1 ·工程概况
天镇至大同段高速公路是山西省境内承西启东、纵贯南北、通达四邻高速公路网的重要组成部分。路线途经天镇县、阳高县、大同县，终点设于大同县官堡村东与拟建的大浑高速公路官堡枢纽起点连接，路线全长96． 99 km。大梁山隧道左线全长6 015 m，最大埋深364． 46 m。
由于项目所处地形较复杂，隧道平面线形主要采用半径2 900 m 和2 300 m 左右的圆曲线。大梁山特长隧道所穿过的山脉，整个的形式北高南低，单向纵坡设计，坡比为1． 9%。
2· 水文、气象及地质状况
隧道围岩由下太古界集宁群右所堡组( Ar1 y) 黑云紫苏斜长片麻岩、紫苏变粒岩及下太古界集宁群瓦窑口组( Ar1w) 紫苏角闪变粒岩夹浅粒岩组成，以硬质岩为主，地质构造较为稳定。海拔为1 200 m 左右，属中温带大陆性季风气候，四季分明，日温差大，无霜期短，冬季少雪干冷，多晴朗天。平均气温为6． 6 ℃，最冷月份在1 月，平均气温为－ 12 ℃左右; 年平均降水量为665 mm; 最大冻土深度为136 cm。
3· 涌水原因分析
在隧道施工过程中，如果围岩比较松散或者围岩破碎，开挖方式不当、初期支护不及时，很容易造成断层、岩体松散段。地下水在水头压力和其他压力的综合作用下，克服阻力，会通过裂隙以突然的方式涌入隧道，称之为涌水，又称之为突水。涌水突泥不仅对隧道施工造成严重影响，而且给运营带来了极大的不便。隧址区地下水，区域地貌特点是大梁山山脊，中部较高，隧道进出口的南北两端较低。
1) 松散岩类孔隙水。
这主要分布于隧址区范围的基岩山间沟谷内。含水岩组由第四系砂土及碎石土组成，平面上沿山间沟谷呈条带状分布，含水层断面呈三角形或梯形，含水层状态为层状，含水层厚度分布不均，一般约1 m ～ 7 m，最厚处( 大背沟一带) 达19． 5 m，水量受颗粒级配影响较大。富水性较强，水化学类型为HCO3-Ca·Mg型，矿化度200 mg /L ～ 400 mg /L，水质较好。
2) 变质岩裂隙水。
这主要分布于隧址区基岩山区，含水岩组主要由下太古界集宁群瓦窑口组、右所堡组麻粒岩、片麻岩及变辉绿岩、伟晶岩等组成，含水岩组岩性比较单一，特别是不能按岩性变化区分岩体内的隔水岩组与富水岩组，岩体的富水因素主要决定于岩体所处的外部环境: 地形地貌、气候条件和岩体的内在因素: 岩体内的各种裂隙( 风化、构造) 发育程度、裂隙间的结合程度、岩体的构造形态、岩体内分布的断裂构造性质与规模、产状等内外诸多因素，岩体的富水性、透水性及其变化规律严格受上述因素控制。地下水的赋存空间主要为岩体内的各种裂隙，并以普通的变质岩裂隙为主。
4· 隧道涌水量评价及预测
隧道涌水量的评价方法主要有以下几种:
1) 水理统计法。
2) 水平衡法。
最常用的工具及手段，以水平衡为原理，在查明有保证的根本补给来源的情况下，确定隧道的极限涌水量值，适用于地下水形成较简单的情况，比如小型自流盆地等。
3) 解析法( 地下水动力学法) 。
在隧道涌水量计算中应用较为普遍常用，但是容易受到人力、物力，经济及地形的影响限制。所以基岩地区多用此方法。以稳定流或非稳定流理论的裘布依公式、泰斯公式两大理论为基础，又研究出很多预测隧道涌水量的经验手段。
4) 比拟法。简便快捷，适用于已开工的隧道。预测的精度和试验段的施工段的相似性有关。
越相似则精度越高，公式如下:
Q = q0·F·S。
q0 = Q0 /( F0·S0) 。
其中，Q 为隧道的涌水量; Q0为导坑或已开挖的隧道中的涌水量。
5) 地下径流模数法。
