高速公路隧道與水庫之間的水力聯系分析

■陳 瀚

(福建省交通規劃設計院有限公司，福州 350004)

1 工程概況

某隧道位于長樂區猴嶼鄉附近， 該隧道為分離式隧道，單洞凈寬14.75m，凈高5m。 隧道右洞起迄樁號YK2+739～YK5+894， 長3155m; 左洞起止樁號ZK2+684.065～ZK5+822，長3137.94m;進口洞門采用端墻式，出口洞門采用削竹式。

2 隧址區工程地質條件

2.1 地形地貌

隧址區屬剝蝕丘陵地貌，地形起伏較大。隧道進口附近天然坡度一般約15～20°，出口坡度約30～35°，植被較發育，地表表層覆蓋1～3m 坡積粘土，偶夾孤滾石。 隧道右線YK4+220～YK5+000 左側約250～360m 處地表有一水庫，為附近村民生活、生產用水水源地。 該水庫水域面積約5 萬m2，大部分水域水深約2～3m，最大水深5m 以上，低水位標高約154m，高水位標高約156m，水位變幅約2～3m。 隧道洞頂標高約58m，水庫庫底標高約152m，高差約94m。 旱季總庫容約15 萬m3，高水位時庫容約25萬m3，水庫庫底淤積粘性土層，厚約1～2m，水庫周邊多可見強風化花崗巖，北東側局部可見基巖出露。

2.2 地質構造和地震

隧址區位于新華夏巨型構造體系的第二隆起帶東南緣，閩東火山斷拗帶東部，長樂-南澳斷裂帶北端。 受長樂-南澳斷裂帶影響， 沿線地質構造以北北東向-北東向構造為主。據區域地質資料和本次勘察成果，沿線未見有褶皺發育，地質構造以斷裂、節理帶、劈理帶為主發育構造帶3 條，節理密集帶4 條，其中F5 構造帶為連接水庫和隧道的斷裂構造，對洞身圍巖級別影響明顯。

根據《中國地震動參數區劃圖(GB18306-2015)》福建省區劃一覽表以及 《國道主干線福州繞城公路東南段線路工程地震安全性評價報告》，沿線場地地震基本烈度為7 度；設計基本地震動加速度值為0.10g；標準場地反應譜特征周期值為0.45s。

2.3 地層巖性

根據工程地質調繪及鉆探成果表明， 隧址區表層多為第四系殘坡積土，下伏燕山晚期(γ35)花崗巖及其風化層，局部為侏羅系南園組(J3n)凝灰熔巖及其風化層。

2.4 水文地質條件

本隧道位于閩江右岸的丘陵山地， 隧道區內地表水流(體)主要為山間溝谷中的溪流和中部YK4+220～YK5+000 左側約250～360m 處地表的水庫，該水庫為附近村民生產和生活用水水源地， 補給來源主要為水庫四周山體短期降雨匯集及山間泉水流入。

3 隧道與水庫之間的水力聯系分析

為了查明隧道與水庫之間的水力聯系， 本次勘察采用了工程地質調繪、物探EH4 大地電磁法、鉆探、抽注水試驗等多種勘察手段。

3.1 工程地質調繪

據區域地質資料，F5 斷層產狀為：110°∠80°，為陡傾角的斷層構造帶。鉆探揭示F5 斷層寬度約為2～3m，為壓扭性斷層。 對F5 斷層進行地表調繪，沿水庫周邊進行追蹤調查，地表未見明顯的斷層構造特征跡象，僅在水庫南岸即靠隧道一側有一組與斷層產狀基本平行的北東向平直節理，節理延伸可見長度一般大于5m，裂隙面大多閉合無充填，但個別張開寬度可達2.0～15.0mm。 該斷層帶距離隧道進口約1.52km，離隧道出口約1.63km，位于隧道中部，沿隧道軸線方向為單面坡反坡，宜合理安排施工進度，以利施工排水。 隧道與水庫關系見圖1。

圖1 隧道與水庫間關系

3.2 物探

為進一步確定F5 斷層的規模、產狀及隧道施工開挖對水庫的影響，在初勘物探(EH4 大地電磁法)成果的基礎上， 于隧道軸線YK3+800～K4+800 兩側各約120m 處增加2 條與隧道軸線平行的物探測線。 經對三條物探線(CW2、CW2A、CW2B)探測成果綜合對比分析，三條測線與F5 斷層相交的區域，三條物探測試成果均顯示為低阻異常帶， 表明三條物探測線探測成果之間存在一定的一致性，且與F5 斷層及其影響帶存在一定的相關性。 三條物探成果見圖2、圖3 和圖4。

圖2 物探成果1

圖3 物探成果2

圖4 物探成果3

3.3 鉆探

本隧道勘察針對斷層F5 布置了鉆孔CS22， 鉆孔布置在斷層上盤，鉆孔穿過隧道底板以下不小于8m。 根據鉆探揭示，鉆孔CS22 于深度約157.8～160m 揭示為F5 斷層帶，帶內巖芯破碎，可見斷層泥發育，RQD 小于30%，Kv 約0.47，裂隙面可見鐵錳質浸染，多見褐鐵化現象，無充填，裂隙多呈陡傾角狀，傾角約75～80°。 隧道、水庫、鉆孔及構造的剖面關系見圖5。

圖5 水庫與隧道關系工程地質剖面示意圖

3.4 抽水試驗

為了進一步查明斷層F5 的滲透性和賦水性，本隧道對CS22 鉆孔進行了抽水試驗，完成3 個降升，每個降升大于1m， 采用承壓水完整井公式計算出F5 斷層滲透系數K 為0.165m/d。 根據庫薩金公式計算出隧道開挖中F5斷層處地下水降低后形成的降水漏斗半徑R 約600m，水庫部分已在漏斗半徑內， 故隧道開挖排水對水庫有較大影響。 抽水試驗模型見圖6，計算成果見表1。

根據以上幾點綜合分析認為， 由于滲透性較好的斷層F5 相應隧道路段存在有明顯的物探低阻異常帶，說明水庫與隧道之間可通過斷層F5 產生水力聯系，故隧道施工開挖對水庫有較大影響，隧道施工期間，庫水可能沿斷層F5 發生滲漏，還可能改變地下水徑流條件。 根據古德曼經驗公式計算出F5 斷層所在的隧道段處左、右洞正常涌水量均約1022.77m3/d，實際涌水量還受其它條件(如施工工藝、堵水方案、季節變化、雙洞的互相干擾等)的控制，可能與估算值有一定差異。

表1 計算成果表

圖6 抽水試驗模型

4 結束語

高速公路中隧道與水庫有水力聯系的并不鮮見，可以通過工程地質調繪、物探EH4 大地電磁法、鉆探、抽注水試驗等多種勘察手段查明隧道與水庫的這種聯系。 而這種水力聯系在隧道施工時可能造成水庫滲漏， 影響隧道施工的安全和當地居民的生活、生產用水，建議隧道施工過程中，全過程對水庫進行嚴格的監控措施，對隧道采取超前水平鉆孔，紅外探水等措施，并應做好防堵水預案措施。