地下水动力学法是根据地下水动力学原理,运用数理分析的方法得到的特定水文地质条件(包括特定的含水介质特征、特定的边界条件和特定的初始条件等)下地下水运动的解析式公式,并将其运用于隧道涌水量的预测。

水文地质解析法在隧道涌水量计算中应用较为普遍,常用稳定流或非稳定流的达西公式、裘布依公式、泰斯公式等计算水文地质参数,再以水平集水建筑物的水量计算公式结合隧道的边界条件、含水层特征、隧道排水方式等选用适合于隧道涌水量计算的公式。其基本原理、计算方法许多书上都有详细介绍,此处不再赘述。

地下水动力学法适用于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岩溶隧道涌水量,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等情况。

图7-12为京广铁路大瑶山隧道地质剖面图,可视为无限含水体,隧道为潜水非完整式潜水。

图7-12大瑶山隧道地质剖面图

隧道正常涌水量则采用《铁路工程水文地质勘察规程》[TB10049—2004]B.2.2-1式进行计算,即

QS=L·K(7-26)

式中:QS——隧道正常涌水量(m3/d);

L——隧道通过含水体的长度(m);

K——渗透系数(m/d);

H——洞底以上潜水含水体厚度(m);

h——洞内排水沟假设水深(m);

Ry——隧道涌水地段的引用补给半径(m);

r——洞身横断面宽度之一半(m)。

隧道最大涌水量可根据《供水水文地质手册》(第二册)(2-7-3)式,按紊流裂隙水公式进行计算,即

QO=LK(7-27)

式中:QO——隧道通过含水体地段的最大涌水量(m3/d)。

根据钻孔水文地质抽水试验成果,大瑶山隧道各含水体渗透系数分别为: 寒武系砂岩、板岩含水岩组:K=0.049m/d;桂头群砂岩、砾岩含水岩组:K=0.16m/d;东岗岭灰岩、泥灰岩含水岩组:K=0.028 5m/d。现把隧道分成9段,分别进行涌水量计算。各段的隧道涌水量如表7-17所示。

表7-17大瑶山隧道涌水量计算结果

* 第6段流量8 000m3/d为引用原资料数据

按地下水动力学法计算得出,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。隧道实测涌水量5.09×104m3/d,计算值误差为14.1%;2000年7月9日记录最大流量为6.17×104m3/d,与计算值的误差为0.65%。