海底隧道涌水量分析研究

1、<p>　　海底隧道涌水量分析研究</p><p>　　[摘要]本文針對(duì)廈門東通道海底隧道特點(diǎn)，選取合適的計(jì)算方法對(duì)該隧道的涌水量進(jìn)行分段預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果做對(duì)比，顯示預(yù)測(cè)結(jié)果較可靠，其預(yù)測(cè)結(jié)果可作為隧道開挖及支護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞] 隧道；涌水量；海域；陸域；對(duì)比 </p><p>　　Submarine Tu

2、nnel Water Inflow Analysis </p><p>　　Yang YongboWang Hui </p><p>　　(China Zhongtie Major Bridge Reconnaissance & Design Institute Co., Ltd. Wuhan, 430050) </p><p>　　Abstract: Ba

3、sed on the characteristics of Xiamen east submarine tunnel, this article analyzed and forecast water inflow by segment of this tunnel. Compared with the real water inflow from work site, the outcome is reliable, which pr

4、ovided a design basis for tunnel excavation and lining. </p><p>　　Key words:tunnel；water inflow；sea area；land area；compare </p><p>　　中圖分類號(hào)：U453 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　1、前言

5、</b></p><p>　　廈門東通道海底隧道工程是我國(guó)計(jì)劃建設(shè)的第一條海底隧道，位于廈門島東北端的湖里區(qū)五通村與翔安區(qū)西濱村之間，呈北東向展布,全長(zhǎng)約5.9公里，其中海域段長(zhǎng)約4.2公里[1]。由于海域隧道所處位置的特殊性，其開挖建設(shè)及使用過程中均位于海平面以下。因此，如何良好地處理好水的問題在隧道設(shè)計(jì)中顯得尤為突出，直接影響到隧道建設(shè)的質(zhì)量和效益。而要處理好水的問題，必須查清其所處的水文地質(zhì)環(huán)境

6、，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)便是開挖涌水量問題。 </p><p>　　本文基于前期詳實(shí)可靠的水文地質(zhì)參數(shù)，針對(duì)該海底隧道選取合適的計(jì)算方法對(duì)隧道涌水量進(jìn)行分段預(yù)測(cè)，其結(jié)果可作為未來隧道開挖及支護(hù)的設(shè)計(jì)依據(jù)。 </p><p>　　2、隧道涌水量預(yù)測(cè)方法 </p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于隧道涌水量預(yù)測(cè)的方法眾多，均具有一定的理論與實(shí)際工程依據(jù)，其中較為公認(rèn)并運(yùn)用較多的主要

7、有：地下水動(dòng)力學(xué)法、水均衡法、比擬法等，其中以地下水動(dòng)力學(xué)法運(yùn)用較普遍。 </p><p>　　水均衡法主要適用于陸域隧道，本隧道主體工程主要在海面以下，故不能應(yīng)用；海底隧道在國(guó)內(nèi)尚無先例，比擬法也難以應(yīng)用。因此，本工程隧道涌水量預(yù)測(cè)選用地下水動(dòng)力學(xué)法。 </p><p>　　3、隧道涌水量計(jì)算公式 </p><p>　　對(duì)于隧道涌水量計(jì)算公式，各種不同的規(guī)程、規(guī)范

8、中推薦較多，使用時(shí)必須結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行合理選取，方能得到較準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。針對(duì)本研究區(qū)水文地質(zhì)條件及工程特性，經(jīng)綜合分析，該隧道涌水量的計(jì)算公式分別按陸域、海域、明挖、暗挖選用。 </p><p><b>　　3.1 陸域 </b></p><p>　　陸域地下水賦存于弱含水層中，可視作為隧道位于半無限含水層中。 </p><p>　　3.

