毕业设计（论文）-白龙山某隧道涌水量的计算及其对公路的影响.doc

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1、 长沙理工大学长沙理工大学 毕毕 业业 论论 文文 （本科生） 中文标题： 白龙山某隧道涌水量的计算及其对公路的影 响英文标题： Water Inflow Calculation to the Tunnel of Bailong Mountain and Its Influence on the Highway 学生姓名： 学 院： 长沙理工大学 专 业： 交通土建工程 级 别： 2008 I 目 录 目目 录录.I 摘摘 要要II ABSTRACT:.III 1、引言、引言.1 2、隧址区工程地质条件、隧址区工程地质条件.1 2.1 地形地貌1 1 2.2 地层岩性2 2 2.2.1 第四系

2、松散堆积层（Q4）2 2 2.2.2 下古生界碧口群变质岩系（PZ1bk22-2）.2 2 2.3 地质构造与地震3 3 2.4 水文地质条件3 3 2.4.1 地下水类型及水动力条件3 3 2.4.2 地下水影响预测3 3 2.4.3 地下水水质及水化学类型3 3 2.5 不良地质现象4 3、隧道工程地质条件评价、隧道工程地质条件评价.4 3.1 隧道进出口段4 4 3.1.1 隧道北端进出口段4 4 3.1.2 隧道南端进出口段4 4 3.2 隧道洞身段5 5 4、隧道涌水量预测、隧道涌水量预测.5 4.1 规范依据5 5 4.2 隧道正常涌水量预测计算方法的选用及结果5 5 4.3 隧道

3、涌水地段预测及可能引发的环境地质问题8 5、隧道围岩稳定性分析及围岩级别划分、隧道围岩稳定性分析及围岩级别划分.8 5.1 围岩稳定性分析8 8 5.2 隧道围岩级别分段划分8 8 6、结论与建议、结论与建议.10 6.1 结论1010 6.2 建议1010 参考文献参考文献.11 II 白龙山某隧道涌水量的计算及其对公路的影响 长沙理工大学 摘摘 要要：涌水是隧道及地下工程施工中的重大地质灾害之一。对于裂隙围岩介质 而言，由于其结构特性与所附存环境的复杂性，使得这一问题的解决具有一定 的难度。本文就公路隧道防排水问题，进行调查研究，总结隧道涌水量预测计 算的常用方法，在“防、排、堵、截”相结

4、合为原则的指导下，提出公路隧道 适用的防水、排水、堵水和截水措施。对于预防和处治地下水对公路路基带来 的危害，在公路设计过程中应准确探明地下水的位置、来源及大小，从根本上 分析清楚可能带来的各种危害，并预估危害大小，结合具体条件和各种方法的 作用原理，合理设计完善的防治系统，达到保护公路隧道的目的。 关键字：关键字：涌水量；隧道；公路；影响 III Water Inflow Calculation to the Tunnel of Bailong Mountain and Its Influence on the Highway Chen bin Resource and Environmen

5、t College; Lanzhou University; China Abstract: Water inflow is one of major geological disasters in tunnels and underground engineerings. As the complex texture characteristic and exist environment to the fractured rock, it is difficult to solve this disaster in practice. In this article，carry out i

6、nvestigation and study on the issue of road drainage tunnel, summed up the commonly used methods to forecast tunnel water inflow, under the guidance of the principle of “protect、exclude、block、cut-off“ combination, the propose the water proofing, drainage, blocked water and disconnect the water suppl

7、y measures that can be applied to highway tunnel. For the harmful effects of the roadbed caused by prevention and treatment of groundwater, in the process of road design should prove up the exact location, the source and size of groundwater. Fundamentally analyse potential hazards clearly and estima

8、te the size of harm, combined with specific conditions and ways of action principle, design a reasonable control system to protect the purpose of highway tunnels. Key words: Water Inflow; Tunnel; Highway; Influence 1 白龙山某隧道涌水量的计算及其对公路的影响 1、引言、引言 隧道的渗漏水是最常见的隧道病害，国内外对隧道防排水技术已有大量的 研究，随着隧道新奥法(NATM)设计施工技

