岩溶隧道勘察阶段涌水量计算方法探讨
涌水量预测计算方法
涌水量预测计算方法一、前言在隧道建设施工中,涌水灾害是隧道建设中备受关注的问题之一。
它不仅影响隧道建设的正常施工,且会波及到隧道建成后的安全运营。
因此,如何较为准确地预测隧道涌水量的大小,为隧道施工制定合理的防排水措施提供依据,成为众多岩土工程学者日益关注的课题之一。
隧道涌水的预测首先是从定性研究开始的,最早的预测只是通过查明隧道含水围岩中地下水的分布及赋存规律,分析隧道开挖的水文地质及工程地质条件,依据物探、钻探、水化学及同位素分析、水温测定等手段,确定地下水的富集带或富集区以及断裂构造带、裂隙密集带等可能的地下水涌水通道,并且用均衡法估计隧道涌水量的大小。
随着技术水平和施工要求的提高,基于定性分析的隧道涌水预测研究,发展成为隧道涌水的定量评价和计算,主要体现在隧道涌水位置的确定与涌水量预测两个方面。
在隧道涌水位置的确定方面,人们通过隧道围岩水文地质及工程地质条件的定性分析,发展了随机数学方法和模糊数学方法。
在涌水量预测方面,人们根据隧道环境地下水所处地质体的不同性质、水文地质条件的复杂程度、施工的方式及生产的要求等因素,提出了隧道涌水量计算的确定性数学模型和随机性数学模型两大类方法。
岩溶区隧道涌水研究必须要注重水文地质条件的研究, 因为每一种方法、公式的提出都是基于地质条件的研究基础之上的。
岩溶区地质条件一向比较复杂, 从隧道施工期发生的比较严重的涌水事件来看,岩溶区易发生涌水地质条件可以分以下四类:⑴向斜盆地形成的储水构造；⑵断层破碎带、不整合面和侵入岩接触面；⑶岩溶管道、地下河；⑷其他含水构造、含水体。
以上只从宏观上列举了一些可能发生严重涌水的地质条件, 这是远远不够的, 对隧道涌水条件应进行详细研究, 这是其他隧道涌水研究工作的基础,必须予以重视。
[1]二、岩溶区隧道涌水量预测方法目前涌水量预测计算方法很多, 主要有以下几种:1.进似方法这种方法主要包括涌水量曲线方程(一般称Q－S曲线)外推法和水文地质比拟法2 种。
隧道涌水量预测计算方法探讨
隧道涌水量预测计算方法探讨[摘要]从2种隧道涌水量计算方法的基本原理出发，讨论了其计算步骤、公式及适用条件。
选择合适的计算方法预测涌水量，有助于预警和制定施工对策。
以杭长铁路高岭隧道工程为例，采用水均衡法对隧道进行涌水量预测，然后对其涌水量进行评价和提出相应的工程建议，为工程的顺利实施提供了技术支持。
【关键字】高岭隧道；涌水量；预测；水均衡法1.引言有关隧道涌水量预测的研究已有近半个世纪，提出和发展了很多方法，但迄今为止无论是隧道正常涌水量，还是最大涌水量，都是依季节变化的，预测时误差较大，尚无成熟的理论和公认的准确计算方法。
隧道涌水量预测方法归纳起来主要有：（1）水均衡法；（2）水文地质比拟法。
本文详细介绍了上述2种隧道涌水量预测方法的基本原理、计算步骤和计算公式，并以杭长铁路高岭隧道为例，对隧道的涌水量进行了预测，然后对其涌水量进行评价和提出相应的工程建议，为今后深入研究打下基础。
2.水均衡法水均衡法指在一定范围内，水在循环过程中保持平衡状态，收入和支出相等，查明隧道施工段水的补给、排泄之间的关系，从而获得施工段的涌水量。
水均衡法适用于地下水的形成条件较简单的施工地段，可宏观地、近似地预测隧道的正常涌水量和最大涌水量；水均衡法预测涌水量时，常分为地下径流模数法和大气降雨入渗法。
2.1地下径流模数法概念：指利用一个流域岩溶区内地下径流模数和补给面积，推求出该流域暗河径流总量，或以此评价地质与水文地质条件相似的邻区暗河流域暗河径流量的方法。
计算公式如下：（1）式中，Q为隧道通过含水体地段的涌水量（m3/d）；M为地下径流模数（L/s·km2）；F为隧道通过含水体地段集水面积（km2）。
