1.4.3.1　地下水的补、径、排特征

隧洞区基本无地表河流排入南盘江，且覆盖层较薄，大气降水绝大部分通过落水洞、漏斗、溶缝等直接流入或灌入，在较短的时间，通过顺畅的途径，迅速补给岩溶水。

灌入式补给、畅通的径流及集中排泄，决定了隧洞区岩溶地下水位动态变化十分强烈，远离排泄区的岩溶洼地补给源地段，地下水位年变化幅度可达数米乃至数百米，变化迅速而滞后时间短；分水岭地段地下水位变幅也较大，但因排水不畅而在雨季大部分时间维持较高的地下水位，部分已由于崩塌等原因堵塞的岩溶漏斗在雨季长时间积水成湖而形成一极高的地下水位柱。而在大庆湾暗河系统等一些排泄条件较好的洞段，虽补给源较好，但枯、雨季地下水位变幅不是太大。岩溶水的补径排特征是隧洞区岩溶发育特点的水动力学反映，隧洞区的岩溶发育情况对各暗河管道的涌水动态影响非常大。

隧洞开挖后，各岩溶暗河管道多在隧洞区见有涌水点出露，隧洞区各暗河系统涌水情况见表1.4.3-1。

表1.4.3-1　隧洞区各暗河系统涌水情况一览表　单位：L/s

续表

1.4.3.2　涌水类型

（1）大流量、高压力型。属此类型有龙须暗河及打劫洞暗河，其特点是：

1）涌水口距暗河出水口远，且在支暗河系统与主暗河管道之间存在限制排泄流量的“瓶颈”洞段。

2）地表集雨区全为封闭型岩溶洼地，洼地规模大，汇水面积大，底部高程高，隧洞在此段埋深560～740m。

3）涌水流量大，2+246桩号涌水点单点涌水量雨后最大可达1.5m3/s。

4）压力高，施工地质组曾于Ⅰ号隧洞2+256桩号涌水口对涌水压力的大小进行测量，但封堵的洞口被冲开，高压表被打坏，说明其压力非常高。

（2）高压力、中等涌水量型。以岩宜暗河及周家洞暗河为主，周家洞暗河枯水期隧洞只有滴水或小涌水，到暴雨时涌出大量细沙；暴雨时水位升高快，压力较大。

（3）高压力、小涌水量型。以下坝暗河系统最为典型，枯水季隧洞滴水，暴雨期涌水也不大，说明岩溶管道距隧洞较远，但隧洞埋深达490m，且远离河边，排泄条件不好，补给条件好，推测暴雨期短时水位很高，水压力较大。

（4）低压力、大涌水量型。大庆湾暗河枯水期涌水量约0.05～0.1m3/s，暴雨期最大涌水量可达1～2m3/s；隧洞已切穿暗河管道，地下水排泄条件好，管道通畅，距河边较近，暴雨时地下水位升高不大，涌水压力不大。

此外，隧洞通过桠杈沟暗河系统中的溶洞群洞段时，枯水季和暴雨期均未发生涌水，推测暗河管道在隧洞底板以下，距河近，较通畅，暴雨期地下水位升高不大。

造成此众多涌水类型的原因与岩溶管道的排泄条件、地下水补给来源及岩溶管道与隧洞的相对位置等有关。

1.4.3.3　涌水特征

（1）涌水量的季节变化性。隧洞中大部分涌水点涌水量的大小具明显的季节性，多数涌水点在枯雨季流量较小，相对稳定；而在雨季，涌水量明显增大几倍甚至几十倍，部分涌水口在雨季最大涌水量可达1m3/s以上；局部洞段在雨季甚至由底板新增涌水口，如排水洞1+877、1+922桩号雨季就由底板涌水、冒沙。

（2）涌水量与降雨的关系。根据隧洞沿线岩溶发育情况及各出水点涌水量的季节变化性及随降雨的变化情况，涌水量与降水的关系可分为以下几种情况：

1）涌水滞后时间（约4h）及达到高峰的时间（约10～12h）较短，且降雨停止后涌水量又在较短时间内恢复到原来的水量大小或干枯；岩宜暗河、大庆湾暗河管道出水点涌水量变化多属此种情况。形成这种情况的原因是由于这些岩溶管道较通畅，地下水径流条件较好，且与地表联系程度较好，降雨随岩溶管道很快排走。

