隧道的水文勘察

隧道与地下水的影响关系，主要出现两种现象：一是隧道内涌水，这将恶化围岩稳定状态，导致施工困难，增大工程造价；二是地表枯水，将造成工业用水及饮水困难，因此必须进行调查预测。

2．4．1　地下水涌水调查

1）隧道涌水现象

隧道涌水可分为集中涌水和稳定涌水。集中涌水有时以突然发生大量涌水的形式出现，往往造成停工和人身伤亡事故。隧道涌水可以使岩质软化，使软岩山体松弛、降低强度；促使围岩中软弱夹层泥化；减少层间阻力，易造成岩体滑动；使某些岩类溶解和膨胀，使山体出现附加压力；厚含水层出现大量涌水时，将产生动水压力，出现流沙及渗透压力；含有害化合物的地下水（硫酸根、碳酸根等）对衬砌结构将产生侵蚀作用；另外，只要充满地下水（即使只有一层薄的水膜），理论上也存在净水压力作用于衬砌。涌水是造成塌方围岩丧失稳定性的重要原因之一。突然大量涌水发生在隧道通过溶洞发育的石灰岩地段（尤其遇到地下暗河时），涌水量可达几百到几千吨每小时；穿过厚含水砂砾石层时，涌水量可达几百吨每小时，遇有大的断层破碎带，尤其是与地表有连通关系时，涌水量也可达到几十到几百吨每小时，甚至更大乃至成为地表水漏斗，非常难以处理。隧道集中涌水主要是估计对工程有影响的涌水位置、涌水压力和涌水量等。预测时可根据地质调查、弹性波探测及钻探等分析地质构造，了解含水层的位置、规模和透水性等。稳定涌水受隧道长度、埋深、位置、含水层规模和透水性等影响，并与流域的枯水流量有密切关系，所以预测是可能的。调查时根据地质调查、弹性波探测、钻探等，查明流域范围的地形、地质构造、地下水状况，并测定径流范围的涌泉、溪流、河川等的枯水流量。

2）涌水勘察的任务

为了预测施工中可能出现的涌水，需要通过对构造裂隙、地下水露头的调查，判明含水层、透水层、隔水层的范围及其与隧道的关系和影响程度；调查地下水的类型及其与地表水的相互补给关系，地下水的动态变化规律；调查地下水的流量、流向及水质等。详细的涌水勘察任务如下：

①查明隧道区的地形、地貌、地层岩性、地质构造特征及各类蓄水构造，划分水文地质单元。

②查明地下水类型及特征、含水层分布位置、高程及特征，进而确定隧道所处位置与含水层之间的关系。

③查明隧道的水文地质条件，特别是地质构造特征对水文地质条件的影响，分析场地地下水在隧道开挖及运营过程中的补给、径流、排泄关系。评价地下水对围岩级别、施工开挖和支护工程的影响。

④判定隧道开挖及运营期的疏干区、影响区范围，预测隧道静态涌水量、动态涌水量及总涌水量，预测隧道通过地段在施工中可能发生集中涌、突水地段位置及危害程度。

⑤对隧道开挖及运营过程中汇入或涌突的地下水提出预报、预防及排治水措施和建议。

⑥评价隧道施工排水对环境生态的影响。

3）涌水勘察方法

对涌水的勘察方法一般分为以下几种：

①搜集、整理勘察区内与本工程有关的自然地理、区域地质、工程地质、水文地质、气象、河流水文和地震等资料，为隧道水文地质勘察工作打好基础。

②工程测量：主要用于地形、水文地质剖面测量及勘探孔定位测量。

③水文地质工程地质综合测绘：目的是掌握工作区内各类地层的分布规律和特征，掌握区内地质构造的分布和发育程度，掌握第四纪地层在平面上的分布变化特征，查明隧道工程的水文地质条件和工程地质条件。

④工程物探：目的是为了充分了解区内含水层结构、厚度变化及富水性，为隧道勘察的水文地质条件提供依据。

⑤水文地质钻探：在测绘与地面物探工作的基础上，结合地下水的补、径、排条件，在较优的且含水结构有差异的地段布设勘探孔。目的在于揭露隧道区含水层结构特征，查明隧道地层结构、岩性、各时代地层分布厚度，含水层分布位置、厚度、埋深、结构，通过勘探断面，揭示含水层的空间变化特征，并对物探解释进行验证，利用钻孔进行水文地质试验，进行区内水文地质参数计算，采取地下水水样进行化验。

4）水文地质试验方法

水文地质试验，应以抽水试验为主，当没有抽水条件时，可采用注水或压水试验。水文地质试验中，应进行必要的观测和测试工作，取得更多的信息。下面分别介绍各种水文地质试验：

