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1、·岩土工程·隧道涌水量预测方法及其分析123陶玉敬,彭金田,陶炳勋(11西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;21重庆甲多公路设计咨询有限公司,重庆400039;31西南交通大学环境科学与工程学院,四川成都610031)【摘要】涌水灾害是隧道建设中倍受关注的问题之一,涌水量预测关系到隧道方案的工程设计、施工条件、工程造价、养护条件和运营安全。当前隧道涌水量预测的方法模型主要有确定性数学模型和随机性数学模型两大类,文中对这两类方法进行了归纳总结,并分析了各方法在实际工程中的适用范围。【关键
2、词】隧道;涌水量预测;确定性数学模型;随机性数学模型+【中图分类号】U452111【文献标识码】A隧道地下水涌水的预测最早是通过查明隧道含水围岩式中:Qc为地表水枯水期流量;L为隧道通过该汇水面中地下水分布及赋存规律,分析隧道开挖区的水文地质及积长度;l为地表水干流长度;H为干流系数(一般为015～工程地质条件,依据钻探、物探、水化学及同位素分析,016)。其他符号同前。水温测定等,确定地下水的富集带或富集区,以及断裂构112水均衡法造带、裂隙发育带等的地下水涌水通道,并且运用均衡法某一流域内,大
3、气降水是地表水、地下水、蒸发/蒸腾和估计隧道用水量的大小。随着技术水平和施工要求的提高,地面滞水的总源,水在循环过程中,基本保持平衡状态,即补隧道涌水量的定性分析逐渐发展为定量评价和计算,解决给与排泄的动态平衡。计算公式为:了隧道涌水为主的预测和隧道涌水量的预测这两个重要而Q=2174hA(4)又基本的问题。预测隧道涌水量的方法,传统计算中主要h=W-E-H-SS(5)运用比拟法,目前已经发展了很多新方法,归纳起来主要A=LB(6)有两大类,即确定性数学模型方法和随机性数学模型方法。式中:Q为隧道
4、通过含水体地段的涌水量;h为年地下径流深度;A为隧道集水面积;W为年降水量;H为年地表径流1隧道涌水量预测确定性数学模型方法深度;E为年蒸发蒸腾量;SS为年地表滞水深度;L为隧道通隧道涌水量预测的确定性数学模型方法是利用水力学、过含水体地段的长度;B为隧道涌水地段L长度内对两侧的地下水动力学等方面的理论,通过数学演绎,推导出隧道影响宽度。涌水量与环境地下水位、围岩渗透性、地下水补给范围、113解析法补给时间等因素的定量关系,得出一系列理论或经验解析解析法是利用地下水动力学原理演绎成各种公式,计算公
5、式,以预测计算隧道的涌水量。最初为简单的水文地质隧道的涌水量。按照地下水运动特点,解析法可以分为稳定类比法;后来运用地下水动力学原理,又产生了解析法;流方法和非稳定流方法。随着电子计算机的发展,近年发展成数值法。(1)稳定流方法。利用稳定流方法计算隧道涌水量的公111水文地质类比法式很多,详见表1。通过对已知水文地质条件的地区与隧道所在的未知区(2)非稳定流方法。隧道涌水时,地下水运动的非稳定对比、估算出隧道涌水量即为水文地质类比法。该方法常流方程及定解条件为:用的有两种。99H99H9H(1)比
6、拟法,当隧道所在的地区水文地质条件变化不9xMKx+9zMKz+q=S2t9x9z大,含水层比较均匀时,涌水量计算采用以下公式。HΓ=H1(t>0)1Q=q·F·S(1)0)(2)9H(7)q0=Q00/(F0·S0MKnr2=Q(t>0)9n式中:Q为隧道的涌水量;Q0为导坑或已开挖的隧道中H=z(t>0)的涌水量;F为正洞过水断面面积(即洞断面周长乘以洞Γ0长);F0为导坑的过水断面面积;S为正洞的地下水水位降低HΓ=0=H2(r,z)∈Ω值;S0为导坑的地下水水位降低值。(2)径流模数法,山
7、区河流的枯水期流量,作为地下水[收稿日期]2007-01-19的补给量,隧道的涌水量用下式计算。[作者简介]陶玉敬(1982～),男,河南信阳人,硕士研Q=h·Qc·L/l(3)究生,研究方向:岩体水力学。109四川建筑第27卷6期2007112·岩土工程·表1隧道涌水量稳定流计算方法表间。顺序条件公式随时间变化的隧道涌水量计算式(大岛洋志)为:正交进入为陡倾隔水22R+4H1层阻隔的潜水非完整2aKHgπHgq=q1-2R1-2隧道,两侧边墙及掌子q=lnR-lnra=2+Rt0222KR+4H
8、-RR+2Ht面进水λ(9)平行陡倾隔水层的潜2aKHg2水非完整隧道,单侧边q=q0=KΩfl/nelnR-lnr墙及掌子面进水式中:q为隧道开挖时初始涌水量;qt为隧道第t时的涌Kh2R2水量;k为地下水降深影响半径;H为隧道半高;K为渗透系gg进入为陡倾隔水层两q=2+2+RgR数;λ为岩层空隙率;nf、ne为流线等势线切割的网格数;l为墙阻隔的潜水非完整3隧道,两侧边墙及掌子πKs隧道高度。4(Rs+Rg)π(Rs-Rg)面进水lncos114数值法πbRs+Rg在工程实践
