觀斗山隧道水文地質(zhì)條件分析及涌水量預(yù)測

楊彪山

（成都市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，成都 610072）

觀斗山隧道水文地質(zhì)條件分析及涌水量預(yù)測

楊彪山

（成都市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，成都 610072）

在對隧道兩側(cè)進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合調(diào)查區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景，查明該區(qū)水文地質(zhì)條件。分析不同地層巖性的含水性和富水性，評價地下水的補(bǔ)給、徑流和賦存特征，預(yù)測隧道開挖時可能發(fā)生涌突水的位置。采用狹長水平廊道法、大氣降水入滲系數(shù)法、比擬法和大氣降水入滲法對隧道涌水量進(jìn)行預(yù)算，為隧道施工開挖預(yù)防涌突水災(zāi)害提供依據(jù)。

隧道；水文地質(zhì)；涌水量

1 工程概況

觀斗山隧道為國家高速公路成渝環(huán)線合江（渝川界）至宜賓段公路控制性工程，位于宜賓北約10 km的翠屏區(qū)象鼻鎮(zhèn)及涼姜鄉(xiāng)境內(nèi)，橫穿北東－南西向展布的觀斗山背斜山中段。隧道設(shè)計(jì)為分離式，雙洞四車道，隧道建筑限界（寬×高）10.25×5.00 m，隧道底板采用人字形坡。隧道左洞里程：K 146＋270～K 148＋780，隧道長2510 m，進(jìn)、出口設(shè)計(jì)洞底標(biāo)高333.24 m、332.36 m，隧道最大埋深220 m。隧道右洞里程：YK 146＋260～YK 148＋800，隧道長2540 m，進(jìn)、出口設(shè)計(jì)洞底標(biāo)高335.61 m、331.63 m，隧道最大埋深216 m。

2 地質(zhì)環(huán)境背景

隧址區(qū)位于四川盆地南緣與云貴高原的過渡帶，處于低山地貌區(qū)。隧道橫穿觀斗山背斜中段，區(qū)內(nèi)地形相對高差325～340 m，觀斗山北西坡為坡度較緩的順層斜坡，地形坡角10°～20°，受沖溝切割的影響，局部地形呈雞爪狀。南東坡為陡坡、陡崖組成的反向坡，并形成地表分水嶺，溝谷較密集，靠近山脊一帶植被茂密。

區(qū)內(nèi)地層除第三系、石炭系全區(qū)缺失，泥盆系多數(shù)區(qū)段缺失及峨眉山玄武巖部分區(qū)段缺失外，從第四系至寒武系均有出露。隧址區(qū)出露的地層主要為侏羅系珍珠沖組（J1zh）及三疊系須家河組（T3xj）。

觀斗山隧道橫穿觀斗山背斜中段北西翼，隧址區(qū)總體為一單斜構(gòu)造。F1斷層區(qū)域上稱觀斗山斷裂（涼姜溝斷層）為壓性逆斷層，屬華瑩山斷裂帶一分支斷層。分布于觀斗山背斜核部，北起于金坪鄉(xiāng)黃荊橋，南止于宜賓南西林家溝，全長24 km。斷層走向與觀斗山背斜構(gòu)造線一致，大致N45°E，傾向NW，傾角30°～70°，斷距450～500 m。該斷層處于觀斗山隧道進(jìn)口附近通過。F2斷層屬逆斷層，為F1分支斷層，位于觀斗山東坡陡崖腳，斷層走向約N40°～50°E，傾向NW，傾角40°～50°。

3 水文地質(zhì)條件

3.1 地表水特征

四系孔隙水含水層補(bǔ)給的井泉較大；另外，擬建隧道左洞里程K 147＋270附近地表出露的“半邊山牛角塘”泉水（面流）和隧道右洞里程Y K147＋435北東側(cè)65 m附近地表出露的“鳳凰山牛角塘”泉水，勘測時流量分別為2.15666 l/s和1.22545 l/s，常年涌水量相對較穩(wěn)定，為T3xj4砂巖孔隙裂隙層間水補(bǔ)給。觀斗山兩側(cè)斜坡縱向沖溝發(fā)育，多為季節(jié)性流水溝，且沿溝多修筑池塘，沖溝中流水受季節(jié)和人為影響較大，沖溝中水流多匯集于象鼻河及兩岔河。