9、术的逐步推广和应用，在隧道初期支 护与二次衬砌之间敷设防水隔层材料成为一种效果良好的防水形式。原西德在 1967 年至 1976 年间的铁路与公路隧道修建中，防水采用装配式衬砌的合成树 脂垫片、防水混凝土结构接头处止水以及合成树脂和多层沥青的防水膜等技术。 之后，瑞士、奥地利、西德等国家相继采用聚氯乙烯和聚乙烯防水材料，在世 界各地普遍得到推广。进入 20 世纪 90 年代以来，国外在隧道防排水技术上采 用了渗透灌浆(Permeation Grouting)、喷射灌浆(Jet Grouting)和冷冻截水等一些 新方法。 国内随着高等级公路的发展，隧道防排水设施吸取国外标准，除了在洞内 外进行

10、防排水设置外，对衬砌自防水、二次衬砌铺设复合式防水层、注浆堵水 和施工缝、沉降缝、伸缩缝的止防水等方面也日益引起重视，大量采用复合式 防水层、软式透水管、弹簧引水管、HDPE 波纹网管和 PVC、EVA、LDPE、PE 等各种防排水板材与卷材。 在隧道内的涌水，因为其中含有的各种化学离子，会对公路产生很严重的 影响，缩短其使用寿命。隧道防排水的原则是“防、排、堵、截”相结合综合 治理。因此，对于预防和处治涌水对公路路基带来的危害，在公路设计过程中 应准确探明涌水的位置、来源及大小，从根本上分析清楚可能带来的各种危害， 并预估危害大小，结合具体条件和各种方法的作用原理，合理设计完善的防治 系统，

11、达到保护公路隧道的目的。 论文以白龙山某隧道进行涌水量的研究，并分析其对于公路的影响。 2 2、隧址区工程地质条件、隧址区工程地质条件 2.1 地形地貌地形地貌 隧道位于剥蚀构造中山地貌，海拔高程约 575800m，山势陡峻，植被发育， 相对高差较大，山体主要由千枚岩及板岩组成，岩性软硬相间，差异性较大， 悬崖峭壁随处可见，崩塌、滑坡等不良地质作用发育，地形条件复杂。 本区属北亚热带湿润区向温带半湿润、湿润区过度的季风气候，受境内高 山深谷地形地貌的影响，气候垂直差异明显。 2.2 地层岩性地层岩性 隧址区揭露的地层主要为第四系松散堆积层（Q4）及下古生界碧口群绢英 千枚岩、砂质板岩（PZ1b

12、k22-2） ，自上而下依次为： 2.2.1 第四系松散堆积层（第四系松散堆积层（Q4） 1）坡积块石碎石土，灰黄色，成份多为砂岩、灰岩、板岩等，分布不均匀， 大小混杂，无分选性，干燥-潮湿，松散-中密。分布于山顶平台及缓坡地带， 结构松散，厚度 13m。 2）人工堆积块石、碎石层，主要分布于隧道北段，松散中密，厚 1.118.4m。 3）滑坡堆积块石土，灰黄色，成分为板岩、千枚岩及粉土等，干燥潮湿， 松散中密，主要分布于大团鱼河右岸及隧道顶部。 2.2.2 下古生界碧口群变质岩系（下古生界碧口群变质岩系（PZ1bk22-2） 下古生界碧口群绢云千枚岩、砂质板岩，分布于隧道洞身段。 1）绢云千

13、枚岩：灰色、灰绿色，变余粉砂质结构，薄层状，千枚状构造， 岩石较软，岩体较破碎破碎，具丝绢光泽，易软化。岩层产状 169176 65。 3 2）砂质板岩：青灰色、深黑色，变余粉砂质结构，中薄层状，板状构造， 板理发育，岩石较坚硬，岩体较破碎，易沿板理劈开成薄板状，微具丝绢光泽； 抗风化能力较强，遇水不易软化。岩层产状 17576。 土石工程分级：坡积块石碎石土属级硬土，千枚岩属级软石，砂质板 岩属级次坚石。 2.3 地质构造与地震地质构造与地震 勘察区地处南北地震带，即天水武都文县地震带的中段。受 104 度南 北构造带或地震带的影响，该区地震活动频率高，强度大，历史上曾发生过多 次破坏性地震

