第十四講-鐵路隧道涌水量計(jì)算課件

1、 隧道涌水量計(jì)算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程TB10049-2004，以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)程。水電水利工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程DL/T 5213-2005水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程SL31-2003技術(shù)手冊(cè)1）鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)第1版鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院人民交通出版社1975 2）鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)第2版鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院中國(guó)鐵道出版社1999 3）水文地質(zhì)手冊(cè)地質(zhì)部水文、工程地質(zhì)技術(shù)方法隊(duì)地質(zhì)出版社1978 隧道涌水量計(jì)算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程TB1隧道涌水量計(jì)算方法隧道分類(lèi)：非巖溶巖類(lèi)隧道巖溶巖類(lèi)隧道：按巖溶含水介質(zhì)類(lèi)型及其徑流形式、接受降雨補(bǔ)給方式及巖溶發(fā)育強(qiáng)度級(jí)別分為兩個(gè)類(lèi)型：類(lèi)和類(lèi)巖

2、溶隧道。 隧道涌水量計(jì)算方法隧道分類(lèi)：隧道涌水量計(jì)算方法 地下徑流模數(shù)法降水入滲法地下水動(dòng)力學(xué)法水文地質(zhì)比擬法數(shù)理統(tǒng)計(jì)法流域水文模型法其它方法：評(píng)分法、同位素氚法。隧道涌水量計(jì)算方法 地下徑流模數(shù)法地下徑流模數(shù)法 適用條件：適用于非巖溶巖類(lèi)隧道基巖裂隙水及類(lèi)巖溶隧道。(1) 計(jì)算隧道正常涌水量（Qs） Qs 2.70 M枯A (2) 計(jì)算隧道最大涌水量（Qmax） Qmax Qs 式中：模比系數(shù)：多年最大降雨量/多年平均降雨量的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值約等于1.50。所以，隧道最大涌水量約為正常涌水量的1.5倍。地下徑流模數(shù)法 適用條件：適用于非巖溶巖類(lèi)隧道基巖降水入滲法 非巖溶巖類(lèi)隧道基巖裂隙水及類(lèi)巖溶隧

3、道（1）計(jì)算隧道正常涌水量（Qs） QS=2.74W A QS=1000X A式中：Qs隧道通過(guò)含水體地段的正常涌水量m3/d； 降水入滲系數(shù)；W多年平均降水量mm； X日平均降水量mm；A隧道通過(guò)含水體地段的集水面積km2。(2) 計(jì)算隧道最大涌水量（Qmax） Qmax 1.50 Qs式中：Qmax隧道通過(guò)含水體地段的最大涌水量m3/d，約等于隧道正常涌水量的1.5倍；Wmax多年最大降水量mm。降水入滲法 非巖溶巖類(lèi)隧道基巖裂隙水及類(lèi)巖溶 降水入滲法 類(lèi)巖溶隧道隧道涌水量的計(jì)算有兩種方法：（1）計(jì)算方法一： Q=1000XA 式中：Q隧道通過(guò)含水體地段的雨季涌水量或設(shè)計(jì)頻率暴雨涌水量m3

4、/d； 降雨入滲系數(shù)； A隧道通過(guò)含水體地段的集水面積km2； 地下水涌入系數(shù)； X設(shè)計(jì)頻率降雨量（mm/d），計(jì)算隧道雨季涌水量或設(shè)計(jì)頻率暴雨涌水量時(shí)，降雨量值必須分別采用不同的設(shè)計(jì)頻率降雨量： 降水入滲法 類(lèi)巖溶隧道雨季涌水量（Qs）設(shè)計(jì)頻率降雨量的取值：由于降雨引發(fā)的涌水事故的后果以其鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不超過(guò)中度等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則為可接受準(zhǔn)則為準(zhǔn)；可用隧道當(dāng)?shù)貧庀笳荆ɑ蛴炅空荆┙涤觐l率為2030的多年中雨或大雨降雨量的平均值，長(zhǎng)江以南地區(qū)一般為1535mm。在宜萬(wàn)鐵路，降雨量的安全警示值為 25 mm。也可選擇下列二項(xiàng)日平均降雨量中的大值：a. 多年月最大降雨量（或多年最大30日降雨量

