中铁第五勘察设计院集团有限公司东北分院 黑龙江 哈尔滨 150006
摘要：隧道施工特别是长大隧道的施工周期较长，无论南方还是北方都不可避免地赶上雨季。隧道在雨季施工过程中由于雨水的渗入，额外地增加了隧道一定范围内的储水量，会导致隧道涌水量的增大，给隧道正常施工带来各种困难，在以往的隧道施工过程中由地下水引起的事故时有发生。本文根据不同降水等级采用日降水入渗法，预测出不同降雨强度下的隧道单位涌水量，并与实测的隧道单位涌水量对比分析后，结合天气情况做出预报工作，并形成完整的预测和预报体系，对隧道正常施工有影响或有危害的，应提前做好相应的技术防范措施，为隧道贯通和规避风险提供技术支撑和基本保证。
关键词：降水入渗法 越岭隧道 单位涌水量 降水等级 日平均降水量
1、引言
新发隧道是扎兰屯至阿荣旗新建铁路线上的一个控制性工程，隧道全长3391ｍ，最大埋深96ｍ，为越岭隧道。隧道进出口段地形较为平缓，隧道中部跨越山岭。由于隧道较长、工期紧，故在小里程方向的山前增设斜井一处，隧道进出口段落在施工过程中均没有地不水渗出，洞内非常之干燥。当斜井施工到与正洞相交位置时，洞项和掌子面有潮湿和渗水现象出现，但这些基本上不影响隧道正常施工。在春季施工过程中经雪水融化和几场春雨过后，洞内渗水量就会增大逐渐积水给施工带来困难。施工方通过简易排水措施将积水排出，隧道施工可正常进行。但随着雨季的到来和降雨次数、降雨强度的逐渐增大，洞内渗水量逐渐增加，有时还会出现涌水现象，特别是在大雨或暴雨时渗水和涌水现象更加明显，出现了排水困难情况，给隧道施工带来了极大的不便，施工进度变得缓慢甚至会导致停工。故采用降水入渗法对越岭段隧道进行分析计算和预测预报，为雨季隧道施工、封堵、排水、加固等措施提供技术支撑。
2、工程地质和水文地质特征
2.1地形地貌
本隧道位于丘陵区，地形起伏较大，一般地段山体自然坡度10°～30°，越岭段地势较陡，小里程方向山坡表面呈洼地状，山体自然坡度30°～50°。高程为330～462m，相对高差26～132m，隧道进出口段地形较为平缓。
2.2地层岩性
隧道通过区地层岩性较为简单，第四系全新统坡积粉质黏土和碎石土，下伏侏罗系上统凝灰岩。
第四系（Q4）：粉质黏土主要分布于隧道进出口和斜坡地带；碎石土主要分布于隧道进口和局部洞身斜坡地段，呈中密-密实状态，充填物较少，渗透性良好。
侏罗系上统凝灰岩（J3）：分布整个场地内，浅灰色，灰黑色，灰褐色，凝灰质结构，自上而下呈全风化至弱风化状态。全风化层分布不连续，组织结构完全破坏，风化成砂砾状；强风化层分布连续，岩体破碎，节理裂隙很发育，碎石状结构；弱风化层分布连续稳定，岩体较破碎，节理裂隙较发育，块状构造。
2.3地质构造
本区大地构造处于内蒙古大兴安岭海西地槽褶皱带的大兴安岭海西期褶皱带，次级构造单元属瑷珲阿尔山复背斜中的阿尔山褶皱东南端，构造线为北东－南西向。受构造运动的影响火山岩广泛分布，白垩纪早期有小范围的中碱性岩浆沿裂隙侵入，地壳运动以上升为主，伴有断裂作用发生，形成了规模不大、倾角平缓的不同形态的地貌，隧道区域内没有断裂等地质构造通过。但受火山和地壳运动的影响致使岩石节理裂隙等小构造较发育。
2.4水文地质
隧道洞身地下水主要为基岩裂隙水，其主要赋存在基岩裂隙中。上部的碎石土和风化层在雨季也将赋存一定量孔隙水，但其自由水位不稳定具有一定的时令性。在枯水勘察期间基岩裂隙水水量较小，只在小里程方向的山脚即斜井与正线交汇处的钻孔中发现少量基岩裂隙水，其它段落未发现地下水。
3、隧道涌水量的计算方法的选择
在本隧道施工过程中发生滴水、渗水、沿较大节理和裂隙面形成帘幕式涌水、股状涌水等几种涌水现象。此越岭段隧道的地质环境、水文地质特征、隧道涌水属于基岩裂隙渗入型。根据越岭段的地形地貌特征、地层岩性、岩体结构、降水量及强度和现场施工时的实际情况，选择降水入渗法来进行雨季隧道涌水量的预测。
降水入渗法涉及的计算公式如下：
公式（一） Qs＝2.7·α·Ｗ·Ａ
式中：Qs—隧道通过含水体地段的正常涌水量（m3/d）
α—降水入渗系数
Ｗ—多年平均降水量（mm）
Ａ—隧道通过含水体地段的集水面积（km2）
公式（二） Qs＝1000·α·X·Ａ
式中：Qs—隧道通过含水体地段的正常涌水量（m3/d）
α—降水入渗系数
X—日平均降水量（mm）
