董志塬地区富水黄土隧道渗流分析研究.pdf

·地质勘察·收稿日期：２０１６０７２５基金项目：中国铁建股份有限公司科研开发项目⁃（１４Ｃ５１）董志塬地区富水黄土隧道渗流分析研究张晓宇（中铁第一勘察设计院集团有限公司　陕西西安　７１００４３）摘　要　受黄土地形地貌及线路方案控制，银西高铁以隧道工程通过董志塬地区时，不可避免地穿越黄土含水层。以上阁隧道为例，首先分析了董志塬地区黄土含水层的分布特征，评价了中更新统含水层黄土的物理力学性质、渗透性及含水特征，其次通过建立二维渗流模型，模拟了隧道开挖后渗流特征，同时研究了地下水渗流对隧道工程的影响。　结果表明，董志塬地下水水位埋深约　　　　５０～７０ｍ，含水层厚约　　　　３０～５０ｍ，含水层黄土天然含水率达到了４４　２４９％　，渗透系数为　　　　０．１５ｍ／ｄ，以软塑为主。　渗流模拟结果表明，地下水渗流的影响往往是在开挖初期，选择合理支护时间及支护措施尤为关键，并应加强防排水措施，以降低地下水对黄土隧道的危害。关键词　隧道工程　黄土含水层　渗流分析　数值模拟中图分类号　　　Ｕ４５６．３　文献标识码　　Ａ　文章编号　１００９　　４５３９（２０１６）１１００３８０６　　　　　⁃　　ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅＳｅｅｐａｇｅｏｆＷａｔｅｒｒｉｃｈＬｏｅｓｓＴｕｎｎｅｌ　　　ｉｎｔｈｅＤｏｎｇｚｈｉｙｕａｎＤｉｓｔｒｉｃｔ　ＺｈａｎｇＸｉａｏｙｕ　　　（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＦｉｒｓｔ　　　　　ＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｒｏｕｐＣｏ．　　’　　　　Ｌｔｄ．，ＸｉａｎＳｈａａｎｘｉ７１００４３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　　　　　　　　　　Ｄｕｅｔｏｔｈｅｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｒｏｕｔｅｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆ⁃’　　⁃　　ＹｉｎｃｈｕａｎＸｉａｎＨｉｇｈｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙｗｏｕｌｄ　　　　　ｕｎａｖｏｉｄａｂｌｙｔｒａｖｅｒｓｅｌｏｅｓｓａｑｕｉｆｅｒｉｎＤｏｎｇｚｈｉｙｕａｎ．　　　ＴａｋｉｎｇｔｈｅＳｈａｎｇｇｅｔｕｎｎｅｌ　　　　　　　ａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　⁃ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｅｓｓａｑｕｉｆｅｒｉｎＤｏｎｇｚｈｉｙｕａｎ，ｔｈｅｎｅｖａｌｕａｔｅｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｐｅｒｍｅａ　　　　　⁃　　　　　　　ｂｉｌｉｔｙａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍｉｄｄｌｅｐｌｅｉｓｔｏｃｅｎｅａｑｕｉｆｅｒｌｏｅｓｓ．　　　