2.2大气降雨入渗法概念：通过大气降雨与地下水的关系，来反映最终下渗到达地下水的水量的方法。
计算公式如下：（2）式中，Q为隧道通过含水体地段的涌水量（m3/d）；η为岩溶水滞后系数，一般取0.15～0.60；α为降雨入渗系数，碳酸盐岩取0.307；X为日降雨量（mm）；F为隧道通过含水体地段集水面积（km2）。
涌水量计算
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：K=22)lg (lg 733.0hH r R Q --ω 其中：K ——渗透系数（m/d ）。
Q ——出水量（m 3/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） r ω——钻孔半径（m ）。
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：()212ln 25.3S St r H r K ωω+=（完整井）其中：K ——渗透系数（m/d ）。
r ω——钻孔半径（m ）。
H ——自然情况下潜水含水层的厚度（m ）。
S 1——抽水稳定时的水位降深（m ）。
S 2——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S 1恢复到S 2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。
210974866_岩溶深长隧道水文地质调查分析与涌水量预测方法研究
Value Engineering0引言我国不仅是隧道数量最多、长度最大的国家，同时也是水文地质最复杂的国度，因为地质条件非常复杂，所以在岩溶发育区进行隧道施工，很容易受到突泥、突水等自然灾害的威胁，导致严重的人员伤亡事故和重大经济损失，尤其是岩溶深长隧道，一方面是因为岩溶地质复杂，另一方面还在于岩溶隧道勘察、评估涌水方法缺乏科学性，所以很难精准判别灾害性涌水，最终引发隧道施工安全事故[1]。
本文通过综合分析某段岩溶隧道水文地质情况，预测评估隧道涌突水量，有效遏制地质灾害，只有保证隧道安全施工，才能实现岩溶深长隧道的成功通行。
1工程概况某隧道为分离式隧道，隧道设计长度为5000m ，最大埋深300m 。
在充分收集前人工作成果的基础上，首先在线路经过区开展1∶50000水、工、环调查，基本查明隧道区水文地质条件、地下河分布特征；在线路两侧2km 范围内段开展1∶10000水文地质工程地质调查，为隧道设计施工择提供水文地质参数及科学依据。
开展1∶50000水工环调查，主要工作内容是：①基本查明沿线岩溶地下水的补给、径流、排泄条件及各灰岩地层的富水情况，重点在于沿线岩溶地下水的垂直分带、水力坡度、地下分水岭的确定等；②基本查明岩溶分布特征（与地层、地质构造、地形地貌关系），基本查明沿线所经各地下河的分布及其与线路的关系，查明各个地下河的补迳排特征；开展1∶10000隧道选线工程地质调查，主要工作内容是：①初步查明隧道区工程条件；②分析评价拟选隧道线隧道工程施工、运行对周围地质环境条件的影响程度。
2工程地质条件某隧道位于调查区为峰从谷地、陡坡中低山边缘缓坡丘陵，根据区内地层岩性的分布特征，结合地质构造，和岩组组合条件的不同，调查区可分为：侵蚀-溶蚀类型的岩溶峰丛谷地和构造-侵蚀的陡坡中低山两种地貌。
隧址区位于向斜东翼，发育F1逆断层，断裂走向北西-南东，倾向西，倾角69~82°，局部切割泥盆系地层，断裂影响带宽约60~120m 不等。
隧道涌水量预测方法及其分析
