第十四讲-铁路隧道涌水量计算..

隧道涌水量计算的评价 隧道涌水量计算方法及计算公式的选择：列举采用的隧
道涌水量计算方法及计算公式。 隧道涌水量计算参数的确定：说明各计算参数的来源及 其数值。 隧道涌水量计算：列表说明隧道涌水量各种预测方法的 计算成果，并综合分析其合理性。 隧道涌水量计算成果的评述：评述的内容： 1）评述隧道涌水的性质、途径、范围； 2）指出相对较为合理的隧道涌水量计算方法及其 计算成果。 3）计算的隧道涌水量的精度级别，误差的大小以 及误差的计算方法。提交的隧道涌水量精度，是否可以 满足相应勘察设计阶段隧道设计、施工的要求。 4）依据隧道分段涌水量，按表8 隧道围岩富水程 度分区表〔《规程》表10.5.2〕进行隧道围岩的富水程 度分区。



多元线性随机模型的建立 根据隧道涌水量、降雨量的长观资料，建立多元线性 随机模型，作为预测隧道涌水量变化趋势的依据。 Y＝b0+b1X1+b2X2+……+bmXm 多元线性回归方程的验证 对多元线性回归方程进行验证的目的是判别变量（涌 水量、水压、降雨量）之间的联系密切程度，可通过复相 关系数R、拟合度R2、显著性水平F三项指标，来客观地反 映回归方程的使用价值。 （1）复相关系数R （2）拟合度R2 （3）显著性水平F：F＝0.000


宜万铁路多个隧道遭遇岩溶地下河系统，隧 道袭夺了地下河原径流途径，岩溶地下河水成为 隧道涌水最主要的水源。这些岩溶地下河系统通 常以岩溶管道和岩溶洞穴〔大型溶腔〕等多种岩 溶空隙介质体为主，其形态结构和地表河流具有 一定的相似性，符合地表水系的发育、形成和演 化规律；地下河流量动态变化特征与地表水流亦 具有很好的相似性，都具有流量大、流速快、洪 峰在数小时内完成的特点。隧道施工进程中，实 时涌水洪水预报、提高洪水预报系统精度和增长 预见期是施工阶段防洪减灾、安全生产的核心。 但是，运用传统的水文地质隧道涌水量预测方法 来实现岩溶隧道涌水峰值及涌水径流的水文过程， 无论在理论、方法和技术手段等方面都遇到了挑 战。
降水入渗法


设计频率降雨量的取值： ａ 由于降雨引发的涌水事故的后果以其铁路隧 道风险等级标准不超过中度等级、风险接受准则 为可接受准则为准； ｂ 可用隧道当地气象站（或雨量站）降雨频率 为20～30％的多年中雨〔或大雨〕降雨量的平均 值，长江以南地区一般为15～35mm。在宜万铁路， 降雨量的安全警示值为 25 mm。 也可选择下列二项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） 的日平均降雨量值； b. 雨季日降雨量 ≥0.1mm最长连续日数及其量 的日平均降雨量值。

流域水文模型法
其它方法：评分法、同位素氚法
评分法 同位素氚法

隧道涌水量计算精度级别及允许误差



隧道涌水量计算精度的级别 隧道涌水量计算精度可分为五级：A、B、C、D、E级。 隧道涌水量计算的允许误差（δ） 计算的隧道涌水量的允许误差与隧道涌水量计算精度 级别相对应，分为五级： 1）验证的〔A级〕隧道涌水量允许误差为小于20％； 2）查明的〔B级〕隧道涌水量允许误差为20～40％； 3）控制的〔C级〕隧道涌水量允许误差为40～60％； 4）推断的〔D级〕隧道涌水量允许误差为60～80％； 5）估算的〔E级〕隧道涌水量允许误差为80～90％。






非岩溶岩类隧道〔基岩裂隙水〕及Ⅰ类岩溶隧道 （1）计算隧道正常涌水量（Qs） QS=2.74αW A QS=1000αX A 式中：Qs－隧道通过含水体地段的正常涌水量〔m3/d〕； α－降水入渗系数； W－多年平均降水量〔mm〕； X－日平均降水量〔mm〕； A－隧道通过含水体地段的集水面积〔km2〕。 (2) 计算隧道最大涌水量（Qmax） Qmax ≈1.50 Qs 式中：Qmax－隧道通过含水体地段的最大涌水量〔m3/d〕， 约等于隧道正常涌水量的1.5倍； Wmax－多年最大降水量〔mm〕。
数理统计法〔相关分析法〕
数理统计法〔相关分析法〕