⁃Ｂｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇａｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　　　　　　　　　　　　　　　　⁃ｓｅｅｐａｇｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｅｓｅｅｐａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ａｎｄｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｇｒｏｕｎｄｗ　　　ａｔｅｒｓｅｅｐａｇｅｉｎｔｕｎｎｅｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　　　　　　　　　　　　ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｂｕｒｉｅｄｄｅｐｔｈｏｆＤｏｎｇｚｈｉｙｕａｎｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｗａｓａｂｏｕｔ５０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⁃～７０ｍ，ｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆａｑｕｉｆｅｒｗａｓａｂｏｕｔ３０～５０ｍ，ｎａｔｕｒａｌｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｌｏｅｓｓｗａｓｕｐｔｏ２４．９％，ｔｈｅｐｅｒｍｅａ　ｂｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　　　　ｗａｓ０．１５ｍ／　　　⁃　ｄ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｓｏｆｔｐｌａｓｔｉｃｓｔａｔｅ．　　　　　　　　⁃Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｅｅｐａｇｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｎ　ｆｌｕｅｎｃｅｏｆ　　　　ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｅｅｐａｇｅｗａｓａｔ　　ｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆ　　　　　ｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｔｈｕｓｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆ　ｔｈｅｍｏｓｔ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　　ｍｅａｓｕｒｅｓｗａｓｏｆｖｉｔａｌ　　　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ　　　　　　　　ａｎｄｄｒａｉｎａｇｅｍｅａｓｕｒｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅ　ｈａｒｍｏｆ　　　　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｌｏｅｓｓｔｕｎｎｅｌｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｔｕｎｎｅｌ　　　　　ｐｒｏｊｅｃｔ；ｌｏｅｓｓａｑｕｉｆｅｒ；ｓｅｅｐａｇｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　１引言黄土层中地下水的作用是黄土隧道设计、施工时的重点研究内容和关注的对象［１］１。　