承压或潜 水含水 层 无 5 限深掌子面涌水量 (平 Q = 4 Krs 面) 承压或潜 水含水 层 无 πKrs 6 限深时掌 子面涌 水 量 Q = 2 (半圆形 ) πKM s 承压含水 层有限 降 深 4 Q = 7 ( 15 ～ 20m ) 时掌子面 π M - 1 + 2 ln 3 R r 2 M 涌水量 (平面 ) πKM sr 承压含水 层有限 降 深 2 Q = 8 ( 15 ～ 20m ) 时掌子面 3 R M + r ln - 1 2 M 涌水量 (半圆形 ) 承压或潜 水含水 层 隧 KH2 gL 9 道两侧边 墙单位 长 度 q = R 进水 说明 : q为两侧隧道单位长度涌水量 ; H g、 h s、 h g 分别为隧道以及 潜水位高度 ; R、 R s、 R g分别为影响半径 ; H为隧道顶板至河水面高度 ;
式中 : Q t 为隧道掌子面非稳定流涌水量 ; T 为导水系数 ; R 为距开挖面的距离 ;ξ 为 ( r处 ) 水位降深 ; P 为开挖面上水 的自喷压力 ; W 为水的比重 ; S 为储水系数 ; t为涌水经历的时
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四川建筑 第 27 卷 6 期 200 7 1 12
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9H 9n
r2
= Q ( t > 0)
( 7)
= z ( Βιβλιοθήκη > 0) = H2 ( r, z) ∈Ω
Γ =0
[收稿日期 ] 2007 - 01 - 19 [作者简介 ] 陶玉敬 ( 1982 ～ ) , 男 , 河南信阳人 , 硕士研
集水面积计算方法及隧道涌水量计算方法
集水面积计算方法及隧道涌水量计算方法（1）集水面积计算方法：
多平面积计算法是一种常用的计算集水面积的方法，它具体指用地形或水文断面图上的海拔高度点绘制平面，并由断面剖面和它们所确定的轮廓线的交点构成的边线，将区域划分成多个三角形片段，采用三角函数求和法来计算这些三角形片段的面积之和，以计算该区域的面积。
（2）隧道涌水量计算方法：
1）基本量计算法：该方法是根据现测获得的隧道方面粗糙度获取其其涌水量公式中最重要的参数--水力半径，然后通过计算水力半径来确定涌水量L（m3/s），其计算公式如下：L=1.456*R*R*V，其中，R为水力半径（m），V为流速（m/s）。
2）涡折尔定律：这种方法是根据涡折尔定律来确定排水量，这个定律是指在固定的圆形管道中，流体流量Q和流速V成反比，其公式为
Q=πR2V，其中R为管径，V为流速。
3）视比算法：该算法是利用粗糙度、流速和流量的比值来计算涌水量的，通过将当前的粗糙度和流速比值与预先确定的粗糙度和流速比值进行比较，就可以从而计算出涌水量。
隧道涌水量预测的计算方法研究_张雷
隧道涌水量预测的计算方法研究
张 雷1 ,赵 剑2 ,张和平3
(1. 惠州市城乡建筑工程有限公司 ,广东惠州 516001 ;2. 重庆交通大学 ,重庆 400074 ; 3. 珠海市公路局香洲分局 ,广东 珠海 519000)
4 比拟法 比拟法应用类似的隧道水文地质资料来计算 ,
立足于勘探区与借以比拟的施工区条件一致 。因 此 ,这种方法的预测精度取决于试验段和施工段的 相似性 ,两者越相似则精度越高 ,反之则越差 。比拟
收稿日期 :2006 - 08 - 25
12 2 公 路 交 通 技 术 2007 年
洪水期与枯水期的地下径流模数可以 适用 于 岩 溶 区 隧 道 涌
相差数十到百倍 ,季节性要求高 。
水量预测 。
非线性理论方法
首先对隧道标高附近及其以上庞大空