3.2 地下水的賦存與分布

調(diào)查區(qū)內(nèi)，除零星分布的沖洪積層以外，主要為各類沉積巖，玄武巖僅分布在南部區(qū)。零星分布的沖洪積層有孔隙潛水，對區(qū)域地下水而言不具重要意義。白堊系夾關(guān)組（K2j）主要由砂巖組成，受降水補(bǔ)給條件好，以構(gòu)造及層狀裂隙充水為主，富水性中等。侏羅系（J）“紅層”以泥質(zhì)巖為主夾砂巖，淺層風(fēng)化裂隙及砂巖裂隙充水，富水性較差。三疊系須家河組（T3xj）二、四、六段（T3xj2、T3xj4、T3xj6）由砂巖組成，砂巖層間裂隙及構(gòu)造裂隙發(fā)育，裂隙充水，富水性中等，相間分布的一、三、五段（T3xj1、T3xj3、T3xj5）泥質(zhì)巖為相對隔水層，富水性較差。從三疊系到寒武系，各類碳酸鹽巖厚達(dá)2000 m以上。它們或者成厚數(shù)百米的所謂“純層型”可溶巖單獨(dú)產(chǎn)出，或者僅厚數(shù)米至數(shù)十米而夾于更厚的碎屑巖之間，即所謂的“夾層型”可溶巖產(chǎn)出。這些可溶巖在發(fā)育的構(gòu)造裂隙的基礎(chǔ)上，在濕潤多雨的氣候條件下，溶蝕作用強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育，巖溶水豐富，是調(diào)查區(qū)富水性最好，地下水動、靜儲量最大的含水層系。其中，二疊系棲霞組茅口組（P1q＋m）富水性最好，三疊系雷口坡組嘉陵江組（T2l＋T1j）富水性次之。

3.3 地層、巖石及斷裂構(gòu)造含水性和相對隔水性

根據(jù)各巖層所處構(gòu)造及地形部位以及含水介質(zhì)、儲水空間、地下水補(bǔ)徑排條件等特征，將隧址區(qū)內(nèi)含水層劃分為第四系松散孔隙含水層、基巖風(fēng)化裂隙含水帶、侏羅系紅層泥質(zhì)巖孔隙裂隙含水巖組和三疊系須家河組碎屑孔隙裂隙含水巖組等4個含水巖組。

F1斷層處于觀斗山隧道洞口以外，與觀斗山隧道相交的只有F2斷層，破碎帶寬8～10 m，由糜棱巖、破碎巖塊等組成。據(jù)鉆孔揭露，斷層帶巖體極破碎，井壁易垮塌，說明斷層帶裂隙及其兩側(cè)羽狀張裂發(fā)育，斷層具備一定的導(dǎo)水條件，斷層兩側(cè)羽狀張裂發(fā)育帶利于地下水的儲存和運(yùn)動，富水性好。

3.4 地下水補(bǔ)給徑流、排泄條件

隧址區(qū)地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，分水嶺在觀斗山山脊一帶。分水嶺北西坡地形較平緩，山坡表面植被發(fā)育，樹葉、草枝對降水有阻滯作用，大氣降水流失相對較緩，有利地表水滲入地下補(bǔ)給地下水；分水嶺南東坡地形坡度大，受水面積小，地表水流泄快，地下水補(bǔ)給條件相對差。區(qū)內(nèi)地下水主要儲存于砂巖裂隙、孔隙中及第四系松散層孔隙中。地下水一般沿縱向構(gòu)造裂隙及層間裂隙運(yùn)移、徑流，在最低侵蝕面附近以泉水形式排泄于地表。

4 隧道涌水量預(yù)測及涌、突水評價

4.1 涌水量計(jì)算

4.1.1 預(yù)算原則

經(jīng)過對隧址區(qū)水文地質(zhì)條件、隧道充水條件和區(qū)域水文地質(zhì)資料的綜合分析，大氣降水入滲是地下水的主要來源。隧道穿越兩個不同性質(zhì)的含水巖系，不同含水巖組、同一含水巖系的不同層段和構(gòu)造部位，地下水位不一，地下水滲透性亦存在一定差異。因此，本次依據(jù)隧址區(qū)地形地貌、地層巖性、構(gòu)造及水文地質(zhì)條件等對隧道涌水量采取3種方法分段進(jìn)行預(yù)算。左、右隧道相距近、長度相差不大、水文地質(zhì)條件基本一致，現(xiàn)選擇左洞計(jì)算，預(yù)算涌水量為隧道雙洞涌水量之和，若雙洞同時掘進(jìn)，則單洞涌水量為計(jì)算結(jié)果的一半。

4.1.2 預(yù)算方法及公式的選擇

依據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料、鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)參數(shù)、象鼻煤礦老窯、響灘子煤礦老窯、五板橋煤礦及蘇家橋煤礦老窯主石門流量、氣象等資料，采用狹長水平廊道法、大氣降水入滲系數(shù)法、比擬法對隧道涌水量進(jìn)行預(yù)算，隧道最大涌水量采用大氣降水入滲法和比擬法計(jì)算。