地下径流模数法简单实用。大梁山隧道主要采用简易水均衡法，从计算结果看，隧道正常涌水量介于811． 6 m3 /d ～1 140． 8 m3 /d，其平均值为927． 0 m3 /d，平均每延米洞体涌水量约为q0 =0． 13 m3 /( d·m) ，根据隧道洞体内涌水量围岩富水程度分段评价标准，整个隧道属于弱富水洞体，并接近贫水洞体标准，左右幅隧道内含水段平均长度为4 950 m，最大涌水量段落长度为158 m，平均涌水量为q0 = 1． 04 m3 /( d·m) ，可达到中等富水段标准。但隧道大部分段落仍属于弱～ 贫水型洞身段。建议隧道正常涌水量采用933． 0 m3 /d。根据洞体最大涌水量的预测结果，本隧道左右幅涌水量最大值为3 346． 6 m3 /d，平均为3 276． 5 m3 /d，最大涌水量为隧道正常涌水量的3． 7 倍，符合隧道最大涌水量为稳定涌水量的3 倍～ 5 倍的经验数据，故建议本隧道最大涌水量采用3 273． 6 m3 /d。
5· 实例分析
1) 2013 年大梁山隧道进口段在进入Ⅲ级围岩后，洞内出现突水状。随着施工长度的增加，涌水越来越大，平均出水量在4 200 m3 /d左右。目前，隧道左右线已贯通，洞内涌水顺坡流至斜井主线段落，抽水量仍然较大。
2) 因为掌子面围岩比较破碎，开挖后长时间暴露风化严重，强度迅速降低，围岩自稳能力变弱，在水头压力下形成过水通道。与设计图纸描述的局部滴渗水极不相符，且地质围岩变化快，围岩块状发育，自稳能力差，易出现坍塌及掉块伤人现象，给施工安全带来极大风险，同时施工进度也因此受到了严重制约。斜井施工进入主线施工后，涌水一直不断，平均出水量3 400 m3 /d 左右，斜井主线施工排水需经过坡度较大的斜井，大大增加了排水的难度，加之进口端贯通后，大量涌水集聚到斜井施工处。
6· 隧道涌水处理方案
根据设计文件对隧道可能出现涌水地段的涌水量大小、补给方式、变化规律及水质成分进行详细分析调查，选择既经济合理，又能确保围岩稳定，并保护环境的治水方案。处理涌水可以用下列辅助施工方法: 超前钻孔或辅助坑道排水; 超前小导管预注浆;超前围岩预注浆堵水; 井点降水及深井降水。经多方讨论研究制订了“疏堵结合，以排为主”的方案。隧道施工排水图见图1。
大梁山隧道由进口至出口为连续下坡，因此排水方式采取机械排水。
为不影响隧道交通，在隧道左侧每50 m ～ 100 m( 依水量大小而定) 设置一个集水坑，采取分段接力的方式将水排出洞外。集水坑容积为0． 8 m × 0． 8 m × 0． 5 m。抽水机功率根据实际水量大小确定，但必须大于排水量所需功率的20% 以上，并备有充足的抽水机及发电机。
根据超前地质预报提前做好排水工作，防止意外事故的发生。针对涌水现象，先后在大梁山隧道左洞布设7 道排水管线，其中5 道Φ100 mm 管线，1道Φ165 mm 管线，1道Φ225 mm 管线，单道管线长度1 900 m，同时工作抽水设备18． 5 kW 管道增压泵4 台， 15 kW 管道增压泵4 台，7． 5 kW 管道增压泵20 台，5． 5 kW污水泵10 台，专用水工24 人( 每班8 人，三班倒换) ; 右洞布设4 道Φ100 mm 管线，单道管线长度1 850 m，同时工作抽水设备7． 5 kW 管道增压泵16 台，5． 5 kW 污水泵4 台，专用水工12 人( 每班4 人，三班倒换) 。
同时在后续施工中要加强监控和预测工作，按照设计进行超前钻孔，及时探明掌子面前的地质及涌水情况。在谭家河水库设置水位观测点，每周进行一次观测，发现隧道水位有异常衰减时，立即上报，并结合超前钻孔成果，确定下一步实施方案。
7· 结语
隧道涌水严重影响施工进度及工程质量、安全，所以在工程勘察设计期间必须详细探明隧道所通过地段的水文地质情况，但要较为准确地探明可能产生的涌水量是非常困难的。为此，应对隧道工程可能产生的涌水采取防、排、截、堵相结合的方法，因地制宜，综合治理。应在开挖面布置超前钻孔，预防水囊、暗河、高压涌水等的危害。应对工程地质和水文地质作详细的调查分析，先判明地下水流方向，再确定钻孔位置、方向、数目和钻孔深度。
