華鎣山隧道巖溶地下水特征

白彥波，余鵬程，陳孝兵，閆川

（四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，成都 610072）

1 引言

巖溶是可溶巖與地表水、地下水相互作用下的產(chǎn)物，巖溶發(fā)育強度及巖溶裂隙管道地下水均具有典型的不均一性。巖溶的發(fā)育嚴格受可溶巖地層巖性及巖性組合、地質(zhì)構(gòu)造、可溶巖與非可溶接觸界面特性及地下水循環(huán)分帶性等諸多因素的控制。

華鎣山隧道橫向穿越華鎣山背斜，主要穿越地層有侏羅系新田溝組、自流井組、珍珠沖組以及三疊系須家河組、雷口坡組。其中雷口坡組地層為灰?guī)r地層，為可溶巖，巖溶發(fā)育，地表落水洞、溶斗、溶溝、溶洞、地下暗河多出現(xiàn)在該段。由于其地下水補給條件好，地下水豐富、運動活躍，屬強透水、強富水巖溶溶隙溶洞含水層，構(gòu)成擬建隧道重要涌水層段，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

因此，對華鎣山隧道進行巖溶地下水特征研究分析具有重要的科學意義和學術(shù)價值，通過對華鎣山隧道巖溶地下水特征及發(fā)育規(guī)律的分析研究，可以為華鎣山隧道的開挖提供指導(dǎo)性依據(jù)，對于預(yù)防隧道涌突水及防止人員傷亡事故具有重大現(xiàn)實意義。

2 隧道洞身段穿越的可溶巖地層

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，華鎣山隧道洞身段穿越的可溶巖地層為三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T2l）和下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）。

2.1 中統(tǒng)雷口坡組（T 2l）

分布于背斜中部隧道洞身段，為灰色薄至中厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、鹽溶角礫巖及膏鹽組成。根據(jù)其巖性組合可分為三層段，即T2l3、T2l2、T2l1?？偤穸?81.96～577.35 m。

雷口坡組三段（T2l3）：厚0～275.72 m。上部為灰色薄至中厚層狀隱至微晶白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖，夾薄層鈣質(zhì)泥巖。下部為灰色厚層狀含泥灰?guī)r、灰?guī)r，夾薄層白云質(zhì)泥灰?guī)r，與下伏地層過渡接觸。

雷口坡組二段（T2l2）：厚153.09～282.64 m。上、下部為黃灰色、灰綠色薄層鈣質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖，夾薄層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r，中部為灰色中厚層狀含泥灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r夾薄層鈣質(zhì)泥巖。與下伏地層過渡接觸。

雷口坡組一段（T2l1）：厚36.92～124.53 m。頂部為鹽溶角礫巖，其下為白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，下部為鹽溶角礫巖，底部為深灰色泥巖，層中偶見灰綠色水云母粘土巖（綠豆巖）。

2.2 下統(tǒng)嘉陵江組（T 1j）

地表未出露，深埋于洞身地段。區(qū)域上劃分為4段，其中T1j1、T1j3段主要為石灰?guī)r；T1j2、T1j4段主要為白云巖、鹽溶角礫巖。厚度521.51～688 m。

嘉陵江組四段（T1j4）：厚22.31～228.93 m。頂、底部為鹽溶角礫巖，鹽溶角礫巖中見石膏礦層，中部為白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖。

嘉陵江組三段（T1j3）：厚142.95～228.85 m。灰色中厚層狀石灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、含泥灰?guī)r組成。

其余嘉陵江組未進洞身。

3 隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)地處川東褶皺帶中之華鎣山背斜中段，主體構(gòu)造為華鎣山背斜，區(qū)內(nèi)斷層稀少，僅在背斜西翼見一斷層（F1），并形成次級摺曲。構(gòu)造特征表述如下：

華鎣山背斜：為一箱狀褶皺，軸部開闊平緩，兩翼不對稱，北西翼陡，傾角60°～80°，南東翼緩，傾角20°～40°，軸向 N10°～25°E，軸部向北傾伏，傾伏角2°～7°。出露最老地層為三疊系雷口坡組，兩翼由須家河組、自流井組、新田溝組、沙溪廟組組成。

F1斷層：位于背斜西翼近軸部，走向N20°E～N30°E，傾向SE，傾角約60°～80°，與背斜軸部近于平行。斷層發(fā)生在雷口坡組二段地層中，上盤及下盤地層均為雷口坡組鈣質(zhì)泥巖夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，斷層附近地層較破碎，擠壓揉皺現(xiàn)象嚴重，產(chǎn)狀變化很大，破碎帶寬度2～10 m，在下盤形成一寬度300～450 m的褶皺帶，帶內(nèi)巖石擠壓強烈，次級背向斜發(fā)育。

4 隧址區(qū)含水層特征

根據(jù)本次野外調(diào)查情況，隧址區(qū)內(nèi)主要巖溶發(fā)育段的含水層為三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T2l）灰?guī)r地層。

雷口坡組三段為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚度最厚可達276 m，巖石的可溶性好，巖溶發(fā)育，地表落水洞、溶斗、溶溝、溶洞、地下暗河多出現(xiàn)在該段。由于其地下水補給條件好，地下水豐富、運動活躍，屬強透水、強富水巖溶溶隙溶洞含水層，構(gòu)成擬建隧道重要涌水層段，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