9、1.1 明挖隧道 </p><p>　　隧道涌水量計(jì)算公式選用《地下鐵路、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》[2]中推薦的公式，計(jì)算模式如圖1。 </p><p>　　式中：——涌水量(m3/d)； </p><p>　　——基坑長(zhǎng)度(m)； </p><p>　　——含水層中原始靜水位至隧道底板的距離（m）； </p><p&g

10、t;　　——滲透系數(shù)(m/d)； </p><p>　　——基坑寬度(m)； </p><p>　　——影響半徑(m)，； </p><p>　　——設(shè)計(jì)水位降深(m)。 </p><p>　　3.1.2暗挖隧道 </p><p>　　陸域暗挖隧道在施工初期涌水量最大，隨著施工時(shí)間的遞增，涌水量逐漸減少，存在經(jīng)常涌水量

11、和遞減涌水量的問題，根據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)勘測(cè)規(guī)范》[3]，計(jì)算模式如圖2，其最大涌水量和經(jīng)常涌水量的計(jì)算公式為： </p><p>　　最大涌水量計(jì)算公式： </p><p><b>　　（大島洋志公式） </b></p><p>　　式中：——隧道單位長(zhǎng)度的可能最大涌水量(m3/d)； </p><p>　　——滲透

12、系數(shù)(m/d)； </p><p>　　——含水層中原始靜水位至隧道底板的距離（m）； </p><p>　　——隧道洞身斷面的等價(jià)圓半徑(m)； </p><p>　　——隧道洞身斷面的等價(jià)圓直徑(m)； </p><p>　　——轉(zhuǎn)換系數(shù)，一般取0.86。 </p><p>　　經(jīng)常涌水量計(jì)算公式： </p&

13、gt;<p><b>　　) </b></p><p>　　式中符號(hào)含義同上。 </p><p><b>　　3.2 海域 </b></p><p>　　海域隧道位于半無限含水層中，地下水直接接受海水的定水頭入滲補(bǔ)給，施工前期的最大涌水量與施工中的經(jīng)常涌水量基本一致，計(jì)算模式如圖3，其最大涌水量的計(jì)算公式如下

14、： </p><p>　　式中：——單位長(zhǎng)度隧道的涌水量(m3/d·m)； </p><p>　　——隧道外含水巖層的滲透系數(shù)(m/d)； </p><p>　　——隧道等價(jià)圓中心至靜止水位的距離(m) ； </p><p>　　——隧道內(nèi)排水溝設(shè)計(jì)水深(m)； </p><p>　　——隧道底面至水底面的距

15、離(m)； </p><p>　　——隧道斷面的等價(jià)圓直徑(m)。 </p><p>　　4、隧道分段涌水量分析預(yù)測(cè) </p><p><b>　　4.1 計(jì)算條件 </b></p><p>　?、俑鶕?jù)設(shè)計(jì)斷面，隧道洞高12m，洞寬14m，等價(jià)圓直徑為13m，按高程15m進(jìn)行分級(jí)； </p><p&g

16、t;　?、陉懹蛩淼腊闯隹谝酝饷魍?，其余暗挖分段計(jì)算，其中明挖段開挖深度不大，按隧道底寬14m，坡面垂直計(jì)算； </p><p>　?、鬯淼纼?nèi)排水溝設(shè)計(jì)水深為零； </p><p>　?、芎Ｓ蚝Ｋ辉O(shè)為略高于百年一遇水位，取5.0m；陸域地下水靜止水位設(shè)為略低于地面高程； </p><p>　?、萦捎诒疚乃@取的水文地質(zhì)參數(shù)有限，也考慮到計(jì)算的簡(jiǎn)便，分段涌水量的預(yù)測(cè)未

17、考慮左、右洞同時(shí)施工時(shí)的相互影響問題，采用單獨(dú)分開預(yù)測(cè)的形式； </p><p>　?、薨辞笆鲱A(yù)測(cè)條件，把隧道左洞分為21段，其中陸域7段，海域14段；右洞分為22段，其中陸域7段，海域15段。對(duì)于水文地質(zhì)參數(shù)，根據(jù)該工程水文地質(zhì)勘察資料，其有關(guān)參數(shù)建議值如表1。 </p><p>　　4.2分段涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果 </p><p>　　4.2.1 陸域明挖隧道分段