间范围内的水进行系统识别与划分 。
根据各个系统与隧道的空间关系及其
它相关信息 ,确定系统向隧道供水的 可能尚属探索性阶段 。
3 解析法 雅各布和洛曼 (1952) 提出了一种解析法 。解析
法是利用地下水动力学原理计算隧道涌水量 。在地 下水运动学中有以裘布衣公式 (1875) 为代表的稳定 流理论和以泰斯公式 (1935) 为代表的非稳定流理 论 。根据这 2 大理论 ,人们研究出了许多隧道涌水 量预测的经验公式 ,比较常见的有 ,日本的佐藤邦明 公式 、落合敏郎公式 ,前苏联的科斯嘉可夫 (A·H·K. OCTΠ: IKOB) 公式 、吉林斯基 ( H·K·FnpnHcKn) 公式 、 福希海默 ( Forcheimer ·F) 公式以及我国的经验 公 式[6 - 10] 。在基岩地区应多用解析法 ,如秦岭隧道[11] 上就运用了解析法 。该法经过了水文地质模型概 化 ,简化了水文地质条件 ,具有快速实用的特点 。
岩溶地区隧道涌水量估算
岩溶地区隧道涌水量估算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。
标签：隧道涌水测量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。
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岩溶 隧道 涌水 量 预 测 问题 一 直 是水 文 地 质 学 的一 个 难点 。近些 年的研究 在一 定程 度上取 得 了一些 成果 。 林 传年 ［等 人从 岩溶 水 动力 分 带 角 度 提 出 了较 为合 理 １ ］ 的岩溶隧道 涌水 量 预 测方 法 ； 水 量 反演 计 算 法 ［、 涌 ２ 隧 ］ 道 涌水 曲线 反馈 分析法 ［及专 家系统 法 等也 在工 程 ３ ］ 中得到 了验 证 。但 各 种方法 都有严 格 的适用条 件 ， 同 不 工 程往往受 限于探 测 技术 水 平 、 质 条 件 和监 测 资 料 ， 地 并 不能得 出合理 的结 果 。至 今 尚未 形 成 成 熟 的理 论 和
县， 所建工 程为 城镇快 速通道 ， 分离式 双 向隧道 ， 洞 为 双 之 间 的净距 为 ２ ｍ。隧道进 洞里程 Ｋ０ １ ， 计高程 ５ ＋１ ０ 设
６ ８ ３ ｍ， ５ ． ５ 出洞 口里 程 Ｋ４ ９ ８ 设 计 高程 ５ ５ ９ 全 ＋ ４， ８ ． ｍ， 长 ４ ３ ｍ， ８ ８ 设计 纵坡 一１ ５ 。隧道 洞净宽 ９ ７ ｍ， ． ． ５ 洞高 ７５ ． ｍ。隧道 轴线走 向为 ９ 。最 大埋 深 ５ ５ １， ５ ｍ。 拟建 隧道沿线 第 四系覆 盖层分 布零 星 ， 厚度 一般小
计算 方法 。隧道 的建设 有勘察 阶段 和施工 阶段 之分 ， 勘 察 可 以指导 施工 ， 重要 性不 言而 喻 。查 阅近 些年 的文 其
献笔 者发现 ， 当今 岩溶 隧道涌 水量 的研究 越来 越倾 向于 隧道 的施工 阶段 。这对 勘 察 阶段 隧道 的 涌水 量 预 测工 作并无 多少 改进 。其主要 原 因为 ： 察 阶段 勘探 手段 和 勘
２１ ０ １年第 ５ 期
・
西部 探矿 工程
１１ ８
隧道 工 程 ・
岩 溶 隧 道 勘 察 阶段 涌 水 量 计 算 方 法 探 讨
王信 普 杨 凤 根 吴 振 拾 峰 ， ， ，
（． １ 河海大 学地球 科 学与工程 学院 ， 苏 南京 ２ ０ ９ ；２ 山东 省第 四地 质矿 产勘查 院 ， 江 １０８ ． 山东 潍坊 ２ １ ２ ） ６ ０ １ 摘 要 ： 察阶段 岩溶 隧道 涌水 量的预 测是 隧道 涌水 量预 测 工作难 点 中的难 点 。从 当今 岩溶 隧道 涌 勘
