
K――渗透系数（m/d），根据钻孔提水试验计算结果，参考当地的水文地质参数，综合取值；
H――地表水河床底到洞底板距离（m），在纵剖面上量取；
h——河水深度（m），根据该处地表水实际情况，取最高洪水位深度;
暴雨季节地表水（芋子滩沟）流经隧道顶部时对隧道洞室的垂直渗漏补给量为10470.45m3/d，具体计算过程及结果见表7。
（2）暴雨季节地表水通过节理裂隙、断层破碎带给洞室的侧向补给量；
H2――洞室内地下水高度，洞室疏干时取H2=0
L――洞室与地表水体的平面距离，在1:
5000水文地质图上分段采集，根据水量及渗透性取加权平均值。
暴雨季节地表水（拐屿沟、周家庄沟）对隧道洞室的侧向补给量为
32436・54m3/d，具体计算过程及结果见表8。
（3）断层破碎带导入洞室的地下水量。
断层破碎带涌水量计算仅针对断层带进行，本次计算只考虑在极端暴雨季节导水、储水性好、排泄通道畅通、地下水补给源充足且补给迅速快、错断深、延伸远、地下联通性好的深大断裂。
根据断层性质及岩性条件，综合分析认为，在本隧道区主要考虑大湾断裂束（F35、F36、F37、F38）、芋子
滩洛峪区域断裂（F43）及白庄断层（F41）三处在极端情况下对隧道洞室的额外补给量。
各断层地下水流动在走向方向具潜水性质，在倾向方向具承压水性质，故计算洞室两侧断层破碎带的补给量时，把断层破碎带做潜水含水层处理，故可按潜水完整式水平坑道的涌水量公式计算断层破碎带的涌水量：
式中:
Q
H2
Q=B*K*——
L
断层破碎带涌水量（m3/d）
B——断层破碎带在洞室的出露长度，在地质纵剖面上量取。
K——渗透系数（m/d），根据钻孔提水试验计算结果，参考当地的水文地质参数，综合取值；
H断层破碎带中地下水的初始水位或水头高度
L――洞室系统地下水的影响范围（m）,按各断层的延伸长度，取经验值
暴雨季节隧道区重要深大断层破碎带导入洞室的地下水量为107313.95
m3/d，具体计算过程及结果见表9。
由上述可知，在特大暴雨或者开挖过程中导通了地下岩溶通道、深大断
裂等畅通的水流通道等极端特殊条件下，洞室中地下水补给源大幅增加，水
头压力急剧升高，洞室涌水量也会在短时间内猛增，局部地段可能形成强突水、突泥现象。
经上述计算得知，极端特殊条件下隧道洞室的突水、突泥现
象主要分布在大湾断裂束（F35、F36、F37、F38断层）、洛峪断裂（F43）、白庄断层（F41）附近及拐屿沟左侧隧道洞室YK23+400~YK25+300段，极
端条件下上述各段隧道洞室的极端突水量分别为73560.16用加、33491.92
m/d、27950.58m3/d及15218.27m3/d。
总之，隧道洞室在极端条件下局部突水重点段落涌水量估算合计为150220.94m3/d。
三、隧道涌水量估算结果及综合评价
本隧道右线建议正常涌水量为24662.39m3/d，左线建议正常涌水量为
26189・7亦加，整体隧道洞室建议正常涌水量为50863.72my/d。
在特大暴雨等极端特殊情况下，隧道洞室重点突水段极端涌水量总和可达150220.94m3/d。
根据表6《隧道洞室分段正常涌水量预测成果表》、极端涌水量估算结果及各含水段落水文地质、工程地质条件，将隧道各含水段落分为贫水段、相对富水段、富水段、饱水段和突水段（详细分段见《工程地质纵断面图》）。
按上述次序富水性依次增强，以突水段富水性为最强，可以看出突水段均位于碳酸盐类岩石中发育的断层破碎带附近，以右线为例分别为YK25+305~
YK25+870段（对应大湾断裂束F35、F36、F37、F38断层）、YK26+485~YK26+720（对应洛峪断裂（F43））及YK27+995~YK28+225（对应白庄断层（F41）），此三段洞室涌水量极大，正常涌水量分别为6140.16m/d、2198.75
m/d及2592.33m3/d，极端涌水量分别为73560.16m/d、33491.92m3/d及27950.58m3/d，一旦发生突水、突泥现象，将对隧道洞室造成极其严重的、甚至毁灭性的破坏。
设计及施工时应特别注意排水及支护，并积极做好超前预报工作。
另外，YK23+400~YK25+300段右侧拐屿沟地表水在特大暴雨等极端特殊条件下，具备沿断层带侧向向洞室充水的条件，且水量很大，估算极端涌水量15218.27nVd，—旦发生突水现象，也将造成严重的安全事故，设计、施工时也应引起高度重视，做好排水和支护措施。
总而言之，该隧道水文地质条件较复杂，隧道开挖涌水量较大，洞室地下水补给源多，洞室涌水量、水头压力大，且在碳酸盐类岩石段有存在地下暗河的可能，因此，局部会有突水可能。
尤其是在特大暴雨或者开挖过程中导通了地下岩溶通道、深大断裂等畅通的水流通道等极端特殊条件下，地表水沿断层、裂隙带等畅通的地下水通道大量、迅速导入洞室，造成严重的突水、涌水现象。
总之，地下水对隧道开挖影响大、危害严重，隧道施工困难。
洞室设计时，应特别加强对地下水涌水、突水段的设防，施工时要做到对地下水涌水、突水的超前预报，提前泄水和疏干，以减少、减小洞室涌水量，保证施工安全，尤其是雨季更应加强防排水措施和超前预报。
隧道营运时，
应做长期观测，及时发现和了解地下水对洞室存在的潜在危害，及时处理和防范，防止意外事故发生。
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