14、，是著名震区之一。2008 年汶川大地震对该地区有一定影响。 根据 2008 年 6 月 11 日开始实施的“GB 18306-2001中国地震动参数区划 图国家标准第 1 号修改单” ，隧址区地震动峰值加速度为 0.20g，属于度区； 地震动反应谱特征周期均为 0.40s1。 2.4 水文地质条件水文地质条件 2.4.1 地下水类型及水动力条件地下水类型及水动力条件 隧址区地下水可分为基岩裂隙水和第四系孔隙潜水两种类型，以前者为主。 基岩裂隙水：基岩裂隙水：隧址区为变质碎屑岩、节理裂隙发育，为地下水的赋存和径流 提供了条件。基岩裂隙水受大气降水补给，沿裂隙、层面、节理下渗，并见有 局部沿断裂

15、渗出地表的泉水，水量一般不大。地表植被发育，斜坡相对较陡， 冲沟较发育，地表排泄条件较好。 孔隙潜水：孔隙潜水：赋存于第四系松散覆盖层中，受大气降水补给，排泄以地下径流 和蒸发为主，局部以泉水形式溢出地表，并与下伏基岩裂隙水有一定联系。 地下水补给来源以大气降水为主，隧道围岩赋水性中等2。 2.4.2 地下水影响预测地下水影响预测 通过隧址区水文地质条件分析、工程地质调绘，初步推断：隧址区地下水以 4 覆盖层松散堆积物、基岩裂隙、构造含水层为赋水空间，呈不连续的含水体， 径流不连续，潜水流动方向由山脊流向河谷。 2.4.3 地下水水质及水化学类型地下水水质及水化学类型 经隧址区地表水取样并进行

16、水质简分析，水的 PH 值为 7.268.63，不含侵 蚀性 CO2、水化学类型基本为 HCO3-SO42-Ca2+型水。按照公路工程地质勘 察规范 （JTJ064-98）附录 D：环境介质对混凝土腐蚀的评价标准 ，推测隧 址区地下水对混凝土及砼中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性3。 2.5 不良地质现象不良地质现象 隧址区无不良地质现象主要有滑坡和崩塌。 1）崩塌。分布于隧道北进出口段西侧山坡，桩号 YK126+480YK126+540 段，山坡表层岩体卸荷松动，局部架空，岩体倾倒变 形，易塌落，影响隧道施工安全，建议清除坡面松动岩体。 2）滑坡。在桩号 YK126+600YK126+75

17、7、YK127+130YK127+447 和 YK127+610YK127+840 的位置处，隧道于滑坡底部穿过，三处滑坡均为块石 土浅层滑坡，由于隧道埋深较大，对隧道无影响。 3、隧道工程地质条件评价、隧道工程地质条件评价 3.1 隧道进出口段隧道进出口段 3.1.1 隧道北端进出口段隧道北端进出口段 隧道北端进出口段位于大团鱼右岸。出露地层岩性为人工堆积碎石、块石 及粉土等，钻孔揭露深度 18.4m，稍密、稍湿，下伏基岩为板岩，产状 178 65，隧道下穿 S206 线，洞顶上覆岩体较薄，裂隙发育，岩体较破碎。线路 西侧上坡分布有崩塌体。 5 3.1.2 隧道南端进出口段隧道南端进出口段

18、隧道出口段岩体为砂质板岩，致密坚硬，发育三组裂隙：17576， 6030，宽 0.20.3cm，充填岩屑岩粉、泥质物，胶结中等，面平直延伸 长，间距 0.82.0m；29048，宽 0.20.2cm，充填砾石土，局部未充填， 未胶结，间距 1.82.0m。边坡表部覆盖薄层人工堆积块碎石，松散架空。隧道 出口左侧 20m 发育倾倒卸荷体，岩体架空、松动、凌乱，呈叠瓦镶嵌状，向上 延伸至洞顶以上。下伏岩层面与自然坡面一致，且倾向与坡向大近相同，不利 于洞口段仰坡稳定。 3.2 隧道洞身段隧道洞身段 隧道洞身段地层岩性变化较大，主要通过岩层为板岩及千枚岩，板岩呈青 灰色，板状构造，岩体较坚硬，千枚岩