5、）的日平均降雨量值；b. 雨季日降雨量0.1mm最長(zhǎng)連續(xù)日數(shù)及其量的日平均降雨量值。雨季涌水量（Qs）設(shè)計(jì)頻率降雨量的取值：設(shè)計(jì)頻率暴雨涌水量（Qmax） 不同的工作階段可采用不同的設(shè)計(jì)頻率暴雨量值計(jì)算隧道設(shè)計(jì)頻率暴雨涌水量，如：施工階段：與施工期相對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期為五年一遇、或十年一遇暴雨量值；運(yùn)營(yíng)階段：五十年一遇暴雨量值。設(shè)計(jì)頻率暴雨量值的查算：a. 據(jù)各省2008年版暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖集年最大24小時(shí)點(diǎn)暴雨均值和變差系數(shù)Cv等值線(xiàn)圖查出相應(yīng)的、Cv值，再按下式計(jì)算：XtHp點(diǎn)tKp.根據(jù)隧道所在地區(qū)歷年一日最大降雨量或最大24小時(shí)降雨量進(jìn)行理論頻率統(tǒng)計(jì)，確定設(shè)計(jì)頻率暴雨量。 X = XcpKpX

6、cp(Cv+1)設(shè)計(jì)頻率暴雨涌水量（Qmax） 不同的工作階段可采用不同的設(shè)(2) 計(jì)算方法二： 水電水利工程喀斯特工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程DL/T 5338-2006第7.3.9條：當(dāng)洞室所在的喀斯特巖層直接出露地表時(shí)，可按下式計(jì)算洞室或洞室群的涌水量： Q=1000 a A HS S/(86400)式中：Q洞室或洞室群涌水量，m3/s； 降水入滲系數(shù)，一般可采用0.300.60；A匯水面積，km2；Hs降水量，mm；計(jì)算時(shí)段天數(shù)；S 涌入洞室水量占地下水徑流總量的份額，一般為0.100.40。 (2) 計(jì)算方法二：洼地滲入法巖溶洼地入滲量計(jì)算隧道位于垂直滲流帶或水平徑流帶的季節(jié)變動(dòng)帶，當(dāng)隧道頂

7、部或隧道影響寬度內(nèi)有大型巖溶洼地時(shí)，由于洼地底部常有漏斗、落水洞與地下巖溶形態(tài)相連，施工時(shí)如若揭穿了這些垂直巖溶形態(tài)，在枯水季節(jié)及雨季的非降雨時(shí)段，一般不會(huì)產(chǎn)生巖溶涌水，但在降雨時(shí)段，特別是暴雨、特大暴雨時(shí)段，大量的雨水?dāng)y帶泥砂通過(guò)垂直狀態(tài)的巖溶形態(tài)“灌入”地下，可能會(huì)產(chǎn)生涌水、突泥。其涌水來(lái)源主要是區(qū)域性地下水位上升和局部“過(guò)路水”。洼地滲入法巖溶洼地入滲量計(jì)算隧道位于垂直滲流帶或水平徑流帶洼地滲入法巖溶洼地入滲量計(jì)算 洼地入滲量根據(jù)隧道中線(xiàn)附近頂部洼地的集水面積或洼地內(nèi)的積水面積、積水時(shí)間和水位觀測(cè)值等參數(shù)求得。當(dāng)洼地不積水或積水不到一日時(shí)，其表達(dá)式為：Qw =1000 F X 式中：Qw

8、洼地入滲量（m3/d）；洼地滲入法巖溶洼地入滲量計(jì)算 洼地入滲量根據(jù)隧道中線(xiàn)附近頂 地下水動(dòng)力學(xué)法 適用條件：隧道圍巖為松散巖類(lèi)及非巖溶巖類(lèi)的隧道皆可應(yīng)用該方法。巖溶隧道：適用于類(lèi)巖溶隧道，即：（1）不適于計(jì)算位于地下水垂直滲流帶（包氣帶）、地下水位季節(jié)交替帶（季節(jié)變動(dòng)帶）、水文網(wǎng)排泄作用范圍內(nèi)的水平徑流帶（完全飽和帶）內(nèi)巖溶隧道的涌水量；（2）對(duì)位于不受附近水文網(wǎng)直接影響的深部循環(huán)帶內(nèi)的隧道涌水量可按其水文地質(zhì)概念模型及相應(yīng)的水文地質(zhì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)；（3）裂隙巖溶含水體隙流含水體，在同一水文地質(zhì)單元內(nèi)，有統(tǒng)一的地下水位。 地下水動(dòng)力學(xué)法 適用條件：地下水動(dòng)力學(xué)法 計(jì)算方法與步驟1計(jì)算方法：