黄土的土体强度低、变形大、自承能力小、工程性质差，受水的影响十分强烈，一旦被水浸泡，达到饱和状态，其强度明显降低，　工程性质发生很大的变化。　杨晓华［２］、刘彤［３］、刘旭全［４］等对公路、铁路黄土隧道渗漏水病害成因进行了分析，并提出了防排水措施设计施工建议。　王耀东［５］等对郑西高铁张茅隧道进行了渗流分析，给出了地下水位在施工阶段和运营阶段的水位变化情况。　孙志杰［６］等对某高速公路富水黄土隧道开挖过程的水　－　力耦合效应研究表明，富水黄土隧道支护结构的设计应考虑由于土体８３铁道建筑技术　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·地质勘察·的渗流效应的影响。　乔春生［７］等通过土工实验、隧道收敛和围岩内部位移的现场监测、隧道变形的三维有限元仿真计算等手段，对隧道的变形规律进行了研究。　侯伟［８］等基于　⁃ＧＥＯＳＬＯＰＥ　的渗流分析模块　　ＳＥＥＰ／Ｗ，分析了拟建水库在存在　　　　２０～５４ｍ　的水头差作用下对公路隧道的渗流影响。尽管研究人员对黄土隧道地下水对隧道工程的影响做了大量的工作，但地下水问题的出现往往是在施工过程中才引起重视，大多并未系统分析黄土地区地下水的分布规律、含水层特征以及含水层黄土物理力学性质的差异。银西高速铁路宁县至庆城段线路方案从九龙河河谷区上董志塬，经庆阳市，又下塬至环江河谷区，受地形地貌及线路方案控制，上塬及下塬均以单面坡隧道通过，线路方案定会穿越黄土含水层。　本文以上阁村隧道为例，通过地面调查、水文勘探、综合测井、土工试验综合、渗流模拟分析，确定了董志塬地区黄土含水层的分布规律，评价了含水层中黄土的物理力学性质，分析了黄土含水层渗流对隧道工程的影响，提出了工程措施建议，做到了提前预警。　２董志塬工程地质及水文地质概况董志塬是我国黄土高原面积最大、保存最完整、黄土沉积最厚的黄土塬，塬面南北狭长，属剥蚀堆积地貌类型，塬面支离破碎，地势平坦，中间高，四周低，塬边沟壑发育。　塬区地层主要为第四系上更新统、中更新统及下更新统风积黄土。　地表为上更新统（Ｑ３）黏质黄土为主，具有大孔隙和垂直节理，为典型的马兰期黄土，厚度约　　１０～２０ｍ，透水而不含水。　中更新统离石黄土（Ｑ２）为一层棕红色、黄褐色黏质黄土，间有　　　１０～１４层古土壤层，单层厚度　　　０．５～２．０ｍ，每层古土壤层之下都有　０．５ｍ　左右的姜石层，该层上部土质颗粒较粗，结构疏松，孔隙裂隙发育，夹多层古土壤和钙质结核层，是塬区主要含水层，厚度　　８０～９０ｍ，也是地下水的储存空间和运移通道　。Ｑ２下部含黏质黄土多，古土壤层少，透水性较差，厚度　　７０～８０ｍ；早期的下更新统午城黄土（Ｑ１）以棕红色黏土、粉质黏土为主夹薄层钙质结核层，厚度　　４０～５０ｍ，压密程度较高，具有相对隔水作用。降雨是董志塬地下水的唯一补给来源，董志塬年平均降雨量为　　５３４ｍｍ，年最大降雨量为　８１７．６ｍｍ。　塬区地下潜水的径流，一般从水位比较高的塬心向塬边流动，塬边泉水和人工开采是主要的排泄方式。地下水埋藏深度随着距塬心的距离增大而逐渐增大，在塬面中部较小，一般　　　　３０～５０ｍ，向塬边逐步增大为　　　　５０～６０ｍ，最大可达　　９０ｍ。　含水层厚度、富水性与水位埋深具有相辅相成的分布规律，塬区中部含水层厚度　　　　６０～７５ｍ，至两边逐步减小，黄土潜水富水性从塬中心向塬边逐渐减弱（见表　１）。表　　１董志塬潜水含水层厚度与单井出水量关系井孔位置水位埋深／ｍ含水层厚度　Ｈ／ｍ降深值／ｍ井径　／ｍ单井出水量／（ｍ３·ｄ　－１）影响半径／ｍ塬心　　３０～４０　　６０～７５　　３０～３６　０．６　＞５００　　４００～６００近塬心　　４０～５０　　４０～６０　　２０～３０　０．６　　３００～５００　　２００～６００近塬边　　５０～６０　　２０～４０　　１０～２０　０．