錦峰隧道的水文地質(zhì)問題分析

■傅洪金

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350004)

1 序言

對于圍巖以火山熔巖、火山碎屑巖為主的山區(qū)隧道，許多工程技術(shù)人員和業(yè)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為其水文地質(zhì)條件大多較為簡單，從而對這類隧道的水文地質(zhì)問題不夠重視。但向莆鐵路青云山隧道和福建高速公路石鼓山隧道、錦峰隧道等工程的實(shí)踐表明，以火山熔巖、火山碎屑巖為主的山區(qū)隧道當(dāng)補(bǔ)給來源較為豐富、地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜時，水文地質(zhì)條件往往較為復(fù)雜，施工中易出現(xiàn)突水、涌水、地表水滲漏、泉井干涸甚至突泥等工程問題，給隧道施工及圍巖穩(wěn)定帶來不利影響，有些還造成當(dāng)?shù)仫嬘盟?、生產(chǎn)水源枯竭等問題。

本文通過對福廣高速公路福建仙游段錦峰隧道水文地質(zhì)問題的探討，為分析、研究以火山熔巖、火山碎屑巖為主的山區(qū)隧道水文地質(zhì)問題提供參考。

2 隧道工程地質(zhì)條件

錦峰隧道位于仙游城區(qū)西北方向約3.0km 的錦峰村境內(nèi)，為雙洞分離式隧道。隧道軸線大致呈南北走向。當(dāng)?shù)貙儆诟＝ㄑ睾啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量1485mm，雨季在三至九月份，雨量最多五至六月份，七至九月份常有臺風(fēng)侵襲。

隧址區(qū)屬侵蝕-剝蝕丘陵地貌，穿越錦峰村，地形起伏較大，沿隧道軸線地形總體上呈倒“V”字形，進(jìn)口處地面高程195～200m，出口地面高程170～175m，隧道軸線最高點(diǎn)高程482m，高差約256～282m，地表植被較發(fā)育。山坡自然坡度一般20～30°。

該隧道區(qū)地層巖性以侏羅系南園組(J3n)凝灰熔巖為主（圖1），地表大多覆蓋有厚度0～6.0m 不等的坡殘積粘性土層，局部有燕山期侵入的花崗斑巖（γπ53）。隧道區(qū)內(nèi)巖石風(fēng)化均勻性差，全、強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度0～35m 不等，其中山脊地段風(fēng)化厚度大。

隧道區(qū)域上位于閩東火山拗陷帶之福鼎—云霄斷陷帶中部，仙游—漳平東西向斷裂帶北側(cè)。據(jù)地質(zhì)測繪、鉆探及物探成果，隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要為斷裂發(fā)育和酸性巖脈侵入，共發(fā)育有11 條構(gòu)造破碎帶或裂隙密集帶（表1）。