隧道涌水量变化趋势预测 建立样本回归方程并通过统计检验后， 就可以利用样本回归方程进行预测。预测 就是给定自变量的特定值，利用样本回归 方程对因变量的值进行估计。
水文地质比拟法
根据已研究或有长期观测记录的既有 隧道、矿井坑硐、隧道已施工的掘进段涌 水资料，可以估算水文地质条件与其相似 的隧道涌水量。 所谓“水文地质条件相似”，系指气 候、地形地貌、植被、地质条件〔岩性、 构造〕、地下水动力性质、含水体岩性 〔含水介质类型〕、补给、径流、排泄以 及渗透性等大体相似。
隧道涌水量计算技术标准



铁路工程水文地质勘察规程 〔TB10049-2004〕，以下简 称《规程》。 水电水利工程钻孔抽水试验规程〔DL/T 5213-2005〕 水利水电工程钻孔压水试验规程〔SL 31-2003〕 技术手册 1）铁路工程地质手册〔第1版〕 铁道部第一勘察设计 院 人民交通出版社 1975 2）铁路工程地质手册〔第2版〕 铁道部第一勘察设计 院 中国铁道出版社 1999 3）水文地质手册 地质部水文、工程地质技术方法队 地质出版社 1978
数理统计法〔相关分析法〕
数理统计法〔相关分析法〕




第一，它可用来分析隧道涌水量与降雨量因素之间关系， 区别降雨量的主要影响因素与非主要影响因素预测涌水量 趋势； 第二，回归分析对降雨量因子挑选有较大的余地，Leabharlann Baidu许较 多地考虑各种可能的影响因子建立多元回归方程，利用逐 步回归方法，更可优选各回归方程，使涌水量评价进一步 完善； 第三，利用Excel或SPSS 〔SPSS 15.0 for Windows〕软 件计算方便，可操作性强，评价结果易于验证，以及可以 依据涌水量、降雨逐日观测资料对回归方程进行随时修正， 使其趋于实际便于检查的特点。 适用条件：预测施工〔或运营〕阶段岩溶隧道内涌突水点 的涌水量〔水压〕近期变化趋势。据宜万铁路多个岩溶隧 道降雨～隧道涌水相关预测的实践，相关分析法对雨季、 特别是大雨、暴雨雨后隧道涌水变幅的预测，往往能获得 比较满意的结果。
地下水动力学法


根据气象、水文资料，建立某要素（可以是主要 影响因素）与隧道内地下水动态要素之间的关系， 如：相应期降水量与隧道涌水量动态相关；相应 期降水量与地下水压动态相关；前期降水量与后 期隧道涌水量相关等。在报知相关要素（如降水） 以后，代入回归方程式计算，推算其未来时刻地 下水动态要素（隧道涌水量、水压动态）的变化。 相关分析的主要任务是：一是解决变量（如:涌水 量、降雨量）之间的联系形式（即建立回归方 程）；二是判别变量之间的联系密切程度，以便 找出一个统计量（复相关系数及拟合度），来客 观地反映回归方程的使用价值。
地下水动力学法






计算方法与步骤 〔1〕计算方法： 隧道涌水量计算稳定流、非稳定流理论公式及半理论半 经验公式可查阅《规程》附录D、《铁路工程地质手册》 或《水文地质手册》有关章节。《铁路 工程地质手册》〔第2版〕隧道涌水量计算式。 水底隧道涌水量计算方法及计算公式详见《规程》条文 说明〔说明B.3.3－1～5式〕。 〔2〕计算步骤： 确定隧道围岩含水体的水文地质边界条件：是无限含水 体或是有限含水体〔隧道一侧或两侧有透水边界或隔水 边界； 根据地下水的水力类型〔潜水、承压水〕、含水体厚度 〔有限厚或无限厚〕、含水体隔水底板的产状〔水平或 倾斜〕、隧道工程类型〔完整式或非完整式〕、隧道进 水方式〔隧道侧面进水、底部不进水，或隧道侧面及底 部同时进水〕等条件合理地选定计算模型。
降水入渗法

Ⅱ类岩溶隧道 隧道涌水量的计算有两种方法： （1）计算方法一： Q=1000α•X•A•η 式中：Q－隧道通过含水体地段的雨季涌水量或设 计频率暴雨涌水量〔m3/d〕； α－降雨入渗系数； A－隧道通过含水体地段的集水面积 〔km2〕； η－地下水涌入系数； X－设计频率降雨量（mm/d），计算隧道雨 季涌水量或设计频率暴雨涌水量时，降雨量值 必须分别采用不同的设计频率降雨量：
雨季涌水量 （Qs）
设计频率暴雨涌水量（ Qmax ） 不同的工作阶段可采用不同的设计频率暴雨量值