６　　１００～３００　　１００～２００塬边　＞６０　＜２０　＜１０　０．６　＜１００　＜１００　３董志塬黄土含水层分布特征　　３．１调查及勘探成果上阁村隧道位于甘肃省庆阳市宁县境内，进口位于九龙河河谷区黄家沟左岸斜坡上，出口位于董志塬街上村，下穿焦村乡等村庄，位于近塬边至近塬心之间。　起讫里程　　　　：ＤＫ２０７＋５１７～ＤＫ２１４　＋０００，总长　　　６４８３ｍ，隧道最大埋深　　１０２ｍ，出口最小埋深约　　　５．５ｍ，设计为双线单洞隧道。　隧道地层结构表层为上更新统风积黏质黄土厚约　　２０ｍ，下部中更新统风积黏质黄土厚度大于　　１５０ｍ，间夹多层古土壤层。　黄土塬区水源井密布，线路附近总共分布数　１０　眼水井，井深　　　　１２０～２００ｍ　不等，井径　　　３００～６００ｍｍ，地下水位埋深　　　　５９～７５ｍ，一般单井产水量　　　　２５～３２ｍ３／ｈ。　隧道区居民以饮用地下水为主。根据钻孔资料及塬区水井调查，黄土塬地下水水位埋深约　　５０～７０ｍ，地下水位线附近的黄土粉粒含量９３铁道建筑技术　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·地质勘察·高，以软塑为主，饱和度高。　勘探孔抽水试验成果表明，各勘探孔　⁃ＳＧＳＺ１、２、３　降深为　　　　　１５．４ｍ、２３．８６ｍ、　　２１．５ｍ　时，涌水量分别为　　４６．４ｍ３／　　ｄ、５１．９３ｍ３／ｄ、　　３８．７ｍ３，计算出黄土含水层的渗透系数为　　　０．１３３～　　　０．１４９ｍ／ｄ。　综合测井资料表明黄土层中含水层是分段的，并非地下水位以下段落的黄土都是含水的，中更新统上部黄土在埋深　　　　　　　６８．５～７７ｍ、５２．８～　　　　　６７ｍ、５８．５～６９ｍ自然电位异常、电阻率低、波速较低以及井径扩大，为出水段落，局部　　　９２～１０１ｍ　亦为出水段落，受勘探孔深度及隧道洞深限制，黄土下部含水层未完全揭示，位于隧道洞身附近含水层厚度为　　　　３０～５０ｍ　左右（见表　２）。表　　２上阁隧道勘探试验成果表孔号里程　试验类型孔深／ｍ稳定水位　／ｍ降深　／ｍ涌水量／（ｍ３·ｄ　－１）渗透系数／（ｍ·ｄ　－１）综合测井出水段落　／ｍ洞身位置／ｍ⁃ＳＧＳＺ１　　　ＤＫ２０８＋９８３．７　右　　１８．４８抽水试验１３０　６８．５　２１．５　３８．７　０．１４　　　６８．５０～７７　　　９２．１～１０１⁃ＳＧＳＺ２　　　ＤＫ２０９＋９８２．１　左　　１８．６抽水试验　　１３５．５　５２．４４　２３．８６　５１．９３　０．１３３　　　　５２．８０～６７．００　　　　７３．６～８２．７⁃ＳＧＳＺ３　　　ＤＫ２１１＋００４．３　右　２０抽水试验１２５　５８．３　１５．４　４６．４　０．１４９　　　　　　５８．３～６９，９５～１２５．５　　５９～６８　　３．２黄土的物理力学性质根据上阁隧道取样试验成果资料，分别对上更新统风积黄土（Ｑ３，埋深约　　２０ｍ）、地下水位以上的中更新统风积黄土（Ｑ２，埋深约　　　　２０～５０ｍ）以及地下水位以下中更新统黄土（Ｑ２含水层及附近，埋深约　　　５０～９０ｍ）物理力学性质进行了统计。　统计结果表明（见表　３），上更新统黄土天然含水率为　　　１８．２４％，天然密度为　　　　１．７１ｇ／ｃｍ３，饱和度为　　　５８．０１％，液性指数为　　－０．０８，　　　以硬塑　－　　　　坚硬为主，　　　　　内摩擦角为４４　２１０４１°，黏聚力为　　　２６．２８ｋＰａ。　水位以上中更新统黄土天然含水率、天然密度、饱和度均有所增加，压缩模量、内摩擦角略有减少，黏聚力略有增加，两层的物理力学性质差别不大。　而地下水位以下的含水层黄土天然含水率达到了　　　２４．９％，最大为　　２８％，天然密度为　　　　１．９８ｇ／ｃｍ３，饱和度达到了　　　９５．