圖1 錦峰隧道工程地質(zhì)平面圖

表1 主要斷裂構(gòu)造及節(jié)理帶特征一覽表

3 水文地質(zhì)條件

隧道區(qū)內(nèi)地下水主要為風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水和基巖裂隙水。前者賦存于巖石風(fēng)化帶內(nèi)，一般富水性較差，主要接受大氣降水補(bǔ)給，向溝谷排泄，地下水位隨季節(jié)變化較大，對隧道洞口段的圍巖穩(wěn)定和施工影響較大?；鶐r裂隙水則主要賦存于節(jié)理裂隙密集帶和斷層破碎帶中，受大氣降水和地表水補(bǔ)給，其中南北向斷層F2、F10 和北西向斷層F3、F5、F6、F8、F9 等斷裂構(gòu)造為導(dǎo)水帶。F3、F5、F6、F8 有后期花崗斑巖脈發(fā)育，脈體兩盤節(jié)理發(fā)育，富水性較好，為含水?dāng)鄬印K265、SK658 鉆孔揭露F2、F3、F8 斷層時發(fā)生涌水現(xiàn)象，涌水水頭分別高出孔口約5.6m、2.8m，涌水量分別達(dá)52.5、32.3 m3/d。該隧道區(qū)地表水較發(fā)育，均為山間溪水，主要受大氣降水補(bǔ)給，向溝谷低洼處排泄，流量隨季節(jié)變化較大。其中1 號溪分布在隧道東側(cè)約70～190m，總體上與隧道并行，流向近正南，但上游端所在溝谷拐向隧道，并與隧道相交，流向總體向南，于K100+700 左230m 處匯入5 號溪，雨季流量約60～75L/s，旱季流量約20～30 L/s。2 號溪近垂直橫穿隧道軸線，交于隧道K100+882，流向近正東，雨季流量約45～55L/s，旱季流量約16～22 L/s；該溪于K100+980左182m 處匯入1 號溪。3 號溪分布在隧道YK100+482-YK100+871 段的右側(cè)約37～92m，與隧道軸線并行，流向近正南，于YK100+871 左67m 處匯入2 號溪。4 號溪位于隧道進(jìn)口外側(cè)，對隧道無影響。5 號溪分布1 號溪東側(cè)，流向南偏西，于K100+700 左230m 處和1 號溪匯合后向南與隧道并行，再于K100+980 左182m 處與2 號溪匯合后往南匯入另一溪流，為區(qū)內(nèi)最大溪流。

由于巖石風(fēng)化帶多為弱透水層，一般富水性較差，且近洞口段隧道施工時地下水位降深小，故隧道揭露巖石風(fēng)化帶弱含水層時的涌水量不大。所以，本隧道涌水量主要集中在含水的節(jié)理裂隙密集帶和斷層破碎帶、巖脈中。

勘察期間，根據(jù)鉆探揭示和大地電磁法勘探成果分析，F(xiàn)2、F3、F5、F6、F8、F9 和F10 斷層透水性較好。F10 因分布于隧道出口處。地下水位低于隧道底板，對隧道涌水量影響不大。以K99+680 山脊線分水嶺為界，進(jìn)口至K99+680 山脊線分水嶺段的隧道涌水量主要受F5、F6 控制，形成交叉帶狀地下含水體系；K99+680山脊線分水嶺段至出口段隧道涌水量主要受F2、F3、F8、F9 控制，構(gòu)成了以F2 為主要聯(lián)通通道的羽狀條帶含水體系。由于F2、F9 分別切過1 號、3 號溪、2 號溪，隧道開挖施工易導(dǎo)致1 號溪、3 號溪、2 號溪的滲漏補(bǔ)給地下水。

該隧道K99+600～K99+900 左側(cè)為錦峰村，該段隧洞埋深約150m 當(dāng)?shù)仫嬘盟粗饕獮镴1 深水井（鉆孔成井）和J3 泉點(diǎn)及J2 水井；K100+600～K100+800 右側(cè)為后坑村，當(dāng)?shù)仫嬘盟粗饕獮楦浇介g泉水。當(dāng)?shù)剞r(nóng)田灌溉及其他用水均取附近山間溪水。因J3 泉點(diǎn)位于F3 斷層帶上，故隧道開挖施工易導(dǎo)致該泉點(diǎn)枯竭、干涸。

隧道施工表明，上述水文地質(zhì)條件的分析結(jié)論正確，與隧道開挖情況相吻合。

4 隧道水文地質(zhì)問題分析

4.1 隧道涌水量估算

該隧道勘察報(bào)告采用二種方法對隧道涌水量進(jìn)行預(yù)測。一是根據(jù)鐵道部《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》（TB10049-2004）附錄B 地下水動力學(xué)法古德曼經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測隧道單洞最大涌水量，采用佐藤邦明經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測隧道單洞正常涌水量。估算結(jié)果為：單洞最大涌水量3140 m3/d；單洞正常涌水量2606m3/d。二是采用《水文地質(zhì)手冊》水平集水建筑物涌水量計(jì)算公式計(jì)算隧道涌水量，估算單洞涌水量為2300m3/d。兩種估算的涌水量均明顯偏小，實(shí)際開挖施工中的單洞最大涌水量約達(dá)6000m3/d；左洞正常涌水量約4600m3/d。

