長安高速公路深埋長隧道水文地質問題分析

付金銳 李省 趙強

(黃河勘測規劃設計有限公司，河南鄭州 450000)

1 工程概況

長安高速公路深埋長隧道位于山西省東南部，屬碳酸鹽巖低中山地貌。隧道斷面7.0 m×10.5 m，洞長13 100 m，洞口底板設計標高895.00 m，洞體最大埋深610 m，為深埋長隧道。

2 隧址區基本工程地質條件

隧址區地貌類型總體上屬碳酸鹽侵蝕山區，地貌單元屬碳酸鹽巖低中山地貌。區內溝谷發育，山勢險峻。海拔高程界于820 m～1 610 m之間，相對高差530 m～790 m。隧址區巖性表層少量第四系堆積物，厚度不大，下覆奧陶系(O)中統、下統及寒武系(∈)中厚層狀灰巖、白云質灰巖、泥灰巖等。巖石較完整，堅硬。

3 隧址區水文工程地質條件

3.1 深層地下水的性質與賦存條件

隧址區地下水為深層巖溶裂隙水，埋深大，深度超過百米，有的段深達數百米。主要分布在寒武(O)～奧陶系(∈)石灰巖地層當中。寒武系中統張夏組灰巖裂隙比較發育，裂隙聯通性較好，為本隧址區的主要的富水地層，富水范圍受構造裂隙的發育程度和發育范圍的控制。其下的奧陶系馬家溝組灰巖、白云質灰巖等構造裂隙發育程度相對差，富水性次之。在本區含水系統中，寒武系下統的紫紅色砂巖為隔水層，是區域隔水底板。

工程勘察期間對12個地質鉆孔進行了鉆孔穩定水位觀測(見表1)。水位觀測資料顯示地下水位變化大，規律性不強，地下水在巖層中呈帶狀、窩狀分布，水力聯系弱，并無統一的地下水位。隧址區水位變化大，水位變幅935.15 m～1 141.00 m，埋深在103.64 m ～377.76 m。

表1 鉆孔穩定地下水位觀測成果表 m

根據工程區水文調查，隧址區附近發育多處泉水，泉水出露標高多在1 000 m左右，與XKZ123，XKZ125，XKZ126鉆孔段地下水位935.15 m～1 034.24 m水位相當。根據地下水和泉水進行水質分析試驗表明，鉆孔中地下水與泉水水化學類型均為HCO－3—Ca2+—Mg2+，屬碳酸巖溶裂隙水，為同一單元地下水系統。

3.2 地下水的補排

隧址區屬中低山地貌，溝壑縱橫，山體陡峭，巖體受構造和剝蝕地質作用影響，其構造裂隙以及卸荷裂隙比較發育，加之第四系覆蓋層薄，巖體多裸露，為大氣降水的補給提供了條件。地下水以泉的形式排泄。泉水均為下降泉，根據測量泉水徑流不大，一般在10 L/min以下。

3.3 水文試驗

為評價隧洞圍巖巖體的滲透性，試驗手段采用鉆孔壓水水文試驗。試驗方法采用五點法(試驗壓力 0.3 MPa/0.6 MPa/1.0 MPa/0.6 MPa/0.3 MPa)，試段長均為 5 m，最大試驗壓力采用 1.0 MPa。

試驗結果統計見表2。

表2 壓水試驗統計表

4 隧道涌水量估算與影響分析評價

隧址區位于山西低中山區貧水區，地下水埋藏較深。根據隧址區調查，區內以散狀滲漏為主，弱～中等透水，此外，集中滲漏通道比如斷裂構造等不發育，隧道雨季大量涌水現象出現的幾率性不大，但可能會出現滴水或涌水現象。

4.1 隧道巖體不同涌水區段的劃分與涌水量估算方法的選擇

根據地下水的賦存條件，以XKZ128鉆孔為界，XKZ128鉆孔至隧道出口段，地下水在隧道底板標高以下，涌水量采用大氣降水入滲法計算;XKZ128鉆孔至隧道進口段，隧道多在地下水位以下，涌水量采用地下水動力學法計算。

4.2 地下水位以上段涌水量估算

采用大氣降水入滲法計算。采用式(1):

其中，Q為隧道涌水量，m3/d;A為匯水面積，m2，按涌水影響面積來計算;α為入滲系數;w為多年平均降雨量，mm;d為降雨期天數。

涌水量估算結果:估算涌水量約5 500 m3/d，每天隧道延米入滲量 0.40 m3/(d·m)。

4.3 地下水位以下段涌水量估算

其中，Qs為涌水量，m3/d;K為滲透系數，m/d;H為洞底以上潛水含水體厚度，m;h為洞內排水溝假設水深，m;Ry為涌水段的引用補給半徑，m;L為隧道通過含水體的長度，m;r為洞身橫斷面等價圓半徑，m。

估算結果:估算涌水量約14 500 m3/d，每天隧道延米涌水量4.0 m3/(d·m)。隧道涌水量較大。

采用地下水動力學法估算。采用式(2):

5 結語

隧址區地處碳酸鹽侵蝕低中山區，屬巖溶裂隙水。含水地層為寒武、奧陶系灰巖、白云巖和泥灰巖，奧陶下統紫紅色砂頁巖為區域隔水底板。以大氣補給、泉水排泄為主。地下水埋深較深，呈帶狀、窩狀分布，無統一地下水位。隧道圍巖以弱～中等透水為主，隧道進口至XKZ128鉆孔段隧道位于地下水位以下，涌水量估算不超過5.00 m3/(d·m)，其余段涌水量很小。隧道涌水段可能出現涌流狀出水現象，施工中需要采取必要的排水措施。