２６％，为饱和黄土，受地下水的影响，各指标变化明显，液性指数平均值为　　０．４３，最高达到了　　０．８０，以软塑为主，黄土的内摩擦角减小为　　１８．５９°，黏聚力有所增加，但总体上土体的抗剪性变差。根据勘探及试验成果，董志塬黄土含水层是分层分布的，上阁隧道近塬心及近塬边上部含水层埋深一般在　　　５０～９０ｍ　之间，根据地下水位及离塬心位置的不同，埋深略有变化，厚度约　　　　３０～５０ｍ。　该段含水层黄土的物理力学性质较差。表　　３黄土物理力学性质统计成果表黄土类型天然含水率　／％天然密度／（ｇ·ｃｍ　－３）孔隙比饱和度／％液性指数压缩模量／ＭＰａ内摩擦角／　（°）黏聚力／ｋＰａ上更新统黄土　１８．２４　１．７１　０．８９　５８．０１　　－０．０８　８．８５　２１．０４　２６．２８水位以上中更新统黄土　２２．０６　１．９１　０．７４　８１．４６　０．２０　８．５３　１９．３　２７．１中更新统黄土（含水层）　２４．９　１．９８　０．７１　９５．２６　０．４３　７．８０　１８．５９　３５．９中更新统黄土（非含水层）　２０．４７　２．０７　０．５８　９３．８３　０．０１　１０．２３　２０．２３　３７．０８　４富水黄土隧道渗流模拟银西高铁上阁隧道　　　　　　　ＤＫ２１０＋０００～ＤＫ２１１＋７５０隧道洞身位于黄土含水层中，长大段落位于地下水位以下，成为高风险隧道。　黄土层中地下水对隧道工程的影响巨大，而经过黄土含水层的隧道工程将面临更大的施工风险。　为了分析地下水渗流对隧道工程的影响，利用　　ＧＥＯＳＬＯＰＥ　中　ＳＥＥＰ／Ｗ　渗流模块进行了二维模拟分析。　　４．１计算模型及采用参数　　　４．１．１研究对象模型以上阁隧道　　　ＤＫ２１１＋０００　断面为研究对象，该段隧道埋深约为　　７５ｍ，洞身位于中更新统黄土含水层中，地下水埋深约　　５０ｍ，黄土含水层位于中更新统黄土中，厚度约　　５０ｍ，地下水位距隧道洞身约　　２５ｍ。　　　４．１．２模型概化及边界条件根据抽水试验成果，　黄土地区影响半径按０４铁道建筑技术　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·地质勘察·　２００ｍ考虑，模型总计宽　　４００ｍ，土层厚　　１６０ｍ，总计概化为　３　个地质层，上更新统黄土及地下水位以上中更新统黄土为第　１　层，厚度　　５０ｍ，中更新统黄土含水层为第　２　层，厚度　　５０ｍ，下部中更新统黄土层为第　３　层，厚度　　６０ｍ，初始地下水位即为第一层和第二层的分界线。模型主要考虑施工期一年间地下水渗流的情况，其中上部边界考虑降水入渗的影响，两侧概化为定水头边界，且考虑降雨入渗引起地下水位上升，隧道为零压力边界，隧道开挖为自然渗流状态，未考虑衬砌。　模型网格剖分如图　１　所示，总计　　７７０６个节点　，７５３６　个单元。图　　１二维渗流模型剖分图及边界条件　　　　４．１．３计算参数的选取模型计算参数以勘探试验成果为准，地下水位以上黄土材料模型为饱和／不饱和，渗透系数取　　　０．１ｍ／ｄ，含水量取　　　１８．２４％。　中更新统黄土（含水层）渗透系数取　　　　０．１５ｍ／ｄ，含水率为　　　２４．９％，中更新统黄土（非含水层）渗透系数取　　　０．１ｍ／ｄ，含水率取　　２０．２３％。　上部入渗边界，降水量考虑该地区年最大降雨量　　　８１７．６ｍｍ，降水入渗系数取　　０．１，降水入渗强度为　　　　　０．０００２４３ｍ／ｄ。　左侧与右侧定水头初始高度为　　１１０ｍ，考虑降水对地下水位的影响，模型设定一年末左侧与右侧定水头高度为　　　１１０．２ｍ。　　４．２数值计算结果分析　　　４．２．１渗流场分析图　２、图　３　分别显示的是模型在运算第　　１０ｄ　及　７２ｄ　的孔隙水压力分布图及流速矢量图。　