9、隧道涌水量計(jì)算穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流理論公式及半理論半經(jīng)驗(yàn)公式可查閱規(guī)程附錄D、鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)或水文地質(zhì)手冊(cè)有關(guān)章節(jié)。鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)第2版隧道涌水量計(jì)算式。水底隧道涌水量計(jì)算方法及計(jì)算公式詳見(jiàn)規(guī)程條文說(shuō)明說(shuō)明B.3.315式。2計(jì)算步驟：確定隧道圍巖含水體的水文地質(zhì)邊界條件：是無(wú)限含水體或是有限含水體隧道一側(cè)或兩側(cè)有透水邊界或隔水邊界；根據(jù)地下水的水力類(lèi)型潛水、承壓水、含水體厚度有限厚或無(wú)限厚、含水體隔水底板的產(chǎn)狀水平或傾斜、隧道工程類(lèi)型完整式或非完整式、隧道進(jìn)水方式隧道側(cè)面進(jìn)水、底部不進(jìn)水，或隧道側(cè)面及底部同時(shí)進(jìn)水等條件合理地選定計(jì)算模型。地下水動(dòng)力學(xué)法 計(jì)算方法與步驟數(shù)理統(tǒng)計(jì)法相關(guān)分析法 根

10、據(jù)氣象、水文資料，建立某要素（可以是主要影響因素）與隧道內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)要素之間的關(guān)系，如：相應(yīng)期降水量與隧道涌水量動(dòng)態(tài)相關(guān)；相應(yīng)期降水量與地下水壓動(dòng)態(tài)相關(guān)；前期降水量與后期隧道涌水量相關(guān)等。在報(bào)知相關(guān)要素（如降水）以后，代入回歸方程式計(jì)算，推算其未來(lái)時(shí)刻地下水動(dòng)態(tài)要素（隧道涌水量、水壓動(dòng)態(tài)）的變化。相關(guān)分析的主要任務(wù)是：一是解決變量（如:涌水量、降雨量）之間的聯(lián)系形式（即建立回歸方程）；二是判別變量之間的聯(lián)系密切程度，以便找出一個(gè)統(tǒng)計(jì)量（復(fù)相關(guān)系數(shù)及擬合度），來(lái)客觀地反映回歸方程的使用價(jià)值。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法相關(guān)分析法 根據(jù)氣象、水文資料，建立某要數(shù)理統(tǒng)計(jì)法相關(guān)分析法 第一，它可用來(lái)分析隧道涌水量與降雨

11、量因素之間關(guān)系，區(qū)別降雨量的主要影響因素與非主要影響因素預(yù)測(cè)涌水量趨勢(shì)；第二，回歸分析對(duì)降雨量因子挑選有較大的余地，允許較多地考慮各種可能的影響因子建立多元回歸方程，利用逐步回歸方法，更可優(yōu)選各回歸方程，使涌水量評(píng)價(jià)進(jìn)一步完善；第三，利用Excel或SPSSSPSS 15.0 for Windows軟件計(jì)算方便，可操作性強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果易于驗(yàn)證，以及可以依據(jù)涌水量、降雨逐日觀測(cè)資料對(duì)回歸方程進(jìn)行隨時(shí)修正，使其趨于實(shí)際便于檢查的特點(diǎn)。適用條件：預(yù)測(cè)施工或運(yùn)營(yíng)階段巖溶隧道內(nèi)涌突水點(diǎn)的涌水量水壓近期變化趨勢(shì)。據(jù)宜萬(wàn)鐵路多個(gè)巖溶隧道降雨隧道涌水相關(guān)預(yù)測(cè)的實(shí)踐，相關(guān)分析法對(duì)雨季、特別是大雨、暴雨雨后隧道涌水

12、變幅的預(yù)測(cè)，往往能獲得比較滿(mǎn)意的結(jié)果。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法相關(guān)分析法 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法相關(guān)分析法 多元線(xiàn)性隨機(jī)模型的建立根據(jù)隧道涌水量、降雨量的長(zhǎng)觀資料，建立多元線(xiàn)性隨機(jī)模型，作為預(yù)測(cè)隧道涌水量變化趨勢(shì)的依據(jù)。Yb0+b1X1+b2X2+bmXm 多元線(xiàn)性回歸方程的驗(yàn)證對(duì)多元線(xiàn)性回歸方程進(jìn)行驗(yàn)證的目的是判別變量（涌水量、水壓、降雨量）之間的聯(lián)系密切程度，可通過(guò)復(fù)相關(guān)系數(shù)R、擬合度R2、顯著性水平F三項(xiàng)指標(biāo)，來(lái)客觀地反映回歸方程的使用價(jià)值。（1）復(fù)相關(guān)系數(shù)R（2）擬合度R2（3）顯著性水平F：F0.000數(shù)理統(tǒng)計(jì)法相關(guān)分析法 多元線(xiàn)性隨機(jī)模型的建立數(shù)理統(tǒng)計(jì)法相關(guān)分析法 隧道涌水量變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)建立樣本回歸方程并通

