张艳霞
14042319820914**** 长安大学
摘 要
近年来，贵州经济发展迅猛，为实现“县县通高速”的目标，正在大规模的进行高速公路建设。贵州为岩溶山区，山区隧道建设，尤其是在岩溶地区进行隧道工程建设会遇到众多复杂突水、突泥等灾害，这使得工程无法进行甚至可能造成人员伤亡等事故。因此在岩溶地区进行水文地质调查研究对于建设岩溶山区隧道是一项十分必要的工作。通过对岩溶地区水文地质调查研究可查明地下水系统的分布特征，同时结合隧址区地质条件与隧道所处空间位置可判断隧道是否涌水，如若涌水如何定量计算涌水量大小，从而为工程的安全施工与运移提供水文地质依据和保障。
关键词：花桥隧道 水文地质条件 涌水量预测 大气降雨入渗法 统计分析法
1 研究目的及意义
岩溶地区的水文地质条件与隧道涌水量大小是隧道工程项目规划和设计的水文地质依据。其主要的任务是查清当地的岩溶发育特征、岩溶地下水系统特征以及水质、水量的分布变化规律，然后在此基础上计算隧道涌水量，从而为隧道防排水设计提供水文地质的依据。
花桥隧道地处黔东北武陵山喀斯特高原，岩溶发育，岩溶地下水系统以及地下暗河十分复杂，线路走向与大尧寨向斜构造大致正交，隧道横穿向斜核部栖霞～茅口组碳酸盐岩岩溶含水层，隧道施工开挖过程中已发生较严重的岩溶突水、突泥灾害，为了进一步为隧道施工开挖和隧道防排水设计提供依据，需要对隧址区及其可能影响范围内展开大比例尺岩溶水文地质专题调查、高分辨率水文监测和地下水示踪试验等研究工作，查明隧址区岩溶地下水系统的发育特征及其与隧道工程的关系，岩溶地下水系统的水文特征及变化，进一步预测极端降雨条件下的隧道最大涌水量，从岩溶水文地质角度提出隧道岩溶水害防治对策与建议，为隧道工程防排水设计、施工和安全运营提供水文地质依据。
2、国内外研究现状
2.1 岩溶地区水文地质条件研究
岩溶地区的水文地质条件研究是在岩溶地区开展工程施工的一项基础工作，其研究方法是水文地质学研究的热点之一。岩溶地区的水文地质条件研究应从其地质条件与调查技术要点两个方面去把握。
①从岩溶地区地质条件着手又可将其划分为考虑控制岩溶发育因素的综合性与岩溶地下水分布的不均一性两个方面。分析岩溶发育控制因素时候，首先应该明确岩溶形成的条件为可溶并且可透水岩的存在、具有侵蚀性的并在流动着的水，再考虑分析与岩溶发育具有直接关系的因素。如地形地貌、地质结构与构造、水动力条件等。总的来说，不同沉积环境与条件和岩溶发育的分布规律有着十分紧密且直接的关系。而决定岩溶系统格局的是地质结构与构造，从整体来说，岩溶地区一般有洼地、高原、谷底等多种复杂地貌与地形，而每一项地形地貌都具有其各自的地下水动力特点，故对岩溶格局造成了极大的影响。
②岩溶地区水文地质调查技术特点又可以划分为掌握岩溶发育的期次和地质构造演化与分析岩溶形态的组合关系两个方面。从掌握岩溶发育的期次和地质构造演化方面来说，岩溶地区经历了长期复杂的构造运动，中期前为地质升降运动，燕山运动后多发育褶皱情况，构造格局主要有平行断裂带，短袖背斜断块等多种形式。岩层的断裂与褶皱，地壳抬升等为岩溶的发育提供了条件。故岩溶的发育与地质时期和构造演化有显著关系。
2.2隧道涌水量预测研究
岩溶地区隧道的涌水量和隧道所穿越的空间有关，而隧道所穿越的空间又具有复杂性、多变性、和特殊性等特性。到目前尚未具有十分成熟的理论和十分精准的算法。