（1）抽（注）水试验

利用水文地质勘探孔进行单孔或多孔抽（注）水试验，抽（注）水过程中的观测记录均按规范要求进行，根据试验进行水文地质参数计算，确定隧道含水层的水文地质参数K值。

（2）连通试验

连通试验的目的是计算地下水流速，试验中要求科学求实、认真细致。从试剂投放到观测取样、分析测试等环节都要有专业的人员、设备、工具的组织与准备，并拟定试验的实施方案。试验时试验人员应分工明确，达到试剂投入匀速快捷、采样时同步准时、采样准确、分析测试及时，保证试验成果资料真实反映试验场地区的地下水流场特征。

（3）压水试验

压水试验的目的在于确定地下不同深度岩层包气带的透水性和裂隙发育程度，为评价岩层的透水性及论证隧道区岩层的透水情况等提供所必需的基本资料。试验中应认真细致，各环节都要进行严格的人员、设备、工具的组织与准备，保证试验成果真实反映试验场地地下水在一定压力和不同含水层状况下的渗透情况。

（4）渗水试验

渗水试验采用单环法进行试验，目的在于确定表层第四系土层的垂向透水能力。在隧道区选择好试验点，揭去表面土后，挖好试坑，放入铁环，注入水量，在铁环内水柱高度保持为10 cm的情况下，读取稳定的入渗水量，从而求取土层的渗透性。

（5）溪沟及泉点测流

溪沟及泉点测流是确定隧道区地下水天然排泄量的一种行之有效的方法。其目的是查明地下水与地表水的补排联系。采用三角堰、流速流量仪或旋杯流速仪进行测量。测流时视溪沟大小、流速情况使用不同的仪器测量，确保测流资料的准确性。

（6）水质分析

水质分析的目的是了解隧道区内地表、地下水的物理、化学性质，并进行腐蚀性评价。水样的检测应严格按照要求进行，保证检测数据的准确可靠。

隧道涌水勘察完毕后，应提交相关水文勘察报告资料，包括得出的地形地貌、气象水文、地层岩性、地质构造、地下水类型及富水性、地下水补给径流和排泄特征、地下水动态特征、水文地质试验及参数、地下水化学特征、水文地质单元划分、涌水量预测原则及方法、涌水灾害严重等级的判别、参数的选择及计算结果、涌水量预测评价等。

2．4．2　枯水调查

为了明确由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影响从而造成工业用水及饮水的困难，需调查清楚施工前的状况。因隧道施工而伴生的枯水现象是由于隧道内涌水的结果而产生的，所以调查内容与涌水调查相同。但枯水问题有时会对社会产生巨大的影响，能影响隧道上方和使四周的井和泉干涸，所以调查也要考虑到将来的水利规划远景。

枯水调查的主要内容有：水利资源的利用状况，溪流的流域和流量，泉水、地下水的状态，植被、气象与隧道涌水的有关联的问题，以往工程的枯水资料等。调查结果可以用坐标图表示，横轴表示时间，竖轴表示调查项目。枯水调查的对象和范围，与隧道涌水调查基本相同。但是从河流不利角度来说，由于枯水现象所引起的水位下降、流量减少等影响，往往波及下游，所以在决定调查范围时要考虑到这一点。另外，进行枯水调查时，也需查清它的影响范围和不受影响的分界点，所以调查范围应该宽裕些。主要的水利工程有饮用水、农业用水灌溉、畜牧、果树、园艺、其他、工业用水、水力发电、渔业、航运等工程。要调查各种水利工程的使用水量、使用水位、季节性变化以及将来的规划，同时也要调查水质、水温、鱼类繁殖等情况，还要进一步开展河川溪流、泉水、地下水调查。河川溪流调查基本上和涌水调查内容相同，但是由于各个地区水利资源开发的程度不同，要综合考虑流域的划分。有的泉水直接流入河中不易被发现，有的在地面上可以直接目睹。对于后者，可以测出它的位置、标高、水位或压力、水量、水温等，此外，也要调查它的季节性变化及降雨后的变化情况，同时还要进行水质化验。地下水枯水调查，主要是调查此地下水的利用状况（使用时间、水量等）、地下水季节性变化以及雨后变化等内容。植被调查应按照分区、分类，分别调查树龄、密度、生长情况等，并要考察分析能否受到隧道涌水的影响。

在开挖过程中，如果出现了涌水现象，就要把涌水的位置、初期水量、水量累计、稳定水量等各项内容调查清楚，同时要调查分析前述各项调查的内容是否受到了涌水的影响。因为根据在开工之前已经调查了的有关范围的供水水源、河溪水流、井、钻孔、泉等水的水位、流量、电性（特别是电阻率）、pH、化学成分（水质）等的实际情况，已可明确判断枯水现象是由于开挖隧道引起，还是由于气象条件变化所引起。隧道涌水和枯水问题的气象调查，只限于测定降雨量及蒸发量，一般情况下只调查地下水的主要来源降雨量即可。以往工程的枯水资料以涌水调查的各项内容为准，但是新旧工程的影响是相互交错的，需调查清楚以往工程影响的范围及状况。