18、最大涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算數(shù)據(jù)，選取部分代表性數(shù)據(jù)結(jié)果列于表2。 </p><p>　　表2陸域明挖分段最大涌水量計(jì)算結(jié)果表 </p><p>　　4.2.2 陸域暗挖隧道分段最大涌水量和經(jīng)常涌水量計(jì)算數(shù)據(jù)，選取部分代表性數(shù)據(jù)結(jié)果列于表3。 </p><p>　　表3陸域暗挖分段最大涌水量和經(jīng)常涌水量計(jì)算結(jié)果表 </p><p>　　4.2.3 海域

19、暗挖隧道分段最大涌水量計(jì)算數(shù)據(jù)與結(jié)果列于表4。 </p><p>　　表4 海域暗挖隧道分段最大涌水量計(jì)算結(jié)果表 </p><p>　　根據(jù)上述計(jì)算，可知隧道涌水量的預(yù)測(cè)結(jié)果為：隧道左洞最大總涌水量為51822m3/d，右洞最大總涌水量為58484m3/d，兩者相差不大，最大單位涌水量為20.42 m3/d·m。其中陸域暗挖隧道段最大總涌水量左洞為34308m3/d，右洞為342

20、67m3/d，正常涌水量左洞為7142m3/d，右洞為7121m3/d，正常涌水量與最大涌水量約為1：4.8。 </p><p>　　目前，廈門東通道海底隧道已經(jīng)建成通車。根據(jù)從施工單位收集到的資料，在施工過程中施工單位統(tǒng)計(jì)到的隧道左洞最大用水量約51000 m3/d，隧道右洞最大用水量約57000 m3/d。由于施工過程中采取了相應(yīng)的止水措施，故實(shí)際用水量比預(yù)測(cè)的要偏小，但預(yù)測(cè)的涌水量還是比較準(zhǔn)確的，對(duì)隧道的施

21、工起到了關(guān)鍵的指導(dǎo)作用。 </p><p><b>　　5、結(jié)論及建議 </b></p><p>　　根據(jù)前述涌水量分析及預(yù)測(cè)計(jì)算,以及與實(shí)際統(tǒng)計(jì)涌水量的對(duì)比分析，并結(jié)合地質(zhì)條件，可得出如下幾點(diǎn)： </p><p>　　①對(duì)于其中的海域暗挖隧道段，因其位于全、強(qiáng)風(fēng)化巖層中，隧道施工時(shí)的降、排水過程中易產(chǎn)生滲透變形或破壞，應(yīng)引起足夠的重視； &l

22、t;/p><p>　?、诳紤]到巖土層的局部結(jié)構(gòu)特性及未來施工支護(hù)的需要，建議對(duì)巖層的可灌性及部分全、強(qiáng)風(fēng)化巖層段進(jìn)行滲透破壞及巖土加固試驗(yàn)作進(jìn)一步的研究。 </p><p>　?、塾捎趲r土地質(zhì)體的隱蔽性及不均勻性，加之本研究隧道位于海底，因此，涌水量的預(yù)測(cè)有很多影響要素，這就需要預(yù)測(cè)計(jì)算時(shí)對(duì)各個(gè)要素的敏感性做充分分析，以便得到更符合實(shí)際的預(yù)測(cè)結(jié)論。同時(shí)，在實(shí)際施工中應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及水文工作，發(fā)

23、現(xiàn)地質(zhì)條件或涌水量異常，應(yīng)及時(shí)反饋，以便及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案（即采用動(dòng)態(tài)信息化施工法），以利于工程施工的順利進(jìn)行。 </p><p>　　第一作者簡(jiǎn)介：楊永波，男，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等方面工作。 </p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)] </b></p><p>　　[1]廈門東通道施工圖設(shè)計(jì)階段地質(zhì)勘察報(bào)告[R]，武漢：中鐵大橋