1、DOI：10.16030/ki.issn.1000-3665.202205055李嘉诚，王渭明，吕显州，等.爆破振动下海底隧道涌水量预测研究 J.水文地质工程地质，2023，50(4):127-136.LI Jiacheng,WANG Weiming,LYU Xianzhou,et al.Research on the prediction method of water gushing volume under the blastingvibration effect of a sub-sea tunnelJ.Hydrogeology&Engineering Geology,2023,50(
2、4):127-136.爆破振动下海底隧道涌水量预测研究李嘉诚1，王渭明1，吕显州2，王晓杰3，潘志新4（1.山东科技大学土木工程与建筑学院，山东 青岛266590；2.山东科技大学地球科学与工程学院，山东 青岛266590；3.基准方中建筑设计股份有限公司，山东 青岛266590；4.青岛西海岸新区建筑工务中心，山东 青岛266590）摘要：爆破振动效应下海底隧道涌水量预测目前仍是一个难题。以青岛地铁 1 号线瓦屋庄站贵州路站过海区间海底隧道为工程背景，基于等效连续介质模型，利用镜像法推导考虑损伤区因素的海底隧道涌水量计算公式，通过正演与反演的方式，结合数值模拟计算结果以及实际工程监测结果综合
3、验证公式的正确性并分析损伤区因素对涌水量的影响机制。结果表明：爆破振动产生的挤压作用使得隧道周边围岩孔隙水压力会在短时间内急速上升，到达峰值后随着爆破振动的减弱及消失开始缓慢下降；在损伤区因素影响下，隧道涌水量随着损伤区厚度增加逐渐变大，但不会随着损伤区渗透系数的增加而不断增加；数值模拟计算考虑爆破损伤区与否的隧道涌水量比值为 1.4，与文章所推公式计算结果 1.342 相比误差仅为4.1，且计算结果与现场实测结果相比仅少 0.53 m3/（dm），相对于传统计算公式结果更接近实测结果，说明本文计算公式适用于考虑损伤区因素的隧道涌水量计算，具有较高的工程应用价值。关键词：海底隧道；涌水量；损伤
4、区；渗流场；数值模拟中图分类号：U459.5 文献标志码：A 文章编号：1000-3665（2023）04-0127-10Research on the prediction method of water gushing volume underthe blasting vibration effect of a sub-sea tunnelLI Jiacheng1，WANG Weiming1，LYU Xianzhou2，WANG Xiaojie3，PAN Zhixin4（1.College of Architecture and Civil Engineering,Shandong Uni
5、versity of Science and Technology,Qingdao,Shandong266590,China；2.College of Earth Science and Engineering,Shandong University of Science andTechnology,Qingdao,Shandong266590,China；3.JZFZ Architectural Design Co.Ltd.,Qingdao,Shandong266590,China；4.Construction and Works Center of West Coast New Area,
6、Qingdao,Shandong266590,China）Abstract：Prediction of water inflow of a sub-sea tunnel under the blasting vibration effect is still a difficultsubject.This paper takes the sub-sea tunnel between the Wawuzhuang Station and Guizhou Road Station of theQingdao Metro Line 1 as the engineering background.Ba
7、sed on the equivalent continuum model,the mirror imagemethod is used to deduce the calculation formula for the water inflow of the sub-sea tunnel considering the 收稿日期：2022-05-18；修订日期：2023-02-24投稿网址：基金项目：山东省自然科学基金（ZR2021QE187）第一作者：李嘉诚（1997-），男，硕士研究生，主要从事地下空间与隧道工程。E-mail：通讯作者：吕显州（1990-），男，博士，讲师，主要从事城市
8、与矿山地下工程软岩变形控制与施工参数优化等方面的研究。E-mail： 第 50 卷 第 4 期水文地质工程地质Vol.50 No.42023 年 7 月HYDROGEOLOGY&ENGINEERING GEOLOGYJul.，2023damage area factor.Through forward modeling and inversion,combined with numerical simulation results andactual engineering monitoring results,the correctness of the formula is compreh
