廣東某隧道與鄰近水庫的水力聯(lián)系研究分析

關(guān)宏偉 （廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510507）

1 項目概況

項目位于廣東省中南部山區(qū)，隧道為分離式中隧道（洞口小凈距），左線隧道長968m，進(jìn)口洞門采用削竹式，出口洞門采用端墻式，坡度1.000%，隧道最大埋深約162.5m；右線隧道長976m，進(jìn)口洞門采用削竹式，出口洞門采用端墻式，坡度1.000%，隧道最大埋深約145.5m。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

項目區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌，地形起伏較大，地面標(biāo)高43-5～226.2m，最大相對高差約182.7m。山體覆蓋層較厚，植被較茂密，生長灌木，種植有桉樹等。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

項目區(qū)位于粵中-粵西差異性斷隆區(qū)。受北西向構(gòu)造帶的控制，從而形成主要呈北西-南東方向展布的山嶺和谷地(或盆地)的地貌組合，在新構(gòu)造時期以差異性斷塊升降運(yùn)動為特色。其斷塊升降運(yùn)動幅度總體較小，斷塊山地的海拔高程一般數(shù)百米。地質(zhì)構(gòu)造以新華夏構(gòu)造體系為主，距離隧道較近的斷裂構(gòu)造有大良—市橋斷裂、新會斷裂。

大良—市橋斷裂為珠江三角洲中部一條NE向推測斷裂。南西自順德大良延至番禺市橋，黃玉昆等認(rèn)為該斷裂延伸至江門及新會等地，地形地貌及水系有一定的反映，但大部分地段被第四系覆蓋，連續(xù)性較差。據(jù)新會和市橋局部地段鉆探發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造巖，總體產(chǎn)狀NE40～60°/SE∠60～70°。研究表明，該斷裂在中更新世晚期或晚更新世早期有過多次強(qiáng)烈活動。從區(qū)域地質(zhì)圖看，大良—市橋斷裂距離本項目還有一定距離，且在地質(zhì)調(diào)繪中未發(fā)現(xiàn)本斷裂形跡，推測斷裂對項目影響不大。

新會斷裂東北起于東江口，往西南經(jīng)石樓、沙灣、東鳳、小欖、古鎮(zhèn)、外海、會城至開平單水口附近，為新會盆地北界，走向40°～60°，傾向南東，傾角60°～70°，為正斷層。在新會奇榜和外海的麥園、西江邊可見斷裂的構(gòu)造形跡，表現(xiàn)為兩盤巖層的強(qiáng)烈的擠壓和撓曲。本斷裂位于項目左側(cè)，其主體斷裂未與線位相交，距離線位東南方向2.5km處發(fā)育一條新會斷裂配套斷裂，走向25°～35°，傾向南東，傾角30°，為一實測正斷層。該斷層與線位總體走向平行，對隧道的影響主要體現(xiàn)在節(jié)理裂隙的發(fā)育。

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪成果，隧道區(qū)域內(nèi)測得節(jié)理裂隙產(chǎn)狀。

2.3 地層巖性

根據(jù)鉆探及調(diào)繪成果，隧址區(qū)地層巖性為第四系坡殘積粉質(zhì)粘土、燕山期花崗巖及其風(fēng)化層組成。坡殘積土層、全～強(qiáng)風(fēng)化巖巖質(zhì)極軟，遇水易軟化崩解，中風(fēng)化層巖質(zhì)較硬～堅硬，微風(fēng)化層巖質(zhì)堅硬。地震折射法將波速差異界面以上歸并為覆蓋層，結(jié)合地表情況，推斷覆蓋層由粉質(zhì)粘土、全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成，隧道區(qū)間覆蓋層層厚在1.7m～32.9m之間，縱波波速在460m/s～930m/s之間，較松散，穩(wěn)定性較差。地震折射法將波速差異界面以下歸并為基巖，基巖由中、微風(fēng)化巖組成，測線隧道區(qū)間縱波波速3980m/s～5210m/s，根據(jù)波速推斷，基巖巖體比較完整。

2.4 水文地質(zhì)

隧道位于構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)，地表水總體不發(fā)育，主要為大氣降雨形成地表水沿山谷匯流，山谷常年流水。隧址區(qū)地下水類型為第四系松散層孔隙水及基巖裂隙水，分別賦存于坡殘積層、基巖巖層中，水位埋深隨季節(jié)變化，水量受基巖裂隙發(fā)育程度影響，局部可能富集。地下水受大氣降雨及側(cè)向徑流補(bǔ)給為主，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流為主要排泄方式。

3 水庫基本特征

隧道左側(cè)約400m存在一小型水庫，由分水嶺分割。該水庫以防洪為主，保證灌溉，目前作為魚塘及鴨場。水庫集雨面積0.23km，總庫容9萬m，水深一般1m～2m，最大水深處未超過5m。水庫水面標(biāo)高約122m，下游筑一壩體，標(biāo)高約144m，庫區(qū)段隧道設(shè)計高程48.90m～58.9m，設(shè)計洞高 9.3m，目前水庫水位與隧道設(shè)計洞頂之差約54.6m～63.8m。

4 勘察方法與實施

4.1 水文地質(zhì)調(diào)查

該次水文地質(zhì)調(diào)查工作采用路線調(diào)查的方式，使用手持GPS進(jìn)行調(diào)查點定位，以提高野外工作質(zhì)量與效率。重點對隧址區(qū)與水庫所在區(qū)域進(jìn)行斷裂帶、構(gòu)造裂隙以及水庫附近地下水流向、流量、地下水露頭、滲漏段等的調(diào)查工作。