計(jì)算公式：

大氣降水入滲系數(shù)法：Q＝1000 F·A·α/T

比擬法：Q＝Q0·L/L0

4.1.3 參數(shù)選用及預(yù)算結(jié)果

式中，Q為隧道涌水量（m3/d）；B為隧道分段長度（m）；K為滲透系數(shù)（m/d），根據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)資料以及區(qū)域資料綜合分析取用；H為水柱高度（m），為天然狀態(tài)各層地下水水位至隧道設(shè)計(jì)路面的平均水柱高度；R為影響半徑（m），采用經(jīng)驗(yàn)公式R＝ 2 H求取。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料、鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)參數(shù)、地層巖性及含水層特征對其進(jìn)行分段計(jì)算。涌水量計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 狹長水平廊道法計(jì)算參數(shù)及計(jì)算結(jié)果Table 1 Calculation parameters and results by the level passage method

計(jì)算的結(jié)果：隧道涌水量Q＝2255.08 m3/d。

（2）大氣降水入滲系數(shù)法Q＝1000 F·X·α/T式中，Q為隧道正常、最大涌水量，m3/d；F為匯水面積，由1∶10000平面圖量測；X為多年平均降雨量，取1194 mm，最大月降雨量，取284.7 mm；T為年時間，365 d，月時間，30 d；α為入滲系數(shù)，根據(jù)區(qū)域資料采用經(jīng)驗(yàn)值。

計(jì)算的結(jié)果：隧道正常涌水量Q＝2855.79 m3/d，最大涌水量Q＝6190.33 m3/d，見表2。

表2 大氣降水入滲系數(shù)法Table 2 Method of precipitation infiltration coefficient

（3）比擬法

擬建隧道軸線兩側(cè)依次分布有象鼻煤礦老窯、響灘子煤礦老窯、五板橋煤礦生產(chǎn)井、蘇家橋煤礦老窯，礦井石門均位于J1zh、T3xj6地層，主巷道均穿越J1zh、T3xj6地層至T3xj5地層下部。由于所處構(gòu)造部位相同，水文地質(zhì)條件與隧址區(qū)基本一致，在此采用各個煤礦礦井主井口涌水量計(jì)算擬建公路隧道涌水量。

計(jì)算公式：Q＝Q0·L/L0

式中，Q為隧道正常、最大涌水量，m3/d；Q0為煤礦礦井正常涌水量、最大涌水量，m3/d；L為隧道左洞長度（m）；L0為煤礦礦井主平洞長度（m）。

計(jì)算結(jié)果：由于象鼻老窯煤礦、蘇家橋老窯煤礦屬主井口自然流水，所測水量較穩(wěn)定、可靠，五板橋煤礦生產(chǎn)井受生產(chǎn)影響，所測水量偏小，響灘子煤礦老窯主井口被象鼻鎮(zhèn)自來水廠封閉抽水，無法實(shí)測出水量，其計(jì)算采用水量為水廠提供。經(jīng)綜合分析：五板橋煤礦計(jì)算數(shù)據(jù)可靠性較小，不予采用，結(jié)合象鼻老窯煤礦、蘇家橋老窯煤礦及響灘子老窯煤礦計(jì)算數(shù)據(jù)，比擬擬建隧道正常總涌水量1706～2192 m3/d，最大總涌水量3071～3946 m3/d。由于煤礦主平洞斷面較公路隧道小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其比擬法計(jì)算涌水量應(yīng)乘系數(shù)1.5，即隧道正?？傆克?559～3288 m3/d，最大總涌水量4607～5919 m3/d。詳見表3。

表3 比擬法計(jì)算結(jié)果Table 3 Calculations by the analogy method

4.1.4 涌水量評價

由以上3種方法預(yù)算得隧道涌水量見表4。

表4 隧道涌水量計(jì)算結(jié)果對比表Table 4 Calculations contrast of the tunnel's gush－water amount

從表4可以看出，狹長水平廊道法計(jì)算結(jié)果最小，由于水文試驗(yàn)滲透系數(shù)代表性有限，計(jì)算結(jié)果不予采用。降水入滲法與水文地質(zhì)比擬法計(jì)算的隧道正常涌水量較接近。煤礦礦井主平洞隨標(biāo)高低于擬建公路隧道標(biāo)高約28 m，斷面小于擬建公路隧道，但其較短，穿越地層較少。該區(qū)域地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，大氣入滲系數(shù)法主要建立在大氣降水入滲的基礎(chǔ)上，其計(jì)算結(jié)果真實(shí)性較高，建議采用大氣入滲系數(shù)法計(jì)算結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)，即擬建公路隧道正常涌水量Q＝2855.79 m3/d，最大涌水量Q＝6190.33 m3/d。如果雙洞同時施工，則單洞涌水量為計(jì)算結(jié)果的一半。