从图中可以看出，由于隧道处于自然渗流状态，隧道洞身附近孔隙水压力从模拟开始就下降，零孔隙水压力等值线即表示的是地下水水位线，在模拟初期，开挖的隧道成为地下水排泄通道，地下水均向隧道中心排泄，水位线下降较快，水力梯度较大且集中，隧道洞身附近地下水流速快，最大水力速递达到了４４　　　１２７８ｍ／ｄ，并在　　１０ｄ　左右下降到隧道洞身附近，之后由于孔隙水压力的减小，水位下降区域缓慢，并在　　７２ｄ　左右驱于稳定，最大水力速递为　　０．７２１ｍ／ｄ，已接近于黄土的渗透系数值，模拟后期的孔隙水压力、地下水流场基本稳定。图　４、图　５　表示的模型总水头的变化情况，模拟　１０ｄ　时，隧道洞身附近的总水头值较大，其中　　１０５ｍ总水头等值线距离洞身　　４０ｍ　左右，当渗流稳定后，总水头等值线　　１０５ｍ　距离洞身　　１５０ｍ　左右。图　　２渗流　　１０ｄ　孔隙水压力分布图图　　３渗流　　７２ｄ　孔隙水压力分布图图　　４渗流　　１０ｄ　总水头分布图图　　５渗流　　７２ｄ　总水头分布图　　　　４．２．２隧道流量及流速分析图　６　反映的是隧道单宽流量与时间的关系图，１４铁道建筑技术　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·地质勘察·从图中可以发现，隧道最大流量出现在模拟初期的第　　４ｄ，达到了　　　０．４４２ｍ３／ｄ，为最大涌水量，之后流量开始逐渐减小，在第　　２９ｄ　时降到了　　　０．３８４ｍ３／ｄ，在之后的　１　个月内，流量减少迅速，并在　　１１０ｄ　左右趋于稳定，达到了　　　０．２７２ｍ３／ｄ，即正常涌水量，最大涌水量为正常涌水量的　　１．６３　倍，接近于经验值　２倍。　图　７　反映的是隧道掌子面顶部及隧道中心边缘地带的地下水流速的情况，从结果中可以看出，隧道顶部，最大流速也是出现于模拟初期，达到了　　　０．３５６ｍ／ｄ，之后一直下降，稳定流速为　　　０．１５８ｍ／ｄ，隧道顶部地下水流速总是大于边缘地带，隧道边墙中心的流速最大为　０．　　２３１ｍ／ｄ，最低流速出现在　４６ｄ左右，为　　　　０．０２１ｍ／ｄ，之后略有上升，稳定流速约　　　　０．０２９ｍ／ｄ。　　图　　６隧道水流量与时间关系图　　　　图　　７隧道附近地下水流速与时间关系图　由于地下水位位于洞身　　２５ｍ　以上，水位与洞身之间黄土层中含有一定地下水静储量，隧道开挖后，黄土层中地下水静储量与两侧水头边界共同作用，导致在开挖初期地下水流速快、水力梯度大、孔隙水压力下降迅速、总水头值高，隧道洞身地下水流量大、流速大，经过　３　个月渗流，洞身的渗流主要为影响半径附近的水头边界，隧道开挖作为自然排泄通道所形成的地下水流场也逐渐趋于稳定。　５地下水对黄土隧道影响　　５．１隧道地下水的作用及危害勘探的成果表明，董志塬地区地下水位明确，含水层的分布有一定的规律，银西高铁以隧道方案通过董志塬时，不可避免地要受到地下水的影响，研究表明［１］６２地下水的作用降低了围岩强度、加剧了围岩的不稳定性、并产生渗（涌）水。　银西高铁上阁隧道中更新统黄土含水层含水率本身高达２４．９％，以软塑为主，且渗透性好，再加上施工开挖期间，地下水的软化、溶蚀、增重作用，会使隧道洞身周边的含水率进一步增加，增大了隧道围岩压力，大大降低了围岩强度，从而产生滑塌、崩塌、塌方等灾害，同时水位下降会引起二衬施作后仰拱沉降［９］。　因此，隧道洞身位于黄土含水层中的围岩级别为Ⅵ级。　　５．２减小地下水危害的措施建议首先在线路方案选择上，应尽量减少隧道经过黄土含水层的长度，上阁隧道都通过调整线路坡度来达到这一目的，隧道坡度由　‰２０增加到　‰２５，隧道通过黄土含水层中的长度分别减少了　　１５００ｍ，大大降低了施工风险。