2）雨季涌水量稍大于枯水季涌水量，但雨后水量增幅不大；沿F6断层发育的周家洞暗河管道（5+450段）地下水动态特征即如此，说明地下水循环途径长。

3）出水点涌水量不随降雨与否而变化；如Ⅲ号引水隧洞3+185等涌水点及其他沿裂隙涌水点即如此。此类地下水通道多较细、长，不甚通畅，地下水补给来源虽小但较稳定，对降雨的灵敏度差。(www.daowen.com)

4）其他情况：如2+040桩号溶洞在降雨时未见明显的地下水活动，仅在暴雨时偶见有水涌出。

多数出水点涌水量的变化和该地区降雨的变化关系密切，相关性大，说明在隧洞区，地下水的补给源较好，排泄通道较为通畅，出现涌水滞后时间长短不一的原因是由于岩溶发育的差异性造成的，且与各岩溶含水系统的储水调节能力及暗河管道的排泄能力有关；涌水时间较长的洞段多是裂隙岩溶水洞段，涌水时间较短的涌水点多处于暗河管道部位。另外，只有降雨量达到一定程度后多数出水口才开始涌水或涌水量增大，且涌水时间不长（仅3～4d），说明该地区各含水层（系统）有一定的储水能力，但不是很强。

1.4.3.4　隧洞区外水压力

（1）前期推测情况。根据绘制的地下水位线特点，隧洞沿线除在2+040及8+200桩号两个洞段地下水位低于隧洞底板以下外，其余洞段地下水位均高于隧洞顶，隧洞衬砌完成后，在隧洞的顶部存在一定水头高度的地下水柱，此地下水柱通过一些岩溶管道或岩体中原始孔隙（缝）等洞隙网络而作用在隧洞衬砌上，给隧洞衬砌带来较大的水压力，即外水压力。但与处在静水中的管道不同，存在的地下水柱并非完全作用在隧洞上，而是与相应洞段的岩溶发育程度、地下水活动情况及岩体的完整性等因素有关，此种相关性可以用折减系数来表示；换句话说，作用在隧洞上的外水压力的大小主要与相应洞段的地下水位高度及外水压力折减系数有关，此折减系数本身是一个多元相关函数，其大小主要与岩体的完整性（渗透性）有关。另外，地下水位线绘制的适当与否对外水压力的取值影响也极大；正确绘制隧洞区地下水位线及选取适宜的折减系数对外水压力的确定至为重要。

隧洞区的地下水位特征在前面亦作了叙述，本章主要阐述外水压力折减系数的取值及隧洞区的外水压力特征。

1）外水压力折减系数。外水压力折减系数（β）大小主要与地下水活动状态有关，岩体的完整性（结构面及岩溶发育程度）对折减系数的影响也主要通过影响地下水的径流条件来影响地下水的活动强度，进而影响β值的大小。

根据《水工隧洞设计规范》（SD 134—1984）及天生桥地区的实际地质情况，各种条件下的外水压力折减系数取值如下：

干燥与潮湿洞段：β=0～0.2；

渗水及少量滴水洞段：β=0.25～0.4；

滴水及少量涌水洞段：β=0.5～0.6；

大涌水洞段：β=0.7～1.0。

另外，外水压力折减系数的大小也与岩溶发育的相互联通、联系程度有关；如6+200等大涌水洞段，各岩溶管道之间虽横向联系程度较差，但纵向上沿导水裂缝暗河管道排水条件极好，在未堵塞的情况下，外水压力折减系数可适当减小，相应的外水压力值也随之降低。