根據(jù)勘察報(bào)告采用的計(jì)算方法和有關(guān)參數(shù)取值等方面的分析，筆者認(rèn)為導(dǎo)致隧道涌水量估算誤差的原因有以下三個：

（1）滲透系數(shù)K 值計(jì)算有問題，涌水量計(jì)算公式不合適?？辈靾?bào)告主要根據(jù)CK265、SK658 兩個涌水鉆孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)，根據(jù)水平無限承壓含水層試驗(yàn)公式求得K 值。但抽水試驗(yàn)最大降深僅隧洞埋深的1/5 左右且總抽水時間不足50h，試驗(yàn)誤差較大；因含水層主要為構(gòu)造帶（含巖脈），因構(gòu)造帶兩側(cè)為相對隔水層，在降深不大、抽水時間不長的條件下，采用無限承壓含水層試驗(yàn)公式計(jì)算所得的K 值明顯偏小。建議采用有關(guān)帶狀含水層的抽水試驗(yàn)計(jì)算公式計(jì)算K 值。

（2）隧道涌水量采用適用于通過厚層潛水含水層的經(jīng)驗(yàn)公式（古德曼公式、佐藤邦明公式）計(jì)算也顯然不妥，應(yīng)采用隧洞通過斷層含水帶的有關(guān)計(jì)算公式更為合理，對于斷層含水帶鉆孔抽水試驗(yàn)計(jì)算公式和隧洞通過斷層含水帶的計(jì)算公式，可查閱《水文地質(zhì)手冊》等規(guī)范、手冊及其他有關(guān)資料，在此不再論述。

（3）未考慮地下水下滲補(bǔ)給的影響。由于F2、F9分別切過1 號、3 號溪、2 號溪，且3 號溪、2 號溪的溪谷中明顯有花崗斑巖脈和構(gòu)造破碎帶發(fā)育，所以隧道開挖因地下水排泄，將導(dǎo)致1 號、3 號溪、2 號溪滲漏補(bǔ)給地下水。

4.2 隧道突、涌水

因F3、F5、F6、F8 有后期花崗斑巖脈發(fā)育，脈體兩盤節(jié)理發(fā)育，構(gòu)造寬度較大，富水性較好，故隧道開挖揭示上述構(gòu)造帶、脈巖時可能發(fā)生突、涌水現(xiàn)象。隧道施工中，ZK100+024 炮眼鉆孔時因揭示F8 構(gòu)造破碎帶及花崗斑巖脈時發(fā)生了突水現(xiàn)象，炮眼水流噴射遠(yuǎn)達(dá)3.0～6.5m，突水流量約5200m3/d，在采用水平排水孔進(jìn)行泄水處理后，原涌水的CK265、SK658 兩鉆孔水位下降了100 多米，J3 泉點(diǎn)流量也急劇減小。ZK100+060～ZK100+045 段隧洞開挖揭示F9 斷層時地下水呈淋雨?duì)畛鏊99+420～K99+520 段因揭示F6、F5 斷層和花崗斑巖脈而出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，地下水成涌泉狀、淋雨?duì)畛鏊?，該段涌水量達(dá)1200～1500m3/d。隧道突、涌水導(dǎo)致隧道施工受到嚴(yán)重影響，被迫增強(qiáng)了圍巖支護(hù)措施和襯砌結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與厚度，加大工程費(fèi)用，延長了工期。圖2 為隧道涌水現(xiàn)象。

圖2 ZK100+024 炮眼涌水現(xiàn)象

4.3 地表水流、井泉的滲漏、干涸

F2、F9 分別切過1 號、3 號溪、2 號溪，隧道開挖施工因ZK100+060～ZK100+000 揭穿F9、F8 及含水花崗斑巖脈，導(dǎo)致1 號溪、3 號溪、2 號溪的流量明顯減少，其中3 號溪、2 號溪在隧道揭穿F9、F8 及其間的含水花崗斑巖脈約2 個多月后（當(dāng)時為旱季）干涸，1號溪則僅為原有的1/4 左右，J3 泉點(diǎn)流量減少了60%左右，給錦峰村、后坑村村民的生活、生產(chǎn)帶來了明顯的影響，尤其是后坑村。