计算隧道设计频率暴雨涌水量，如： 施工阶段：与施工期相对应的重现期为五年 一遇、或十年一遇暴雨量值； 运营阶段：五十年一遇暴雨量值。 设计频率暴雨量值的查算： a. 据各省2008年版《暴雨统计参数图集》年最 大24小时点暴雨均值和变差系数Cv等值线图查出 相应的、Cv值，再按下式计算： X＝αt· Hp点 ＝ αt • · Kp ｂ.根据隧道所在地区历年一日最大降雨量〔或 最大24小时降雨量〕进行理论频率统计，确定设 计频率暴雨量。 X = Xcp•Kp＝Xcp•(φCv+1)
洼地渗入法－岩溶洼地入渗量计算

隧道位于垂直渗流带或水平径流带的季节 变动带，当隧道顶部或隧道影响宽度内有 大型岩溶洼地时，由于洼地底部常有漏斗、 落水洞与地下岩溶形态相连，施工时如若 揭穿了这些垂直岩溶形态，在枯水季节及 雨季的非降雨时段，一般不会产生岩溶涌 水，但在降雨时段，特别是暴雨、特大暴 雨时段，大量的雨水携带泥砂通过垂直状 态的岩溶形态“灌入”地下，可能会产生 涌水、突泥。其涌水来源主要是区域性地 下水位上升和局部“过路水”。
洼地渗入法－岩溶洼地入渗量计算
洼地入渗量根据隧道中线附近顶部洼地的 集水面积或洼地内的积水面积、积水时间 和水位观测值等参数求得。 当洼地不积水或积水不到一日时，其表达 式为： Qw = 1000 F X η 式中：Qw—洼地入渗量（m3/d）；



适用条件： 隧道围岩为松散岩类及非岩溶岩类的隧道皆可应 用该方法。 岩溶隧道：适用于Ⅰ类岩溶隧道，即： （1）不适于计算位于地下水垂直渗流带（包气 带）、地下水位季节交替带（季节变动带）、水 文网排泄作用范围内的水平径流带（完全饱和带） 内岩溶隧道的涌水量； （2）对位于不受附近水文网直接影响的深部循环 带内的隧道涌水量可按其水文地质概念模型及相 应的水文地质数学模型进行预测； （3）裂隙岩溶含水体〔隙流含水体〕，在同一水 文地质单元内，有统一的地下水位。
流域水文模型法
适用条件：Ⅱ类岩溶隧道。即与隧道有联 系的地下河流域岩溶强烈发育；岩溶含水 介质管道化程度较高；其流量动态对降雨 十分敏感。 计算方法 流域水文模型的理论基础就是产流、 汇流计算。计算步骤如下：确定流域参数； 设计暴雨；用瞬时单位线方法计算地面径 流及地下径流；将各时段的地面径流叠加 相应时段的地下径流，即得到全部设计洪 水过程。
隧道涌水量计算方法
１ 隧道分类： 〔１〕非岩溶岩类隧道 〔２〕岩溶岩类隧道：按岩溶含水介质类 型及其径流形式、接受降雨补给方式及岩 溶发育强度级别分为两个类型：Ⅰ类和Ⅱ 类岩溶隧道。

隧道涌水量计算方法
地下径流模数法 降水入渗法 地下水动力学法 水文地质比拟法 数理统计法 流域水文模型法 其它方法：评分法、同位素氚法。

地下径流模数法



适用条件：适用于非岩溶岩类隧道〔基岩裂隙水〕 及Ⅰ类岩溶隧道。 (1) 计算隧道正常涌水量（Qs） Qs ≈ 2.70 M枯· A (2) 计算隧道最大涌水量（Qmax） Qmax ≈ λ Qs 式中：λ－模比系数： λ＝多年最大降雨量/多年平均降雨量 λ的统计标准值约等于1.50。 所以，隧道最大涌水量约为正常涌水量的1.5倍。
(2) 计算方法二： 《水电水利工程喀斯特工程地质勘察技术规程》 〔DL/T 5338-2006〕第7.3.9条：当洞室所在的 喀斯特岩层直接出露地表时，可按下式计算洞室 或洞室群的涌水量： Q=1000 a A HS S/(86400ｄ) 式中：Q－洞室或洞室群涌水量，m3/s； α－降水入渗系数，一般可采用0.30～ 0.60； A－汇水面积，km2； Hs－降水量，mm； ｄ－计算时段天数； S －涌入洞室水量占地下水径流总量的份 额，一般为0.10～0.40。