圖1 隧道與水庫位置圖

抽水試驗滲透系數(shù)計算表

4.2 水文地質(zhì)參數(shù)試驗

針對庫區(qū)段隧道開挖遇到的中～微風(fēng)化花崗巖，對該區(qū)段4個勘探鉆孔進(jìn)行了穩(wěn)定流抽水試驗。此次試驗取得了中～微風(fēng)化花崗巖的滲透系數(shù)，根據(jù)抽水試驗成果計算得中～微風(fēng)化花崗巖滲透系數(shù)K為0.0145m/d～0.0209m/d，根據(jù)試驗結(jié)果，考慮隧道圍巖裂隙的不均勻性，按不利因素考慮，隧址區(qū)中～微風(fēng)化巖的滲透系數(shù)根據(jù)裂隙發(fā)育程度及巖體完整性，按0.01m/d～0.2m/d取值。具體試驗成果見上表所示。

擬建隧道位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，隧道地下水以基巖裂隙水為主，基巖裂隙水局部發(fā)育，地下水補(bǔ)給主要為大氣降水補(bǔ)給。運(yùn)用穩(wěn)定流理論公式法進(jìn)行隧道涌水量的計算。根據(jù)抽水試驗成果，結(jié)合隧址區(qū)水文地質(zhì)條件，隧道涌水量預(yù)測采用裘布依穩(wěn)定流理論公式進(jìn)行估算。

裘布依公式

式中：Q—單側(cè)進(jìn)水涌水量，m/d；

B—隧道穿過含水層中的長度，976m；

K—含水巖層的滲透系數(shù)；

H—隧道底面以上含水巖層平均厚度；

h—水位下降曲線在隧道邊墻上的高度，設(shè)為0；

R—隧道排水影響寬度（利用《鐵路工程地質(zhì)手冊》經(jīng)驗公式R＝2S（HK）計算），m。

計算結(jié)果表明，SDZK3隧道單洞一般涌水量（單側(cè)進(jìn)水）784.8m/d；SDZK4隧道單洞一般涌水量（單側(cè)進(jìn)水）1162.6m/d；XKSD5隧道單洞一般涌水量（單側(cè)進(jìn)水）967.0m/d；XKSD6隧道單洞一般涌水量（單側(cè)進(jìn)水）1395.1m/d。

因此，根據(jù)穩(wěn)定流理論公式法計算得隧道雙側(cè)進(jìn)水涌水量SDZK3約1569.6m/d、SDZK4約2325.2m/d、XKSD5約1934m/d、XKSD6約2790.2m/d，平均2154.8 m/d。從工程最不利方面考慮，取隧道一般涌水量取最大值2790.2m/d。

4.3 地球物理勘探

該次物探勘測采用地形圖電子文件和測線里程進(jìn)行測線布設(shè)，采用中海達(dá)RTK按10m點距放樣，中間采用測繩內(nèi)插電極點。根據(jù)測量點，采用皮尺、側(cè)繩等布置測點、測線，測點平面定位誤差小于0.1m，高程誤差小于0.2m。本次物探共布置測線5條，測線位置示意圖，如圖2所示。

圖2 物探測線布置圖

數(shù)據(jù)采集完畢后，采用電阻率層析成像CRT軟件進(jìn)行處理。通過對電法資料的分析，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查及鉆探資料，現(xiàn)有資料表明區(qū)域上節(jié)理裂隙與斷裂相同，走向北東，傾向南東，近與線位總體走向平行，無大型斷裂構(gòu)造帶，總體上圍巖較完整～完整，測區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的異常帶，其余低阻異常主要為局部的巖體破碎引起的零星異常，且各測線之間異常關(guān)聯(lián)不大。

5 水文地質(zhì)影響評價

通過以上水文地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)參數(shù)試驗、地球物理勘探等勘察結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)斷裂帶、構(gòu)造裂隙以及水庫與隧道間水力聯(lián)系；通過抽水試驗以及對涌水量的計算，估算涌水量方量較??；物探測區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的異常帶，局部低阻異常帶主要由于山谷地帶巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，視電阻率較低，產(chǎn)生低阻異常帶，各測線之間異常關(guān)聯(lián)不大，雖然靠近水庫端比遠(yuǎn)離水庫端的物探測線的總體背景電阻率低，但不能說明水庫與隧道范圍水力具有一定聯(lián)系。因此，通過以上相關(guān)方法的勘察與分析，該水庫與隧道之間的水力聯(lián)系較小。

6 結(jié)語

本文對水庫與隧道之間的水力聯(lián)系采用相關(guān)方法進(jìn)行了研究分析，基本查明了水庫對隧道的水文地質(zhì)條件的影響。但由于相關(guān)客觀原因，未能開展地下水動態(tài)長觀等工作，僅依靠少量的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。因?qū)崪y參數(shù)時，與所選擇的試驗地點有直接關(guān)系，其區(qū)域代表性存在隨機(jī)性，故估算結(jié)果可能存在較大誤差。建議施工時應(yīng)做到對地下水涌水、突水的超前預(yù)報，建議施工超前鉆探預(yù)報涌水量，并在沿線選擇合適地點設(shè)立地表水和地下水監(jiān)測點（井），保證施工安全。尤其是在雨季，加強(qiáng)防排水措施和超前預(yù)報更顯得尤為重要。

該文結(jié)合項目的實際情況，研究分析了隧道與水庫之間的水力聯(lián)系，對類似項目具有一定的參考價值。