Ａ—隧道通过含水体地段的集水面积（km2）
公式（三） ｑ0＝Qs÷Ｌ
式中：ｑ0—隧道每延米每天单位涌水量
Ｌ—隧道开挖长度（m）
公式（一）用于勘察设计阶段隧道涌水量预测是比较适宜的，但式中参数Ｗ是多年平均降水量，此参数用于隧道在雨季施工过程中渗入量评价是不太适宜的。公式（二）式中参数X是日平均降水量，适合用于雨季施工期间隧道涌水量的预测，所以本文采用公式（二）进行雨季隧道涌水量的预测，并用公式（三）分别计算出的预测隧道单位涌水量ｑ0和实测的隧道单位涌水量ｑ0，并进行定量分析和对比，判断出不同降水强度下实测ｑ0结果和预测ｑ0结果在数值上是否具有一致性、准确性和科学合理性。
4、隧道涌水量的计算和预测
各计算参数的确定：先确定隧道通过含水体地段的集水面积，在隧道通过的地形图上并结合地形地貌、含水岩性、岩体渗透结构类型、隧道位置、埋藏深度等有关因素圈定出隧道集水面积；再根据区域水文地质资料和本工程实际情况合理确定降水入渗系数；日平均降水量为结合当地气象资料和经业务人员的指导下现场取得的实测成果。
Qs＝1000·α·X·Ａ
α—降水入渗系数选用0.18
X—日平均降水量（mm）取雨季日平均降雨量，按不同降水等级并结合实测进行取值，小雨的日平均降雨量取8.5mm；中雨的日平均降雨量取24.5mm；大雨的日平均降雨量取44.5mm；暴雨的日平均降雨量取78.5mm。
Ａ—隧道通过含水体地段的集水面积（km2）圈定为0.37km2。
按公式（二）对不同Ｘ日平均降水量在雨季渗入隧道涌水量进行计算，其成果见表1。
表1 日平均降水量在雨季渗入隧道涌水量计算成果表
从表3的计算结果中，可以看出不同降雨时段的实测单位涌水量减去晴天时段内隧道本身存水的单位涌水量之差值，与预测隧道单位涌水量基本上相符具有一致性。减去晴天时段隧道本身固有存水单位涌水量之后的实测隧道单位涌水量，总体上虽比预测隧道单位涌水量略大一点，但其差值不影响预测各降雨强度时间段隧道单位涌水量的计算精度，因此所选计算方法、计算公式、各种计算参数与结果等具有科学合理性。
6、结论与建议
预测隧道涌水量的计算方法有很多种，不同的计算方法都有其适用条件和各自优缺点，应根据隧道所处的地形、地貌、地层岩性、地质构造，水文地质条件，隧道结构及埋深等条件下合理地选择评价方法，对隧道正常施工和降低隧道施工风险具有十分重要的意义，本工程根据上述等条件采用日降水入渗法，在雨季对本隧道涌水量进行预测预报，并得出以下结论与建议。
（1）首先在隧道施工过程中形成天气预报、降雨量现场实测的管理和观测体系，对隧道涌水量预测计算和实测结果经分析对比形成降雨量和隧道涌水量相关连的数据链，最后全面形成完整的预测预报体系。根据预测和预报结果提前采取相应防、堵、排和加固等措施，特别是对安全通过围岩破碎地段时加强预防措施更为重要。在２个雨季的隧道施工预报过程中，特别是对隧道安全有危害的大雨或暴雨的成功预报，提前采取预防措施后隧道均能正常施工，并为整个隧道顺利贯通提供了技术支撑和基本保证，所以本文采用日降水入渗法在雨季对本隧道涌水量预测是科学合理的。
（2）在隧道涌水量预测评价中采用年平均降雨量的较多，成功案例也不少，而在雨季采用日平均降雨量来预测和评价隧道涌水量的成果见之不多，新建隧道应根据隧道所处的工程地质和水文地质条件、气象条件，隧道结构及埋深等条件下，对日平均降雨量的隧道涌水量加以总结，形成具有较强应用性的成果，同时密切关注天气预报并和当地气象台站保持畅通的沟通渠道，加强和提高降水量的现场实测水平，形成较完备的隧道涌水量管理和预报体系，是必对隧道在雨季施工过程中降低风险起到积极作用。
参考文献：
[１]铁道第一勘察设计院.ＴＢ100049-2004 Ｊ339-2004铁路工程水文地质勘察规范[Ｓ].中国铁道出版社2004.
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[５]中铁第五勘察设计院集团有公司，阿扎铁路新发隧道地质勘察报告.2008.5.
论文作者:孙向明
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/27
标签：隧道论文; 水量论文; 入渗论文; 雨季论文; 裂隙论文; 降雨量论文; 降水量论文; 《防护工程》2018年第28期论文;