其次渗流模拟结果表明，当隧道在黄土含水层中施工时，在开挖初期约　　４ｄ　左右地下水水力梯度大、孔隙水压力大、洞身附近总水头值高、水流量大、流速大　，１０ｄ　之后，地下水的影响会减小，说明地下水的渗流影响往往是在开挖初期，因此在黄土含水层中施工，及时合理衬砌尤显重要，一般黄土施工的进度为　　　　５～７ｍ／ｄ，为了避免渗流最大影响，初衬距离掌子面不应大于　　２０ｍ，二衬距离掌子面不应大于　　５０ｍ。　衬砌的最佳时间为围岩产生塑性变形的末期，准备进入松动变形时期，衬砌时尽量避免使用型钢钢架等刚度大的支护体系，而使用钢筋格栅、添加钢纤维或使用改性混凝土等柔性较大的支护结构体系［１］６２。黄土有水隧道的施工当中最关键部分就是防排水［１０］。　施工中应加强排水工作，避免浸泡墙脚和基底围岩，在渗水地段供脚、墙角处埋设排水盲管将水引出，并在渗水地段铺设彩条布，挖临时排水沟将水引至开挖面附近的临时积水坑内，用水泵抽至后方水箱，再通过水管排至洞外［１１］。　针对富水黄土隧道反坡排水采取上台阶掌子面渗水和拱脚处的积水通过在上台阶开挖的纵横向排水沟，引至隧道中部的集水坑后排出洞外，避免浸泡拱脚［１２］。　６结论与建议黄土地区一般水资源贫乏，地下水是主要的水资源，因此应加强黄土地区的井泉调查，获取水井位置、井深、水位、水量、泉水流量、标高等基本的水文地质信息，对认识隧道所处的水文地质条件意义重大。２４铁道建筑技术　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·地质勘察·银西高铁上阁隧道调查及勘探成果表明，董志塬区地下水水位埋深约　　　　５０～７０ｍ，黄土含水层呈层分布，层厚约　　　　３０～５０ｍ，中更新统含水层黄土含水率高、饱和度高、软塑为主、渗透系数为　　　０．１５ｍ／ｄ，该层黄土的物理力学性质较差。　再加上施工开挖期间，地下水的作用增大了隧道围岩压力，降低了围岩强度，从而产生滑塌、崩塌、塌方等灾害，水位下降同时会引起隧道仰拱下沉。上阁隧道典型断面隧道二维渗流模拟表明，地下水的影响往往是在开挖初期，在开挖初期地下水水力梯度大、孔隙水压力大、洞身附近总水头值、流量、流速均达到极值，其中最大流量达到了　　０．４４２ｍ３／ｄ，　１０ｄ之后，地下水的影响会减小，３　个月左右，水流处于稳定状态。　为了降低地下水的危害，可通过调整线路坡度，减少隧道洞身通过富水地段的长度，选择合理支护时间及支护措施尤为关键，施工期间除加强防排水措施，应密切关注施工对地下水环境的影响。参考文献　　［１］陈建新．　黄土隧道工程地质灾害主要类型及分析评价［Ｄ］．　西安：长安大学，２００４．　　［２］杨晓华，王航，张小荣．　黄土软岩隧道渗水病害成因与防止对策研究［Ｊ］．　公路交通科技　　，２００８（１５）：５－７．　　［３］刘彤．　黄土地区公路隧道渗漏水分析［Ｊ］．　路基工程，　　　２００７（３）：１６－１７．　　［４］刘旭全．　郑西客运专线秦东大断面黄土隧道防排水技术［Ｊ］．　现代隧道技术　　，２００８（５）：７２－７６．　　［５］王耀东，陈福江．大断面黄土隧道地下水渗流分析［Ｊ］．　四川建筑　　，２０１１（２）：９５－９７．　　［６］孙志杰，申俊敏，马林．　考虑渗流效应的黄土隧道围岩稳定性分析［Ｃ］．　全国结构工程学术会议　，２０１３：４４９－４５５．　　［７］乔春生，管振祥，腾文彦．　饱水黄土隧道变形规律研究［Ｊ］．　岩土力学　　，２００３，２４（１０）：２２５－２３４．　　［８］侯伟，仵彦卿，何立志．　基于　⁃ＧＥＯＳＬＯＰＥ　分析高水头作用下对隧道的渗流影响［Ｊ］．西安理工大学学报，　　　２００６，２２（２）：１７１－１７４．　　［９］苏春晖，马建林，李曙光，等．　富水黄土围岩含水量变化对隧道稳定性影响的数值模拟分析［Ｊ］．　铁道建筑，　　　２００８（４）：３２－３５．［１０］　旦国伟．黄土隧道防排水施工浅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