19、呈薄层状，岩性软弱，遇水易软化崩解。 在桩号 YK126+600YK126+757、YK127+130YK127+447 和 YK127+610YK127+840 的位置处，隧道于滑坡底部穿过，埋深较大，滑坡对 其无影响。隧道通过段地层软硬相间且层间裂隙发育，隧道不存在高地应力问 题。 隧道地址区地表植被发育，坡陡山高，山体较破碎，大气降水容易沿断层、 节理以及裂隙下渗补给基岩裂隙水，基岩裂隙水的富水程度受隧道围岩节理裂 隙等各级不连续结构面控制。隧道段地层呈一单斜构造，岩层倾角一般为 65 77，因此不可能形成一个有连续界面的地下水面，隧道洞身段地下水富水程 度中等，局部地下水相对集中。 4

20、、隧道涌水量预测、隧道涌水量预测 4.1 规范依据规范依据 根据公路工程地质勘察规范 （JTJ064-98）6.4.10 条规定：陆上隧道涌水 量预测是隧道详勘的重要内容之一。对于水文地质条件复杂的隧道应进行隧道 6 涌水量预测。目前预测方法和计算公式较多，一般宜采用多方法、多手段进行 预测，以期相互印证4。 4.2 隧道正常涌水量预测计算方法的选用及结果隧道正常涌水量预测计算方法的选用及结果 根据铁路工程水文地质勘察规程 （TB100492004） ，结合隧道实际水 文地质条件，采用地下径流模数法和降水渗入法进行对隧道正常涌水量进行预 测计算5。根据当前矿床水文地质计算中常用的各种数学模型的

21、地质背景特征 极其对水文地质模型概化的要求，常用地下径流模数法和大气降水入渗法作为 隧道最大涌水量预测方法6。 1、1）地下径流模数法 利用一个流域岩溶区内地下径流模数和补给面积，推求出该流域暗河径流 总量，或以此评价，地质与水文地质条件相似的邻区暗河流域暗河径流量的方 法。(多用于当越岭隧道通过一个或多个地表水流域时) 采用公式(1-1)。 Q = MA (1-1) 式中：Q隧道通过某一富水性分区（段）枯水期沟谷中的流量（m3/d） ； M隧道通过某一富水性分区（段）的地下径流模数（m3/dkm2） ； A隧道通过某一富水性分区（段）的汇水面积（km2） 。 Q地下水补给的河水流量或下降泉流

22、量（m3/d） ，采用枯水期流量 计算； F与 Q的地表水或下降泉流量相当的地表流域面积（km2）7。 计算结果如表 4-1 所示。 表 4-1 隧道正常涌水量预测计算一览表 隧道长度 (m) 地下水类型 富水性类 别 径流模数 （m3/dkm2） 汇水面积 (km2) 预测隧道涌水 量(m3/d) 2002 基岩裂隙水、 构造裂隙水 弱富水411.002.60261069.6686 备注：备注：1）隧道长度取左右线平均长度；2）地表水系：大团鱼河流域。 7 2）大气降水入渗法（多用于当隧道通过潜水含水体且埋藏深度较浅时） 大气降水入渗计算隧道涌水量首先对隧道经过的各个地层岩性进行概化， 取地

23、层岩性入渗系数的平均值。由于隧道经过的地层岩性在富水性分区（段） 的风化节理、裂隙及原生层理等变化不大，降水入渗是随降水补给量的大小而 发生变化，入渗系数则相同。根据这一特征和前人区域资料显示，入渗系数为 0.200.22，本次取 0.22。公式采用铁路工程水文地质察规程 （TB10049 2004） 。 采用公式(1-2)。 QS2.74WA (1-2)8 式中：QS隧道通过含水体的正常涌水量（m3/d） ； 2.74换算系数； 降水入渗系数； W多年降水量（mm） ； A隧道通过含水体地段的集水面积（km2） 。 计算结果如表 4-2 所示。 表 4-2 隧道正常涌水量预测计算一览表 隧道