2）隧洞沿线外水压力特征。外水压力的大小主要与相应洞段地下水位高度及折减系数有关；考虑隧洞所承受的最大压力值，计算外水压力值时的地下水位应以汛期地下水位为准。

根据隧洞区富水带分布、地下水位及折减系数计算结果，隧洞沿线较高的外水压力值主要分布在龙须暗河、打劫洞暗河、下坝暗河及周家洞暗河系统洞段等暗河主管道附近，最高外水压力值主要发生在龙须暗河1号管道（2+040）、打劫洞暗河3号管道及下坝岩溶暗河系统（3+750～4+580）及周家洞暗河管道（5+130～+230）附近；这些部位外水压力较高的原因是：①地下水径流通道由于排泄路长或处在分水岭地区，排水不通畅，雨后地下水位短时内大幅度抬升。②存在垂直灌入补给的通道（溶管、缝、隙），部分通道与地表岩溶洼地或落水洞等直接连通。

岩宜暗河系统洞段由于总体地下水位较低，外水压力折减系数虽大，但作用在隧洞衬砌上的外水压力值并不大。

大庆湾暗河系统洞段雨后地下水活动强烈，单点最大涌水最大可达1.5m3/s，但由于地处尼拉背斜的下游转折部位，NW向导水裂隙（缝）极发育，隧洞段暗河管道虽小，但较通畅，地下水径流条件极好，外水压力折减系数取值较小。但一旦由于隧洞支护衬砌等原因将原管道堵塞，作用在隧洞衬砌上的外水压力局部可达3.5MPa，此种现象在Ⅲ号引水隧洞6+450桩号即已发现，这与以前的该段外水压力值不大的推测有所差别，外水压力折减系数取值时对此类情况应引起重视。

隧洞区桠杈暗河系统大部处在地下水位季节变动带上部，地下水位较低，桠杈沟部位枯、雨季地下水位均处于隧洞底板以下，且岩溶极发育，溶洞、溶管（缝）群呈网状分布，各岩溶管道间连通程度较好，隧洞衬砌后即使部分岩溶管道堵塞也不会产生较高的水柱，故外水压力较小或不计外水压力值。

分水岭部位由于岩溶相对不发育，岩体较完整，地下水不活跃，尽管地下水位较高，但压力折减系数较低，故外水压力值较低。

（2）外水压力监测情况。根据不同的地质情况，在隧洞施工过程中，于Ⅱ号引水隧洞沿程布置了12个外水压力观测断面，并于衬砌顶部和腰部埋设了渗压计进行外水压力值观测，观测时间最长历时43个月，最短22个月。

Ⅱ号引水隧洞沿线地下水位线如图1.4.3-1（a）所示，推测Ⅱ号隧洞沿线外水压力值与实测外水压力值如图1.4.3-1（b）所示。

图1.4.3-1　Ⅱ号引水隧洞沿线地下水位及外水压力特征曲线

除6+000桩号以下洞段推测与实测外水压力值基本一致外，其余洞段实测外水压力值远低于推测外水压力值，推测外水压力值最高达3.2MPa，而实测洞顶最高外水压力值为0.55MPa，洞腰最高外水压力值为0.72MPa。但从曲线图上亦可看到，实测外水压力值曲线与推测外水压力值曲线的起伏基本一致，2+000桩号附近与5+000桩号附近均出现峰值特征。

实测值远低于推测值的主要原因，经分析，可能主要是受相邻Ⅲ号隧洞、排水洞的开挖排泄作用的影响。Ⅰ、Ⅱ号隧洞及相邻Ⅲ号隧洞、排水洞的开挖，极大地改变了隧洞区的地下水渗流场，且由于未衬砌的Ⅲ号隧洞及排水洞（距Ⅱ号隧洞分别为30m、60m）的存在，相当于加强了各岩溶洞隙的排泄能力，造成近隧洞围岩中地下水滞留时间短，大部分地下管道中的地下水位抬高的可能性及抬高幅度大为降低，从而造成埋设于距洞壁较近的围岩中的仪器所测得的外水压力值较低。但推测外水压力曲线与实测外水压力曲线的起伏特征基本趋于同步，说明原推测外水压力值的思路是基本正确的，排水洞的设置对降低隧洞区外水压力值是可行的。