天镇至大同段高速公路是山西省境内承西启东、纵贯南北、通达四邻高速公路网的重要组成部分。路线途经天镇县、阳高县、大同县，终点设于大同县官堡村东与拟建的大浑高速公路官堡枢纽起点连接，路线全长96． 99 km。大梁山隧道左线全长6 015 m，最大埋深364． 46 m。
由于项目所处地形较复杂，隧道平面线形主要采用半径2 900 m 和2 300 m 左右的圆曲线。大梁山特长隧道所穿过的山脉，整个的形式北高南低，单向纵坡设计，坡比为1． 9%。
2· 水文、气象及地质状况
隧道围岩由下太古界集宁群右所堡组( Ar1 y) 黑云紫苏斜长片麻岩、紫苏变粒岩及下太古界集宁群瓦窑口组( Ar1w) 紫苏角闪变粒岩夹浅粒岩组成，以硬质岩为主，地质构造较为稳定。海拔为1 200 m 左右，属中温带大陆性季风气候，四季分明，日温差大，无霜期短，冬季少雪干冷，多晴朗天。平均气温为6． 6 ℃，最冷月份在1 月，平均气温为－ 12 ℃左右; 年平均降水量为665 mm; 最大冻土深度为136 cm。
3· 涌水原因分析
在隧道施工过程中，如果围岩比较松散或者围岩破碎，开挖方式不当、初期支护不及时，很容易造成断层、岩体松散段。地下水在水头压力和其他压力的综合作用下，克服阻力，会通过裂隙以突然的方式涌入隧道，称之为涌水，又称之为突水。涌水突泥不仅对隧道施工造成严重影响，而且给运营带来了极大的不便。隧址区地下水，区域地貌特点是大梁山山脊，中部较高，隧道进出口的南北两端较低。
1) 松散岩类孔隙水。
这主要分布于隧址区范围的基岩山间沟谷内。含水岩组由第四系砂土及碎石土组成，平面上沿山间沟谷呈条带状分布，含水层断面呈三角形或梯形，含水层状态为层状，含水层厚度分布不均，一般约1 m ～ 7 m，最厚处( 大背沟一带) 达19． 5 m，水量受颗粒级配影响较大。富水性较强，水化学类型为HCO3-Ca·Mg型，矿化度200 mg /L ～ 400 mg /L，水质较好。
2) 变质岩裂隙水。
这主要分布于隧址区基岩山区，含水岩组主要由下太古界集宁群瓦窑口组、右所堡组麻粒岩、片麻岩及变辉绿岩、伟晶岩等组成，含水岩组岩性比较单一，特别是不能按岩性变化区分岩体内的隔水岩组与富水岩组，岩体的富水因素主要决定于岩体所处的外部环境: 地形地貌、气候条件和岩体的内在因素: 岩体内的各种裂隙( 风化、构造) 发育程度、裂隙间的结合程度、岩体的构造形态、岩体内分布的断裂构造性质与规模、产状等内外诸多因素，岩体的富水性、透水性及其变化规律严格受上述因素控制。地下水的赋存空间主要为岩体内的各种裂隙，并以普通的变质岩裂隙为主。
4· 隧道涌水量评价及预测
隧道涌水量的评价方法主要有以下几种:
1) 水理统计法。
2) 水平衡法。
最常用的工具及手段，以水平衡为原理，在查明有保证的根本补给来源的情况下，确定隧道的极限涌水量值，适用于地下水形成较简单的情况，比如小型自流盆地等。
3) 解析法( 地下水动力学法) 。
在隧道涌水量计算中应用较为普遍常用，但是容易受到人力、物力，经济及地形的影响限制。所以基岩地区多用此方法。以稳定流或非稳定流理论的裘布依公式、泰斯公式两大理论为基础，又研究出很多预测隧道涌水量的经验手段。
4) 比拟法。简便快捷，适用于已开工的隧道。预测的精度和试验段的施工段的相似性有关。
越相似则精度越高，公式如下:
Q = q0·F·S。
q0 = Q0 /( F0·S0) 。
其中，Q 为隧道的涌水量; Q0为导坑或已开挖的隧道中的涌水量。
5) 地下径流模数法。
