地下水動力學法是根據地下水動力學原理,運用數理分析的方法得到的特定水文地質條件(包括特定的含水介質特征、特定的邊界條件和特定的初始條件等)下地下水運動的解析式公式,并將其運用于隧道涌水量的預測。
水文地質解析法在隧道涌水量計算中應用較為普遍,常用穩定流或非穩定流的達西公式、裘布依公式、泰斯公式等計算水文地質參數,再以水平集水建筑物的水量計算公式結合隧道的邊界條件、含水層特征、隧道排水方式等選用適合于隧道涌水量計算的公式。其基本原理、計算方法許多書上都有詳細介紹,此處不再贅述。
地下水動力學法適用于Ⅰ類巖溶隧道。即:①不適于計算位于地下水垂直滲流帶(包氣帶)、地下水位季節交替帶(季節變動帶)、水文網排泄作用范圍內的水平徑流帶(完全飽和帶)內巖溶隧道的涌水量;②對位于不受附近水文網直接影響的深部循環帶內的巖溶隧道涌水量,可按其水文地質概念模型及相應的水文地質數學模型進行預測;③裂隙巖溶含水體(隙流含水體)在同一水文地質單元內有統一的地下水位等情況。
圖7-12為京廣鐵路大瑤山隧道地質剖面圖,可視為無限含水體,隧道為潛水非完整式潛水。
圖7-12大瑤山隧道地質剖面圖
隧道正常涌水量則采用《鐵路工程水文地質勘察規程》[TB10049—2004]B.2.2-1式進行計算,即
QS=L·K(7-26)
式中:QS——隧道正常涌水量(m3/d);
L——隧道通過含水體的長度(m);
K——滲透系數(m/d);
H——洞底以上潛水含水體厚度(m);
h——洞內排水溝假設水深(m);
Ry——隧道涌水地段的引用補給半徑(m);
r——洞身橫斷面寬度之一半(m)。
隧道最大涌水量可根據《供水水文地質手冊》(第二冊)(2-7-3)式,按紊流裂隙水公式進行計算,即
QO=LK(7-27)
式中:QO——隧道通過含水體地段的最大涌水量(m3/d)。
根據鉆孔水文地質抽水試驗成果,大瑤山隧道各含水體滲透系數分別為: 寒武系砂巖、板巖含水巖組:K=0.049m/d;桂頭群砂巖、礫巖含水巖組:K=0.16m/d;東崗嶺灰巖、泥灰巖含水巖組:K=0.028 5m/d。現把隧道分成9段,分別進行涌水量計算。各段的隧道涌水量如表7-17所示。
表7-17大瑤山隧道涌水量計算結果
* 第6段流量8 000m3/d為引用原資料數據
按地下水動力學法計算得出,全隧道正常涌水量QS=4.4×104m3/d,隧道最大涌水量Qo=6.1×104m3/d。隧道實測涌水量5.09×104m3/d,計算值誤差為14.1%;2000年7月9日記錄最大流量為6.17×104m3/d,與計算值的誤差為0.65%。
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