9、ensively verified,and the influencemechanism of damage area factors on water inflow is analyzed.The results show that the squeezing effect causedby blasting vibration makes the pore water pressure of surrounding rock around the tunnel rise rapidly in a shorttime.After reaching the peak value,it bega
10、n to decline slowly with the weakening and disappearance of blastingvibration.Under the influence of damage zone factors,the water inflow of the tunnel increases gradually with theincreasing thickness of the damage zone,but it will not increase continuously with the increase of the coefficientof per
11、meability in the damaged area.Through numerical simulation calculation,the ratio of tunnel water inflowconsidering blasting damage area is 1.4,and the error is only 4.1%compared with the calculation result of 1.342deduced in this paper.The calculated results in this study are only 0.53 m3/(dm)less t
12、han the field measuredresults,and are closer to the measured results than those with the traditional calculation formula,indicating that thecalculation formula in this paper is suitable for the calculation of tunnel water inflow considering the factor ofdamage zone,and are of high engineering applic
13、ation value.Keywords：sub-sea tunnel；water inflow；damage area；seepage field；numerical simulation 海底隧道作为一种连接隔海地区、加强两地的资源利用和整合、拓展城市发展空间的重要交通载体，在我国经济建设中发挥着越来越重要的作用。但海底隧道修建过程中往往面临极其复杂的地质与工程环境，断层破碎带发育，岩体破碎，隧道开挖后围岩承受水压力较大且水量无限补给，因此，施工中的涌水量问题必须得到足够重视。针对隧道的涌水量预测问题，国内外学者进行了大量研究。Zhang 等1以青岛海底隧道为工程背景，以镜像法为理论基础推
14、导了多水平岩层条件下涌水量的等效计算公式，并分析了隧道深度、半径和海水深度对涌水量的影响；潘格林等2以青岛地铁 2 号线为工程背景，利用复变函数理论转换岩土体边界条件和渗流区域推导出不同注浆厚度下隧道涌水量预测计算公式；马少坤等3以镜像法作为理论依据，建立无限平面内直线多隧道渗流模型，得出了海底隧道水头及涌水量解析解并在此基础上分析了含水层厚度、隧道埋深比、注浆圈参数等因素对隧道涌水量的影响；张东等4基于连续介质假定、达西定律及非均匀多孔介质渗透率空间分布函数建立一维到三维的达西渗流模型，得到基于渗透率空间分布函数的等效渗透率理论表达式以利于工程仿真软件涌水量快速计算；王帅等5利用镜像法推导了
15、半无限平面平行 3 孔海底隧道渗流场解析式，并进一步分析了隧道间距、初期支护厚度、注浆圈厚度 3 种因素对隧道涌水量和初期支护外侧水压力的影响规律；傅鹤林等6针对隧道在富水地层断层影响区可能面临的突涌水情况，利用断层等效和镜像叠加效应简化模型，并通过保角映射理论进行计算，从而得到了断层影响区隧道地下水头重分布并提出水头值以及涌水量计算半解析式；李术才等7以青岛胶州湾海底隧道为工程背景，对隧道开挖后涌水量进行实测，通过数值模拟、现场实测与模型试验的综合对比分析，得到合理的渗透系数，提高了海底隧道涌水量计算的准确性；Butscher8比较了用于计算隧道涌水量的解析解和数值模拟的结果差距，分析了影响
16、数值模拟精度的因素以及隧道边界条件的影响；Moon 等9考虑了施工过程中地下水头下降的情况，并针对此情况推导了考虑当隧道路线附近没有水库或大片水体时，隧道上方的地下水补给可能不够快，无法避免施工引起的水位大幅下降情况下的地下水流入速率估算分析方法。综上所述，国内外对于海底隧道涌水量计算、隧道穿越不良地质对隧道的影响等研究较多，应用到工程中的各项理论也较为广泛，但少有将损伤区作为影响因素考虑在内，通过解析解的方式分析在损伤区因素的影响下隧道涌水量的变化规律。本文针对青岛地铁 1 号线瓦屋庄站贵州路站过海区间隧道，以镜像法作为理论依托，推导了考虑围岩损伤的海底隧道涌水量计算公式，并结合工程实际建立三维模型，分析预测钻爆法施工地铁隧道的涌水量以及渗流场和水压力场变化，最后通过对比分析，验证理论计算公式的可靠性。1 海底隧道涌水量预测理论分析 1.1 常用的海底隧道涌水量计算公式目前，常用的海底隧道涌水量计算公式多是根据 128 水文地质工程地质第 4 期等价圆模型建立的，其模型如图 1 所示。海平面dHH0海底面Kr损伤区图 1 海底隧道等价圆模型Fig.1 Equivalent circl
