重庆市轨道交通一号线二期工程中梁山隧道涌水量预测

2022-09-10

重庆市轨道交通一号线二期工程中梁山隧道横穿中梁山背斜, 可能遇到的隧道涌水涌沙地层为三叠系中下统雷口坡组和嘉陵江组以及飞仙观组第三段地层。为了防止隧道涌水涌沙引起灾害事件, 为隧道的设计和施工提供必要的防治设计参数和合理化建议, 对隧道施工过程地下水涌出量作出准确评价和预测意义重大。

1 隧址区水文地质特征

中梁山隧道沿线地面约70%基岩出露, 30%为红粘土覆盖区, 覆盖层厚度小, 含水微弱。碳酸盐岩分布于隧道中部槽谷区, 砂、泥岩互层的陆相碎屑岩分布于东西两边的低山区。

(1) 地下水含水岩组。

富水性受地形地貌、岩性、岩溶及裂隙发育程度控制。第四系厚度小, 覆盖少, 含水微弱;三叠系、侏罗系的页岩、泥岩等为相对隔水层;三叠系、侏罗系的砂岩为基岩裂隙水含水层;三叠系雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组灰岩为岩溶水富水层。

(2) 储水构造。

隧址区所在中梁山为不对称的构造侵蚀低山, 中梁山地表及地下水一级分水岭位于本隧道以南20km左右, 分水岭以北向嘉陵江排泄, 分水岭以南向长江排泄。

隧址区总体属于背斜储水构造, 有两个碳酸盐岩含水层、两个厚层砂岩含水层, 以及背斜核部飞仙关灰岩岩溶含水层, 构成相互之间迳流补给不很明显的五个相对独立的储水构造单元。

(3) 地下水的补给、径流和排泄。

本区碳酸盐岩岩溶水集中出现于背斜隆起轴线与核心地带, 碎屑岩孔隙裂隙水分布于背斜周边和向斜地区。歌乐山为本区最高山, 南北向延伸, 分别在小南海及北碚附近为长江及嘉陵江横切成为本区地下水的出水口。隧道位于岩溶水垂直分带中的深部循环带内, 在隧道施工可能遇到的主要工程地质问题是突水, 其特点是流量较大、压力高, 有突泥, 危害较大。

2 隧道涌水量预测

根据既有隧道的排水资料预测水文地质条件与其相似的新建隧道涌水量方法简单、经济, 可提供概略的隧道涌水量值。渝怀铁路、襄渝铁路、渝遂高速中梁山隧道分别位于本隧道两侧, 距离近, 其水文地质条件与上述隧道的条件基本相同, 具有可比性。

襄渝铁路中梁山隧道竣工时间上世纪70年代初, 雨洪期实测水量24000m3/d, 平常期13400m3/d;渝怀铁路中梁山隧道竣工时间2003年, 雨洪期实测水量11945m3/d, 平常期约10000m3/d;渝遂高速中梁山隧道竣工时间2006年, 雨洪期实测水量21572m3/d, 平常期约9676m3/d。

根据隧道各段的水文地质条件, 分别采涌水文地质比拟法、地下水径流模数法和大气降水入渗法进行隧道涌水量计算。

(1) 比拟法。

水文地质比拟法方法简单, 能提供概略的涌水量值, 在水文地质条件相似, 隧道参数大致一致的的情况下, 对预测对象的涌水量有一个总体的控制, 准确度也比较高。

襄渝铁路隧道和渝遂高速隧道相距约1 5 0 m, 可视为一个隧道且位于地下水径流的上游区, 取两隧道实测最大流量1 0 0 0 9 m3/d来作为拟建隧道的计算涌水量。按工程经验, 施工期间最大涌水量取1.5倍, 即15013.5m3/d;雨洪期最大涌水量取2.5倍, 即25022.5m3/d。

(2) 地下径流模数法。

本次计算选用参数地下水径流模数值参考区域水文地质报告 (重庆幅) , 不同的地层选用不同的径流模数值:新田沟组地层M=0.2, 自流井组地层M=0.2, 珍珠冲组地层M=0.2, 须家河组组地层M=3.12, 嘉陵江、雷口坡组地层M=10, 飞仙关组M=21。

计算公式:

Q=8 6.4 M·F

式中:Q为地下水径流量 (m3/d) ;

M为地下径流模数 (l/s·km2) ;

F为含水层出露面积 (km2) , 拟建隧道距南端分水岭13km, 地下水径流长度13km。

计算结果:雨洪期涌水量27669.4m3/d;平常期涌水量10596m3/d。

(3) 大气降水入渗法。

本次计算中地下水渗流系数λ值参考区域水文地质报告 (重庆幅) 选用, 不同的地层选用不同的渗流系数λ值:新田沟组地层λ=0.1, 自流井组地层λ=0.1, 珍珠冲组地层λ=0.13, 须家河组组地层λ=0.16, 嘉陵江、雷口坡组地层λ=0.3飞仙关组λ=0.20。

计算公式:

Q=2.73·λ·h·F

式中:Q为地下水径流量 (m3/d) ;

F为含水层出露面积 (km2) ;

h为多年平均降雨量, 本区为1222mm。

计算结果:雨洪期涌水量39579.6m3/d;平常期涌水量17742.3m3/d。

通过上述三种方法计算的隧道涌水量结果都比较接近, 其中比拟法和地下径流模数法的结果更为接近和合理, 与调查和勘察结论也基本吻合, 据此按“地下水径流模数法计算涌水量”确定拟建隧道各段涌水量值, 建议按施工期隧道最大涌水量进行设计。

3 结语

(1) 富水性受地形地貌、岩性、岩溶及裂隙发育程度控制。

(2) 隧址区总体属于背斜储水构造, 有两个碳酸盐岩含水层、两个厚层砂岩含水层, 以及背斜核部飞仙关灰岩岩溶含水层, 构成相互之间迳流补给不很明显的五个相对独立的储水构造单元。

(3) 根据隧道各段的水文地质条件, 分别采涌水文地质比拟法、地下水径流模数法和大气降水入渗法进行隧道涌水量计算的结果都比较接近, 其中比拟法和地下径流模数法的结果更为接近和合理。

摘要：重庆市轨道交通一号线二期工程中梁山隧道横穿中梁山背斜, 隧址区工程水文地质条件十分复杂, 最主要工程地质问题为隧道涌水危害问题, 其中隧道涌水危害主要是岩溶水的危害。本文通过大量的地面调查与工程手段, 揭示了隧址区岩溶发育规律与岩溶水的发育特征及其系统特性。根据隧址区岩溶水的系统特征, 采用比拟法、地下水径流模数法、大气降水渗入量法等多种方法预测隧道涌水量, 最后综合建议隧道正常涌水量。

关键词：岩溶,水文地质特征,隧道涌水预测,中梁山隧道