又因为地区间存在差异与水系统存在的不确定性，这导致了精准的计算岩溶区的隧道涌水量很困难。
目前，预测隧道最大涌水量的主流方法有：水文地质比拟法、统计分析法、地下水动力学法、大气降雨入渗法、数值模拟法等，每种方法都有其相应的应用条件：
（1）水文地质比拟法：在隧道修建前，结合一条或多条施工方式、水文地质条件等与计划修建的隧道高度一致的隧道，结合已建成隧道的资料来推测待建隧道某一雨量时涌水量；适用条件为待建隧道的隧址区有一条或多条已建成隧道。
（2）统计分析法：结合隧址区开展的降雨-流量高分辨率水文监测资料获得各次降雨的隧道涌水量变化过程，据此可以得到不同降雨量情况下的隧道峰值涌水量，通过已有资料推算出降雨—隧道涌水峰值流量线性回归方程，并据此推测某一雨量时最大涌水量；适用条件是具有大量且不同雨量的降雨-流量资料。
（3）地下水动力学法：通过运用地下水动力学中的理论来建立地下水运动规律的基本方程，再利用数学解析的方法求解这些基本方程；需要给定公式里需要的初值条件并且由于岩溶含水介质非均质性和各向异性，在岩溶地区用其计算具有很大的局限。
（4）大气降雨入渗法：以水均衡原理为基础，利用该原理来分析隧道涌水量与降雨入渗系数、次降雨量、隧道集水面积、洪峰持续时间的关系，并据此来计算隧道最大涌水量；一般适用于补给（以降水为主）条件以及地质条件较为简单的区域。
（5）数值模拟法：对隧址区进行水文地质调查后，利用计算机数值模拟软件建立隧址区相应的模型，并给定模型里需要的边界条件与初值条件来计算涌水量；适用条件为需要给定模型里相应的初值条件与边界条件。
3.研究内容与研究方法
本论文结合贵州花桥高速隧道工程，进行现场勘察隧道区所处的水文地质条件，再根据现场开展的降雨—流量高分辨监测成果预测花桥隧道涌水量的大小。研究的内容包括：
（1）水文地质条件
通过搜集资料并对隧道区开展实地水文地质条件的勘察，主要研究以下几方面：①研究区的地形地貌；②研究区的地质构造；③岩溶形态特征；④岩溶地下水系统特征。
（2）隧道涌水量预测
在查明水文地质条件的基础上，再结合研究区的岩溶水系统特点，再分析隧道与岩溶水系统的空间关系，预测花桥隧道突涌水发生的来源，并应用合适的理论方法定量计算涌水量。
（3）技术路线
本次研究的技术路线是在广泛收集和分析前人研究成果基础上，开展1:1万大比例尺岩溶水文地质调查，分析确定岩溶含水层的空间展布以及岩溶地下水的赋存与运移特征，在此基础上进行岩溶水系统的划分，通过开展示踪实验进一步查明隧道区梁家屯两个岩溶水子系统与隧道的关系，验证前述水文地质条件的分析。确定花桥隧道与岩溶水系统的空间关系，分析研究隧道突涌水的类型、突涌水段的位置、突涌水来源及方向。然后通过隧址区的降雨-流量高分辨率水文监测，确定隧道涌水量变化规律及相关的水文地质参数，在此基础上，应用统计分析法与降雨入渗系数法预测极端气候条件下隧道最大涌水量，为隧道防排水设计提供水文地质依据。
结论
对花桥隧道区进行了水文地质调查，查明了该区域的岩性、构造、地形地貌、水文地质条件等特点。对此些特点进行室内整理分析之后，确定了花桥隧道地下水系统的空间分布特征，确定了梁家屯岩溶水系统中的2#岩溶泉子系统对于隧道影响最大，是未来施工期间主要的突水来源。
参考文献
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