24、长 度 (m) 地下水 类型 多年平均降 水量（mm） 入渗 系数 汇水面积 (km2) 安全 系数 预测隧道涌 水量(m3/d) 2002 基岩裂隙水、 构造裂隙水 8500.222.60261.82400.34 备注：备注：1）隧道长度取左右线平均长度；2）考虑到次调查范围有限，流域面积计 算误差较大，为安全考虑，隧道涌水量预测中取安全系数 1.8。 从上述两种计算结果（表 4-1，4-2）可以明显看出，两种方法计算的涌水 量相差较大，这种差异可能是由于计算参数的不同所引起的，根据与西康线秦 岭特长隧道、兰武二线乌鞘特长隧道计算涌水量与施工实测涌水量的对比分析， 建议按地下径流模数法计算的

25、涌水量进行隧道排水设计，大气降水渗入法计算 的涌水量仅供参考。 3）隧道最大涌水量预测方法 在踏勘和初测阶段，可采用评分法概略预测隧道最大涌水量，依据铁路工 8 程水文地质勘察规程，隧道最大涌水量可按表 4-3 评分，累积相加进行概略预 测9。 表 4-3 隧道最大涌水量概略预测表（m3/d） 地表环境特征隧道类型岩 石 性 质 基本量沟谷汇水或纵向汇 水长度大于 1km 旱地越岭沿河灰岩硬岩 软硬 互层 软岩 29001880820409527300-1720 地 质 构 造 特 征气 候 特 征 裂隙不 发育 裂隙 发育 断层带 岩溶裂 隙发育 岩溶 断层 溶洞 暗河 多雨区 （800W

26、1600mm） 丰雨区 （1600mm ） -11805003140306044802833803860 防 水 措 施隧 道 最 大 埋 深 无防护灌浆后开挖，已衬砌100m 以下100-400m 400- 700m 700m -394052345578 隧 道 长 度 （km） 1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.0 0780 110 8 160 7 200 0 280 0 428 0 576 0 725 0 8732 1121 4 1269 0 1418 0 1611 0 根据该表预测计算出该隧道的最大涌水量为2483m3/d，该数

27、值可参考10。 4.3 隧道涌水地段预测及可能引发的环境地质问题隧道涌水地段预测及可能引发的环境地质问题 隧道涌水地段往往是岩层裂隙发育带、岩溶发育带和断层破碎带，其次是 隧道穿越的小沟谷汇水地带。而隧道涌水可能引发的主要环境地质问题是隧道 的修建改变了隧道附近地下水的径流排泄途径，有可能使隧道附近泉沟流量的 减少或断流，从而对下游居民的生活用水造成不利影响，但隧道经过路段大都 为山区，居民较少，故影响不是很大。 5、隧道围岩稳定性分析及围岩级别划分、隧道围岩稳定性分析及围岩级别划分 5.1 围岩稳定性分析围岩稳定性分析 隧道北端进出口人工堆积块石、碎石土，结构松散中密，西侧山坡发育崩 9 塌

28、体，完整程度和稳定性均差。隧道南端进出口岩体为砂质板岩，裂隙发育， 岩体破碎，隧道岩体完整程度和稳定性均差。 隧道洞身段岩性变化不大，无大的构造裂隙通过，层间节理发育，隧道岩 体完整程度和稳定性均较差。 5.2 隧道围岩级别分段划分隧道围岩级别分段划分 根据公路工程地质勘察规范 （JTJ064-98）附录 G 和公路隧道设计规 范 （JTG D70-2004）第 3.6.3 条有关规定，参考地质调查、钻探、物探以及室 内岩石试验成果，选取围岩分级因素的定量指标 RC值和 KV值，选择代表岩性 段落，按照 BQ=90+3RC+250KV计算公式，对围岩级别进行定量计算11，计算 结果如表 5-1

29、。 表 5-1 围岩级别定量计算一览表 参数取值 起讫桩号岩性 RC(MPa)KV 围岩基本 质量指标 BQ 围岩基本质量 指标修正值 BQ 围岩 级别 YK126+436YK127+020 (ZK126+472ZK126+960) YK128+020YK128+080 (ZK128+010ZK128+070) YK128+360YK128+460。4 (ZK128+360ZK128+451) 板岩550.3330290 YK127+020YK128+020 (ZK126+960ZK128+010) YK128+080YK128+360 (ZK128+070ZK128+360) 千枚 岩 43