13、過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)后，就可以利用樣本回歸方程進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)就是給定自變量的特定值，利用樣本回歸方程對(duì)因變量的值進(jìn)行估計(jì)。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法相關(guān)分析法 水文地質(zhì)比擬法根據(jù)已研究或有長(zhǎng)期觀測(cè)記錄的既有隧道、礦井坑硐、隧道已施工的掘進(jìn)段涌水資料，可以估算水文地質(zhì)條件與其相似的隧道涌水量。所謂“水文地質(zhì)條件相似”，系指氣候、地形地貌、植被、地質(zhì)條件巖性、構(gòu)造、地下水動(dòng)力性質(zhì)、含水體巖性含水介質(zhì)類(lèi)型、補(bǔ)給、徑流、排泄以及滲透性等大體相似。水文地質(zhì)比擬法根據(jù)已研究或有長(zhǎng)期觀測(cè)記錄的既有流域水文模型法宜萬(wàn)鐵路多個(gè)隧道遭遇巖溶地下河系統(tǒng)，隧道襲奪了地下河原徑流途徑，巖溶地下河水成為隧道涌水最主要的水源。這些巖溶地下河系統(tǒng)通常

14、以巖溶管道和巖溶洞穴大型溶腔等多種巖溶空隙介質(zhì)體為主，其形態(tài)結(jié)構(gòu)和地表河流具有一定的相似性，符合地表水系的發(fā)育、形成和演化規(guī)律；地下河流量動(dòng)態(tài)變化特征與地表水流亦具有很好的相似性，都具有流量大、流速快、洪峰在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成的特點(diǎn)。隧道施工進(jìn)程中，實(shí)時(shí)涌水洪水預(yù)報(bào)、提高洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)精度和增長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期是施工階段防洪減災(zāi)、安全生產(chǎn)的核心。但是，運(yùn)用傳統(tǒng)的水文地質(zhì)隧道涌水量預(yù)測(cè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)巖溶隧道涌水峰值及涌水徑流的水文過(guò)程，無(wú)論在理論、方法和技術(shù)手段等方面都遇到了挑戰(zhàn)。流域水文模型法宜萬(wàn)鐵路多個(gè)隧道遭遇巖溶地下河系統(tǒng)流域水文模型法適用條件：類(lèi)巖溶隧道。即與隧道有聯(lián)系的地下河流域巖溶強(qiáng)烈發(fā)育；巖溶含水介質(zhì)管

15、道化程度較高；其流量動(dòng)態(tài)對(duì)降雨十分敏感。計(jì)算方法流域水文模型的理論基礎(chǔ)就是產(chǎn)流、匯流計(jì)算。計(jì)算步驟如下：確定流域參數(shù)；設(shè)計(jì)暴雨；用瞬時(shí)單位線(xiàn)方法計(jì)算地面徑流及地下徑流；將各時(shí)段的地面徑流疊加相應(yīng)時(shí)段的地下徑流，即得到全部設(shè)計(jì)洪水過(guò)程。流域水文模型法適用條件：類(lèi)巖溶隧道。即與隧道有聯(lián)系其它方法：評(píng)分法、同位素氚法評(píng)分法同位素氚法其它方法：評(píng)分法、同位素氚法評(píng)分法隧道涌水量計(jì)算精度級(jí)別及允許誤差 隧道涌水量計(jì)算精度的級(jí)別隧道涌水量計(jì)算精度可分為五級(jí)：A、B、C、D、E級(jí)。隧道涌水量計(jì)算的允許誤差（）計(jì)算的隧道涌水量的允許誤差與隧道涌水量計(jì)算精度級(jí)別相對(duì)應(yīng)，分為五級(jí)：1）驗(yàn)證的A級(jí)隧道涌水量允許誤差為小于20；2）查明的B級(jí)隧道涌水量允許誤差為2040；3）控制的C級(jí)隧道涌水量允許誤差為4060；4）推斷的D級(jí)隧道涌水量允許誤差為6080；5）估算的E級(jí)隧道涌水量允許誤差為8090。隧道涌水量計(jì)算精度級(jí)別及允許誤差 隧道涌水量計(jì)算的評(píng)價(jià)隧道涌水量計(jì)算方法及計(jì)算公式的選擇：列舉采用的隧道涌水量計(jì)算方法及計(jì)算公式。隧道涌水量計(jì)算參數(shù)的確定：說(shuō)明各計(jì)算參數(shù)的來(lái)源及其數(shù)值。隧