一、集水面積A

隧道集水面積是隧道開挖后大氣降水滲入隧道形成涌水的地表集水范圍，非地表匯水面積。在圈定集水面積時(shí)，應(yīng)綜合考慮地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、隧道位置、埋藏深度等有關(guān)因素。

(一)隧道集水面積圈定的原則及步驟

(1)在1∶50 000(或1∶10 000)地形圖上，先描出地表水系及分水嶺。

(2)隧道集水面積的縱向邊界一般是隧道進(jìn)出口的橫向溝谷。

(3)隧道集水面積的橫向邊界應(yīng)綜合考慮非碳酸鹽巖層的分布、地形分水嶺位置和巖溶地下水的運(yùn)動(dòng)條件等因素。如果橫向是無限邊界，則需要?jiǎng)澏ㄋ淼烙克�影響寬度，可根�?jù)地下水位埋藏深度和隧道埋深，用庫薩金公式或庫薩金變形公式粗略地估算隧道涌水影響寬度。

(4)當(dāng)隔水體與隧道中心線的距離小于可能影響寬度時(shí)，該側(cè)的集水面積邊界以隔水體為界。反之，大于可能影響寬度時(shí)，應(yīng)采用其他方法確定。

(5)當(dāng)隧道通過匯水盆地(封閉洼地、富水構(gòu)造)時(shí)，該匯水盆地可用來作為該段隧道的集水面積。

(6)在層狀巖石(多韻律的薄層及中厚層沉積巖)地區(qū)，透水性強(qiáng)的碳酸鹽巖與相對(duì)透水性弱的非碳酸鹽巖，質(zhì)純、厚層碳酸鹽巖與薄層碳酸鹽巖、非碳酸鹽巖的互層等，應(yīng)分屬不同的集水面積塊段。

(7)富水的斷層破碎帶、裂隙密集帶，透水層與隔水層互層的陡傾巖層，宜作為帶狀集水塊段(地下水集中滲漏通道或不同透水層地下水間水力聯(lián)系通道)處理。

(二)隧道涌水影響寬度計(jì)算

隧道涌水影響寬度是從隧道至由于涌水而形成的降落漏斗周邊的平均距離。

(1)當(dāng)透水邊界(或補(bǔ)給邊界)、隔水邊界(或排泄邊界)與隧道中心線的距離a小于可能影響寬度時(shí)(2a≤R)，該側(cè)的集水面積邊界則以透水邊界或隔水邊界為界。反之，大于可能影響寬度時(shí)，應(yīng)采用其他方法確定。

(2)當(dāng)隧道通過含水體的長(zhǎng)度L小于200m，其引用半徑r₀值(r₀＝0.25L)不超過40～50m時(shí)，隧道涌水影響寬度：

庫薩金公式R=r₀+2S(潛水含水體) (7-1)

集哈爾特公式R=r₀+10S(承壓水含水體) (7-2)

式中：R——隧道涌水影響寬度(m);

r₀——引用半徑，r₀＝0.25L(m);

S——隧道水位降深(m);

H——隧道洞底以上潛水含水體的厚度(m);

K——含水體的滲透系數(shù)(m/d)。

庫薩金、集哈爾特經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的精度一般相當(dāng)于“D”級(jí)，誤差大體在80%以內(nèi)。

(3)當(dāng)隧道通過含水體的長(zhǎng)度L大于200m，其引用半徑r₀值(r₀＝0.25L)大于40～50m，且隧道水位降深S較大時(shí)，隧道涌水影響寬度：

庫薩金變形公式R=r²₀+30K·H·S(1+0.000 15r²₀) (7-3)

適用于非承壓水、橫斷面大和下降值大的坑硐，式中符號(hào)意義同式(7-1)。

(4)隧道涌水影響寬度一般不超過2 500～3 000m。

二、降雨量(X)

降雨量是指一定時(shí)段內(nèi)降落到地面的未經(jīng)蒸發(fā)、滲漏、流失的雨水所積成的水層深度(以毫米數(shù)表示)，它是預(yù)測(cè)巖溶隧道涌水量時(shí)計(jì)算降雨入滲量的一個(gè)十分重要的參數(shù)。

降雨量的取值上存在著很大的差別，其結(jié)果也相差甚多。應(yīng)向當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(或雨量站)搜集下列六項(xiàng)降雨量資料：多年平均降雨量、多年最大降雨量、多年月最大降雨量(或最大30日降雨量)、多年各月平均降雨量、多年最大一日降雨量(或最大24h降雨量)、年平均氣溫。

巖溶區(qū)隧道出現(xiàn)大涌水量后突水多在雨季，尤其連續(xù)幾天大雨或暴雨后更易發(fā)生。因此，為了預(yù)測(cè)可能的大降雨滲入量，應(yīng)按最不利因素考慮，選取降雨量的較大值�？紤]到隧道施工時(shí)段一般不超過3～5年，降雨量的選擇通常與施工工期相配合，用3～5年中每年都能遇到的最大降雨量值，或最大降雨量平均值。

此值不宜超過參與滲入系數(shù)計(jì)算的最大降雨量值太多，否則不符合直線方程中降雨量與滲入系數(shù)的關(guān)系。同時(shí)，降雨量增大到一定程度后土壤已達(dá)飽和，大部分的降雨成為地表徑流排走，滲入量的增量反而減少。

三、降水入滲系數(shù)(α)

降水入滲系數(shù)是指一個(gè)地區(qū)單位面積上降水入滲補(bǔ)給地下水的量與總降水量的比值。降水入滲系數(shù)的大小取決于巖性、結(jié)構(gòu)、地形、地貌特征及降雨量大小及強(qiáng)度、時(shí)間分配以及地下水埋藏深度、巖溶發(fā)育特征等因素。

當(dāng)無地下水觀測(cè)資料時(shí)，首選應(yīng)從《中華人民共和國區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》(1∶200 000)中取得當(dāng)?shù)刭Y料，也可參考《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》[TB10049—2004]表8.5.2近似確定降水入滲系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)有較多巖溶地下水觀測(cè)資料時(shí)，可利用一(或若干)水文年、一(或若干)枯水期、平水期或豐水期、甚至是一次或若干場(chǎng)雨的地下河(巖溶泉)流域內(nèi)排泄總量與降雨總量資料求得降水入滲系數(shù)。

根據(jù)水文地質(zhì)資料情況，采用以上方法得出宜萬鐵路降水入滲系數(shù)α研究成果，如表7-4所示。

四、地下水滯后系數(shù)(η)

地下水滯后系數(shù)是指涌入巖溶隧道的地下水量與地下水徑流總量的比值。由于總體上巖溶水流量(水位)波動(dòng)與降雨變化是一致的，表現(xiàn)在變化周期的一致性及變幅大小與降雨強(qiáng)度的一致性，降雨量的多少對(duì)巖溶水的流量起著明顯的控制作用。同時(shí)，流量(水位)的峰值又明顯地滯后于降雨峰值，這就需要研究巖溶水的滯后系數(shù)。通常采用《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》、《水電水利工程喀斯特工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》等對(duì)其進(jìn)行確定。

表7-4宜萬鐵路碳酸鹽巖降水入滲系數(shù)α、地下水滯后系數(shù)η表