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关键词：隧洞涌水量 预测 水文地质比拟法 水均衡法 解析法
水工隧洞涌水量预测方法
1 引言
隧洞涌水量预测计算是水文地质学科中的一个重要理论问题，迄今为止尚无成熟的理论和公认的准确计算方法，国内隧洞涌水量预测研究多为结合工程个别实例简要的地质描述，与整个隧洞工程系统地结合和分析研究相对较少。目前，研究隧洞涌水量的方法主要有：水文地质比拟法、水均衡法、地下水动力学法、相关因素分析法、非线性理论方法等。本文介绍水文地质比拟法、水均衡法、地下水动力学法，并以某隧洞工程为例，对隧洞涌水量进行预测。
2 水文地质比拟法
水文地质比拟法是建立在水文地质条件相似的基础上，以既有工程的涌水量计算拟建工程的涌水量。此法适用于拟建工程附近有类似工程，其水文地质条件相似，而精度取决于既有工程和拟建工程的相似性，两者越相似精度越高，反之则越低。预测新建隧洞正常涌水量和最大涌水量：
式中 Qs、Qs' ——新建、既有隧洞通过含水体地段的正常涌水量，m3/d；
F、F' ——新建、既有隧洞通过含水体地段的涌水面积，m2；
S、S' ——新建、既有隧洞通过含水体中自静止水位起的水位降深，m；
B、B' ——新建、既有隧洞洞身横断面的周长，m；
L、L' ——新建、既有隧洞通过含水体地段的长度，m。
3 水均衡法
水均衡法指在一定范围内，水在循环过程中保持平衡状态，收入和支出相等，查明隧洞施工段水的补给、排泄之间的关系，从而获得施工段的涌水量。水均衡法适用于地下水的形成条件较简单的施工地段，可宏观地、近似的预测隧洞的正常涌水量和最大涌水量。水均衡法分为地下径流模数法、地下径流深度法和降雨入渗法。
⑴地下径流深度法预测隧洞涌水量：
式中 Qs ——隧洞通过含水体地段的正常涌水量，m3/d；
h ——年地下径流深度，mm；
A ——隧洞通过含水体地段的集水面积，km2；
W ——年降水量，mm；
H ——年地表径流深度，mm；
E ——年蒸发蒸散量，mm；
Ss ——年地表滞水深度，mm；
L ——隧洞通过含水体地段的长度，km；
B ——隧洞涌水地段L长度内对两侧的影响宽带，km。
⑵地下径流模数法预测隧洞涌水量：
式中 M ——地下水径流模数，m3/（d·km2）；
Q’ ——地下水补给的河流的流量或下降泉流量（采用枯水期流量计算），m3/d；
F ——与Q’的地表水或下降泉流量相当的地表流域面积，km2；
其他符号意义同前。
⑶降雨入渗法：
Qs=2.74αWA
式中 α——降雨入渗系数；
其他符号意义同前。
4 地下水动力学法
地下水动力学法又称解析法，是依据介质中地下水动力学的基本理论，建立地下水运动规律的基本方程，通过数学解析的方法求解这些基本方程，从而获得在给定边界和初值条件下的涌水量。按照地下水运动特点，解析法可以分为稳定流方法和非稳定流方法。
当隧洞通过潜水含水体时，可采用下列公式预测隧洞正常涌水量。
⑴裘布依理论式：
式中 Qs ——隧洞通过含水体地段正常涌水量，m3/d；
K ——含水体渗透系数，m/d；
H ——洞底以上潜水含水体厚度，m；
h ——洞内排水沟假设水深（一般考虑水跃值），m；
Ry ——隧洞涌水地段引用补给半径，m；
L ——隧洞通过含水体长度，m。
⑵佐藤邦明经验式：
式中 qs ——隧洞单位长度正常涌水量，m3/（s·m）；
ε ——试验系数，一般取12.8；
r0 ——洞身横断面的等价圆半径，m；
其他符号意义同前。