水研 究的现状 出发 ， 出勘察 阶段岩 溶 隧道 涌水量预 测存 在 的 问题 ， 分析 其原 因 ， 过 总 结 以往 工 找 并 通 程 实例 ， 出一提 高岩 溶 隧道 在勘 察阶段 预测 涌水 量精度 的方 法 ， 得 并辅 以 实例 阐述 。
关键 词 ： 工程 勘察 ； 岩溶 隧道 涌水 量预测 ； 涌水 量计 算方 法 中图分 类号 ： ５ ． 文献标 识码 ： 文 章编号 ：Ｏ ４ ５ １ （ Ｏ １ Ｏ —０ ８ — ０ Ｕ４ ６ ３ Ａ １Ｏ— ７ ６２ １）５ １ １ ４
涌水 量资料 。适宜 于勘 察 阶 段 岩溶 隧 道 涌 水量 计 算 的 理论 方法仍 是一些 传 统 的方法 ［８］如水 理 法 、 均 衡 ３－， ，９ 水
＊ 收 稿 日期 ：０ ￣０－３ 修 回 日期 ：００ —１ ２ １ ６２ ２ １￣７０ 基 金 项 目： 海 大 学 科 技 创 新基 金 资助 项 目 （Ｏ ４ ４ ４ ｌ １ ） 河 ２８／Ｏ０１５。
一
从 现阶段探 测手 段 上 来讲 ， 隧道 勘 察 的 范 围广 、 因 埋 深大 ， 一些先 进 的探测 技 术 受 限 于探 测 精 度 ， 并不 能 有 效应用 于勘察 阶 段 。新 近 发 展 的 一些 涌 水 量计 算 方
法也多依 赖于施 工 时 的探 测 和监 测 结 果 。 比如数 值 模 拟 计算法 ， 需要后 期 的地质 勘测 资料 和用水量 监测 资料 来 调整模 型提高精 度 ； 如反 演法 和隧道 涌水 曲线 反馈 再 分 析法 的研究是完 全 建 立在 隧 道 涌水 长 期 观 测数 据 及 涌水 曲线分 析 的基 础 之 上 ； 随机 数 学法 ［ 是 离不 开 ¨更
量相差不大。文献［ １对 中梁 山岩溶隧道涌水量预测 １］
采 用 了 三 种 不 同 方 法 所 得 结 果 分 别 为 ： ２ ３ ｍ３ｄ １８７ ／ 、 １ ０ ３ ／ 、３ ０ ｍ３ ｄ 结 果 也基 本 一 致 。所 以 ， 同 ３ ８ ｍ３ａ １ １ ４ ／ ， 对 问题 可 以选 择较 为适合 的几 种方法计 算 ， 后对 结果 然 进行分 析并 导出合理 的结 论 。
涌水 量计算 方 法 难 以有 所 突 破 ， 得 预 测结 果 精 度 不 所 高 。故本 文 拟对勘察 阶段 隧道 涌水 量 的计 算 方 法作 一 探讨 。
１ 方 法探讨 与工程 实例
法（ 包含降水入渗法） 解析法 、 、 地下径流模数法等。怎 样在现有的条件下提高勘察 阶段岩溶隧道涌水量预测 的准确性 是一 个亟待 解决 的问题 。 近年来 的一 些相 关 文章 都 是 根据 不 同的地 质 条件 和岩溶发育状况， 选择某种涌水量计算方法进行计算 ， 再 与实 际涌水量 进行 比较 来 验证 该 方 法 的可 行 性 。然 而， 对于一个 问题 最优 的选择 方法是 否 只有一个 ？或者 根本 没有最 优方 法？ 这 时是 否 可 以尝 试 多种 计 算 方法 并对 不 同计 算结果 进行 分析 ， 看能 否得 出较 为满 意 的结 果 ？文献 ［３ １与文献 ［Ｏ 中不 同学者 采用不 同方 法对朱 １］ 家岩 岩溶 隧道涌水 量进 行计算 ， 计算 结果 都和实 其 结果 得 出合理 结 论 ， 分 必 须 建立在 对地 质条件 和岩溶 发育 状况 调查尽 可能详 实 ，
所选计算方法基本适合 的基础之上 。为更好地 阐述特 举 一实 际工 程 为例 。
工程 概况 及 地 质 条 件 分 析 ： 隧道 位 于重 庆市 酉 阳