各段涌水量建議值見表5。

表5 隧道涌水量建議值Table 5 Proposed values for the tunnel's gush－water amount

4.2 突水可能性分析

經(jīng)對隧址區(qū)水文地質(zhì)條件、隧道涌水量預(yù)測和結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料的綜合分析，大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來源。隧址區(qū)構(gòu)造較簡單，總體為一單斜構(gòu)造，含水層與相對隔水層相間分布，含水層中砂巖孔隙率：T3xj6為1.76%～7.85%、T3xj4為2.34%～13.2%、T3xj2為5.9%～20.2%，節(jié)理裂隙較發(fā)育，且由于J1zh、T3xj5－3、T3xj5－1、T3xj3、T3xj1相對隔水層與砂巖含水層相間分布，形成T3xj6、T3xj5－2、T3xj4、T3xj2單斜儲水構(gòu)造，砂巖中存在地下水靜水儲量，當(dāng)隧道施工由J1zh、T3xj5－3、T3xj5－1、T3xj3相對隔水層掘進(jìn)揭穿至T3xj6、T3xj5－2、T3xj4、T3xj2砂巖含水層時，預(yù)計(jì)擬建隧道存在突水的可能性。

另外，地下水的補(bǔ)給、徑流、賦存特征主要受巖性、構(gòu)造、地形地貌特征以及老窯水的影響，以下部位也易發(fā)生突水：

不同巖性（層位）接觸帶及層間裂隙發(fā)育帶發(fā)生突水的可能性較大。

T3xj5－1層段可能有煤坑道積水，開挖初期存在發(fā)生突水的可能性。

F2斷層帶附近可能發(fā)生涌水甚至突水。

5 結(jié)語

（1）隧址區(qū)處于四川盆地南緣低山地貌區(qū)，屬長江水系，分水嶺位于觀斗山山頂紅旗茶場一帶山脊，山脊兩側(cè)多發(fā)育季節(jié)性沖溝，沖溝溝水均分別匯于象鼻溝、兩岔河，而后流入黃沙河后最終匯入長江。隧址區(qū)為一單斜構(gòu)造，相對含、隔水層相間產(chǎn)出，在構(gòu)造走向上相對含水層呈一敞開的儲水構(gòu)造。

（2）根據(jù)各巖層所處構(gòu)造及地形部位以及含水介質(zhì)、儲水空間、地下水補(bǔ)徑排條件等特征，將隧址區(qū)內(nèi)含水層劃分為第四系松散孔隙含水層、基巖風(fēng)化裂隙含水帶、侏羅系紅層泥質(zhì)巖孔隙裂隙含水巖組和三疊系須家河組碎屑孔隙裂隙含水巖組等4個含水巖組。

（3）地下水的補(bǔ)給、徑流、賦存特征主要受巖性、構(gòu)造、地形地貌特征以及老窯水的影響，隧道突水位置主要位于隧道穿越不同巖性的接觸帶、構(gòu)造發(fā)育帶及采空區(qū)，建議隧道施工時對易突水段采用物探、超前鉆探等手段進(jìn)行超前預(yù)報(bào)并采取有效的防治措施。

（4）采用狹長水平廊道法、大氣降水入滲系數(shù)法、比擬法對隧道涌水量進(jìn)行預(yù)算，隧道最大涌水量采用大氣降水入滲法和比擬法計(jì)算。計(jì)算結(jié)果：隧道正常涌水量Q＝2855.79 m3/d，最大涌水量Q＝6190.33 m3/d。如果雙洞同時施工，則單洞涌水量為計(jì)算結(jié)果的一半。隧道最大涌水量不包括老窯采空區(qū)突水的數(shù)量。

［1］朱嬌燕，滑帥，趙斌賓.某隧道巖溶水文地質(zhì)條件及涌水量研究［J］.人民長江，2011，42（增刊Ⅱ）：107－108.

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［4］張林洪，王甦達(dá)，唐正光，等.山區(qū)公路工程建設(shè)對地下水滲流的影響［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2008，19（4）：81－86.

HYDRO－GEOLOGICAL CONDITIONS AND GUSH WATER AMOUNT FOR THE GUANDOUSHAN TUNNEL

Yang Biao－shan
（Chengdu Geo－environmental Monitoring Station，Chengdu 610072，China）

The hydro－geological conditions are identified on the basis of the hydro－geological investigation on both sides of the tunnel and its geo－environmental background analysis.Level passage method，precipitation infiltration coefficient method，analogy and precipitation infiltration method are used to calculate gush water amount，which offers a basis for the tunnel excavation.

tunnel；hydrogeology；gush water amount

U459；P641

:A

1006－4362（2012）02－0095－05

楊彪山（1977－ ），男，甘肅古浪人，學(xué)士，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作。

2012－04－23改回日期:2012－05－23