当隧洞通过潜水含水体时，可采用下列公式预测隧洞最大涌水量。
⑴古德曼经验式：
式中 Q0 ——隧洞通过含水体地段最大涌水量，m3/d；
K ——含水体渗透系数，m/d；
H ——静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离，m；
d ——洞身横断面等价圆直径，m；
L ——隧洞通过含水体的长度，m。
⑵佐藤邦明非稳定流式：
式中 q0 ——隧洞通过含水体地段单位长度最大涌水量，m3/（s·m）；
m ——换算系数，一般取0.86；
K ——含水体渗透系数，m/s；
hc ——含水体厚度，m。
其他符号意义同前。
5 工程实例
陈田2#隧洞洞长1133m，穿越地层为侏罗系南园组凝灰熔岩，当地年平均降雨量为1610mm。隧洞沿线地下水为赋存于侏罗系南园组凝灰熔岩裂隙水，富水性为较强。该区地下水主要为大气降水及侧向径流补给，向河谷排泄。
隧址区无水文地质条件相似既有工程，水文地质比拟法不适用；地下径流模数法、地下径流深度法参数选取困难，本隧洞不宜采用；降雨入渗法适用于浅埋隧洞，本隧洞不宜采用，故该隧洞采用裘布依理论公式求隧洞正常涌水量。
正常涌水量估算：
裘布依理论式：
式中 Qs ——隧洞正常涌水量，m3/d；
K ——含水体渗透系数，m/d，根据钻孔压水试验成果进行换算渗透系数为0.007～0.07 m/d，取平均值约0.03m/d；
H ——洞底以上潜水含水体厚度，m，根据隧洞地质剖面确定，平均约70m；
h ——洞内排水沟假设水深（一般考虑水跃值），m，本次计算取值0.3m；
Ry ——隧洞涌水地段引用补给半径，m，按照库萨金经验公式计算，约224m；
r0 ——洞身横断面的等价圆半径，m，本次计算取值1.9m；
L ——隧洞通过含水体长度，m，取隧洞长度1133m。
根据上述方法计算所得隧洞正常涌水量约为749m3/d。
隧洞最大涌水量估算
根据隧洞穿越段的水文地质条件，按照古德曼经验公式估算隧洞最大涌水量估算：
古德曼经验式：
式中d为洞身横断面等价圆直径，单位m，本次计算取值3.8m，其余参数同前。估算的最大涌水量约为3475 m3/d。
在施工过程中，实测正常涌水量约为1053m3/d，准确率为71.1%；最大涌水量约为4269m3/d，准确率达81.4%。实测涌水量均大于估算涌水量，导致的原因可能是勘察精度及深度不够；参数取值偏小等。
6 结语
隧洞涌水主要集中在断层破碎带、岩溶地区、暗河等地质条件下，因此，对于不同隧洞地质条件应采取不同的涌水量预测方法来计算。岩溶区隧洞比较适合用水均衡法；暗河地区可采取水均衡法和地下水动力学法，或多种方法相结合；断层裂隙地质条件下适合采用地下水动力学法。
隧洞涌水量预测计算方法很多，但其预测精度远远不够，对隧洞涌水量预测首先应采取多种勘探手段，基本查明水文地质的补径排关系；其次在计算过程中，参数选取应尽可能取大值或大值平均值（实例中在参数选取时取值偏小，导致预测涌水量小于实测涌水量），以便比较准确的预测隧洞涌水量，更好的为隧洞施工服务。
参考文献
[1].秋南主编.隧道工程[M].机械工业出版社,2007
[2].蒙彦，雷明堂.岩溶区隧洞涌水研究现状及建议[J].中国岩溶,2003，22（4）：287-292
[3].朱大力，李秋枫.预测隧洞涌水量的方法[J].工程勘察,2000,21（4）：18-23
[4].中华人民共和国行业标准.引调水线路工程地质勘察规范（SL629-2014）[S].中国水利水电出版社,2014