地下径流模数法简单实用。大梁山隧道主要采用简易水均衡法，从计算结果看，隧道正常涌水量介于811． 6 m3 /d ～1 140． 8 m3 /d，其平均值为927． 0 m3 /d，平均每延米洞体涌水量约为q0 =0． 13 m3 /( d·m) ，根据隧道洞体内涌水量围岩富水程度分段评价标准，整个隧道属于弱富水洞体，并接近贫水洞体标准，左右幅隧道内含水段平均长度为4 950 m，最大涌水量段落长度为158 m，平均涌水量为q0 = 1． 04 m3 /( d·m) ，可达到中等富水段标准。但隧道大部分段落仍属于弱～ 贫水型洞身段。建议隧道正常涌水量采用933． 0 m3 /d。根据洞体最大涌水量的预测结果，本隧道左右幅涌水量最大值为3 346． 6 m3 /d，平均为3 276． 5 m3 /d，最大涌水量为隧道正常涌水量的3． 7 倍，符合隧道最大涌水量为稳定涌水量的3 倍～ 5 倍的经验数据，故建议本隧道最大涌水量采用3 273． 6 m3 /d。
5· 实例分析
1) 2013 年大梁山隧道进口段在进入Ⅲ级围岩后，洞内出现突水状。随着施工长度的增加，涌水越来越大，平均出水量在4 200 m3 /d左右。目前，隧道左右线已贯通，洞内涌水顺坡流至斜井主线段落，抽水量仍然较大。
2) 因为掌子面围岩比较破碎，开挖后长时间暴露风化严重，强度迅速降低，围岩自稳能力变弱，在水头压力下形成过水通道。与设计图纸描述的局部滴渗水极不相符，且地质围岩变化快，围岩块状发育，自稳能力差，易出现坍塌及掉块伤人现象，给施工安全带来极大风险，同时施工进度也因此受到了严重制约。斜井施工进入主线施工后，涌水一直不断，平均出水量3 400 m3 /d 左右，斜井主线施工排水需经过坡度较大的斜井，大大增加了排水的难度，加之进口端贯通后，大量涌水集聚到斜井施工处。
6· 隧道涌水处理方案
根据设计文件对隧道可能出现涌水地段的涌水量大小、补给方式、变化规律及水质成分进行详细分析调查，选择既经济合理，又能确保围岩稳定，并保护环境的治水方案。处理涌水可以用下列辅助施工方法: 超前钻孔或辅助坑道排水; 超前小导管预注浆;超前围岩预注浆堵水; 井点降水及深井降水。经多方讨论研究制订了“疏堵结合，以排为主”的方案。隧道施工排水图见图1。
大梁山隧道由进口至出口为连续下坡，因此排水方式采取机械排水。
为不影响隧道交通，在隧道左侧每50 m ～ 100 m( 依水量大小而定) 设置一个集水坑，采取分段接力的方式将水排出洞外。集水坑容积为0． 8 m × 0． 8 m × 0． 5 m。抽水机功率根据实际水量大小确定，但必须大于排水量所需功率的20% 以上，并备有充足的抽水机及发电机。
根据超前地质预报提前做好排水工作，防止意外事故的发生。针对涌水现象，先后在大梁山隧道左洞布设7 道排水管线，其中5 道Φ100 mm 管线，1道Φ165 mm 管线，1道Φ225 mm 管线，单道管线长度1 900 m，同时工作抽水设备18． 5 kW 管道增压泵4 台， 15 kW 管道增压泵4 台，7． 5 kW 管道增压泵20 台，5． 5 kW污水泵10 台，专用水工24 人( 每班8 人，三班倒换) ; 右洞布设4 道Φ100 mm 管线，单道管线长度1 850 m，同时工作抽水设备7． 5 kW 管道增压泵16 台，5． 5 kW 污水泵4 台，专用水工12 人( 每班4 人，三班倒换) 。
同时在后续施工中要加强监控和预测工作，按照设计进行超前钻孔，及时探明掌子面前的地质及涌水情况。在谭家河水库设置水位观测点，每周进行一次观测，发现隧道水位有异常衰减时，立即上报，并结合超前钻孔成果，确定下一步实施方案。
7· 结语
隧道涌水严重影响施工进度及工程质量、安全，所以在工程勘察设计期间必须详细探明隧道所通过地段的水文地质情况，但要较为准确地探明可能产生的涌水量是非常困难的。为此，应对隧道工程可能产生的涌水采取防、排、截、堵相结合的方法，因地制宜，综合治理。应在开挖面布置超前钻孔，预防水囊、暗河、高压涌水等的危害。应对工程地质和水文地质作详细的调查分析，先判明地下水流方向，再确定钻孔位置、方向、数目和钻孔深度。