30、.50.15258208 备注：备注：RC：取值依据：岩样试验成果，再根据岩层节理和裂隙发育情况做以调整； KV取值依据：地质调查、波速测试；地下水影响修整系数 K1取值为 0.2；主要软弱 结构面产状影响修整系数 K2取值为 0.2。 根据计算，隧道围岩级别划分如表 5-2、5-3。 表 5-2 隧道围岩分级表 序号起讫桩号长度（m）围岩级别 1YK126+436YK127+020584 2YK127+020YK128+0201000 3YK128+020YK128+08060 右 线 4YK128+080YK128+360280 10 5YK128+360YK128+460.491 1ZK

31、126+472ZK126+960488 2ZK126+960ZK128+0101050 3ZK128+010ZK128+07060 4ZK128+070ZK128+360290 左 线 7ZK128+360ZK128+45191 表 5-3 隧道围岩分布统计表 路线隧道长度(m)围岩级别长度（m） 占隧道总长 （%） 稳定程度 744.136.76差 右线2025 128063.24较差 63932.29差 左线1992 134067.71较差 6、结论与建议、结论与建议 6.1 结论结论 1、隧道洞身段完整性和稳定性均较差，隧道围岩以级为主，级次之。 2、隧道段地下水以基岩裂隙水为主。经参考

32、附近地表水的水质分析，推断 隧址区地下水对混凝土及砼中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。 3、由于隧道埋深不大，且岩体裂隙较发育，故不存在高地应力问题。 4、隧道涌水量的预测计算方法很多，目前较为常用的是上述几种方法，但 其预测精度远远不够，究其原因主要是隧道是一个复杂的开放系统，是非线性 的。 5、目前人们对隧道的认识还不是很完善，因此涌水量的预测必须采用多种 方法结合，多学科交叉的手段，以提高预测精度。在地面测绘的基础上必需采 用多种勘探手段相互印证，查清其水文地质的补、径、排条件，这是预测隧道 涌水量最基础的工作。 6、对隧道涌水预测计算要贯穿于从勘测设计到施工这一整个过程，要在施 工

33、阶段对设计阶段的计算成果不断地进行反馈修正，以完善隧道涌水预测的准 确率，提高掌子面施工前方的涌水预报效果，更好地服务于施工。对隧道涌水 11 量的预测与计算，对于延长公路的寿命，更好的防治其对公路的破坏有很重大 的意义。 6.2 建议建议 1、隧道北端进口段分布人工堆积碎石，厚度大且稳定行较差，施工时加强 支护。南洞口先清除洞顶上部松动岩体，并加强边坡防护措施。 2、隧址区地震基本烈度为度，可提高一级按度设防。 3、隧道洞身段分布有千枚岩，岩性软弱，遇水易软化、崩解，需及时作好 衬砌。 4、推测隧道开挖过程洞室一般出现潮湿和线状滴水，局部地段可能会出现 线状淋水甚至小量涌水。建议隧道应作好放

34、排水设施。 参考文献参考文献 1 GB 18306-2001中国地震动参数区划图国家标准第 1 号修改单 2 张志勇，杨晓华，李宁军。甘肃黄土公路隧道渗涌水类型划分J。公路交 通科技，2006，5：40-43 3 公路工程地质勘察规范 （JTJ064-98）附录 D：环境介质对混凝土腐蚀 的评价标准 4 公路工程地质勘察规范 (TB10049-2004) 6.4.10 条 5 铁路工程水文地质察规程 （TB100492004）4.3.5 6 邓百洪，方建勤。隧道涌水预测方法的研究J。公路交通科技， 2005，3：161-163 7 刘彤，王国强，李宁军。黄土公路隧道涌水量估算J。西部探矿工程， 2006，10：192-193 12 8 铁路工程水文地质察规程 （TB100492004）3.2.4 9 朱大力，李秋枫。预测隧道涌水量的方法J。工程勘察，2000，4：18-32 10 王家服。隧道涌水量计算探讨J。铁道学报，1994，4：110-116 11 公路工程地质勘察规范 （JTJ064-98）附录 G 和公路隧道设计规范 （JTG D70-2004）第 3.6.3 条 二零一零年 5 月 张梓轩