4.4 高水壓力

錦峰隧道洞身段地下水位至隧洞頂板深度達(dá)120～250m，靜水壓力大，對隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)增加了較大的附加壓力。為減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的水壓力，一般可采用泄水方式進(jìn)行減壓，但因此導(dǎo)致了地下水位的下降和地表水流、井泉流量的減小甚至干涸，影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈蜕a(chǎn)活動。所以，筆者認(rèn)為，加大隧洞圍巖壓力注漿的厚度和注漿量，提高注漿漿體的強(qiáng)度和防水性能，采取有效防水措施，既減少隧道的涌水量和隧道施工對當(dāng)?shù)厮沫h(huán)境的影響，又增強(qiáng)隧道圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，是隧道工程技術(shù)的重要發(fā)展方向。

5 結(jié)語

（1）以火山熔巖、火山碎屑巖為主的山區(qū)隧道地下水主要為構(gòu)造裂隙水，涌水量主要集中在含水的節(jié)理裂隙密集帶和斷層破碎帶、巖脈中。

（2）酸性脈巖一般透水性較強(qiáng)，多為含水帶。張性斷層透水性、富水性一般較壓扭性斷層好。

（3）因構(gòu)造帶兩側(cè)為相對隔水層，在降深不大、試驗(yàn)抽水時間不長的條件下，采用無限承壓含水層試驗(yàn)公式計(jì)算所得的K 值明顯偏小，建議建議采用有關(guān)帶狀含水層的抽水試驗(yàn)計(jì)算公式計(jì)算K 值。

（4）隧道區(qū)內(nèi)溝底有脈巖或構(gòu)造破碎帶、節(jié)理帶發(fā)育的地表水流，隧道施工易導(dǎo)致地表水滲漏和干涸，從而影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳睢⑸a(chǎn)用水，應(yīng)加強(qiáng)防水措施。

（5）隧道開挖揭示含水的節(jié)理裂隙密集帶、斷層破碎帶、巖脈時常出現(xiàn)突、涌水現(xiàn)象，部分甚至可能出現(xiàn)流泥現(xiàn)象，影響施工安全和圍巖穩(wěn)定，應(yīng)采取超前支護(hù)和防水措施。

（6）山區(qū)深埋隧道往往出現(xiàn)有地下水高水壓力對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響問題，如何采取有效防水措施，既減少隧道的涌水量和隧道施工對當(dāng)?shù)厮沫h(huán)境的影響，又增強(qiáng)隧道圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，是今后隧道工程技術(shù)的重要發(fā)展方向。

（7） 隧道水文地質(zhì)勘察應(yīng)采用物探、測繪、鉆探、水文試驗(yàn)等綜合手段進(jìn)行，鉆孔抽水試驗(yàn)最大降深盡可能大些，確保有完整的Q(S)-t 和Q（q）-S 曲線。當(dāng)有地表水的補(bǔ)給影響時，試驗(yàn)時需有足夠大的鉆孔涌水量，抽水時間也應(yīng)延長至地表水流量明顯變化之后。

[1]福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院.沈海復(fù)線仙游至南安金淘高速公路莆田段工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].

[2]福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院.沈海復(fù)線南安金淘至安溪高速公路工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].2008.

[3]TB10049-2004,鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程.2004.

[4]水文地質(zhì)手冊[S].北京:地質(zhì)出版社,1978.

[5]中華人民共和國交通部.JTG C20-2011,公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2011.

[6]DL/T 5213-2005,水力水電勘察鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[7]王家服.隧道涌水量計(jì)算探討[J].鐵道學(xué)報(bào),1994,16(4).