雷口坡組二段以鈣質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥灰?guī)r為主，夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r組成，地表巖溶以溶隙為主，溶洞不發(fā)育，地下水補給條件較差，地下水受其阻隔作用，在頂部和底部泉水出露，為較弱透水、富水性較弱的溶孔、溶隙裂隙含水層。由于出露面積大，受大氣降雨補給范圍寬，對隧道充水影響較大。

5 隧址區(qū)巖溶地下水特征

5.1 地下水賦存特征

槽谷區(qū)地表巖溶由軸部向兩翼發(fā)育程度減小，地形坡度增大，補給條件減弱，大氣降水沿地表溶隙、溶縫、落水洞、溶斗滲入地下，大氣降水為地下水主要補給來源。淺部地下水接受補給后，以垂直運動為主，沿巖溶裂隙、溶縫、溶洞向深部逕流，水力梯度大，逕流速度快。由于可溶巖可溶性、排列組合及巖溶發(fā)育特征的差異，地下水逕流、排泄狀況存在一定的差異。

在背斜兩翼T2l為石灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、白云質(zhì)灰?guī)r、鹽溶角礫巖，其灰?guī)r地下水補給條件、逕流條件好，泉水在巖溶發(fā)育帶出露，流量較大；鈣質(zhì)泥巖可溶性差，以溶隙為主，地下水受其阻隔作用，在頂部和底部泉水出露，但流量??；白云質(zhì)灰?guī)r溶隙、溶縫發(fā)育，地下水補給條件、逕流條件較好，泉水主要在溶隙發(fā)育帶出露，數(shù)量較少，但流量較大。由于不同可溶性可溶巖相間排列，地下水在不同巖性接觸帶沿溶隙以泉的形式排泄出地表，但總體受溪谷地形的控制，隨標高的降低，泉水流量逐漸增大。地表泉水特征見表1。

5.2 地下水運動特征

由以上資料結(jié)合巖溶發(fā)育特征分析，大氣降水為淺部巖溶地下水的主要補給水源。根據(jù)可溶巖立面投影示意圖見圖1和圖2。

表1 泉點、溪溝、老窯水統(tǒng)計表Table 1 Statistics of springs，creeks and goafs

圖1 華鎣山西翼巖溶立面投影示意圖Fig.1 Facade projection of the karst at Western Huaying

圖2 華鎣山東翼巖溶立面投影示意圖Fig.2 Facade projection of the karst at Eastern Huaying

西翼最低巖溶地下水水位標高一般430～490 m，430～800 m為地下水垂直循環(huán)帶，380～430 m為地下水季節(jié)變動帶，380 m以下為地下水水平循環(huán)帶，330 m以下為地下水深部滯流帶。

東翼最低巖溶地下水水位標高一般500～650 m，500～1 000 m為地下水垂直循環(huán)帶，450～500 m為地下水季節(jié)變動帶，450 m以下為地下水水平循環(huán)帶，400 m以下為地下水深部滯流帶。西翼設(shè)計隧道標高366～389 m，處于地下水水平循環(huán)帶；東翼設(shè)計隧道標高388～397 m，位于地下水深部滯流帶。設(shè)計隧道標高地區(qū)地下水流平緩，巖溶發(fā)育受到限制，地下水滲透性中等－弱，富水性中等－強。為地下水靜儲量帶，巖溶地下水具承壓性，一旦揭穿該帶巖溶管道地下水，將會瞬間形成極大的涌水突泥現(xiàn)象，由于巖溶管道的連通性，當靜儲量排泄后上方的地表動儲量會長期沿該通道排水。目前在建的華鎣山隧道就是因為揭穿地下水逕流帶巖溶管道而形成超過100×104m3涌水量的突水事故，其管道正是位于地下水逕流帶的靜儲水帶，并且每年的暴雨季節(jié)都有（30～40）×104m3／d的水量排出。故本隧道開挖過程中也可能遇到超過100×104m3的突水事故。

隧道洞身段巖層產(chǎn)狀平緩，地下水流動緩慢，封閉性好，水中的CO2含量會增高，形成對混凝土無腐蝕性，因此在隧道施工期間，應(yīng)對該段地下水水質(zhì)進行監(jiān)測，并采取防護措施。

地表泉水受巖性組合的控制，多出露于不同巖性接觸帶，背斜東翼盧家壩的泉群正位于T2l3的灰?guī)r與T2l2鈣質(zhì)泥巖接觸帶附近，隧道施工到該界面時應(yīng)預(yù)防地下巖溶水的涌突。

另外，隧道將穿越F1斷層。F1斷層切穿隧道圍巖段，斷層上、下盤均為可溶巖。該斷層為陡傾角走向逆斷層，露頭線位于地表走向嶺脊線附近，降水補給條件雖然不好，地表無泉水出露，斷層破碎帶具一定阻水作用，但斷層兩盤影響帶溶隙發(fā)育，甚至可能發(fā)育溶洞，儲存有豐富的地下水，在穿越斷層時，應(yīng)預(yù)防地下水的涌突。

5.3 地下水化學特征

本次對隧址區(qū)內(nèi)溪溝水、泉水及老窯水分別進行了取樣并進行了水質(zhì)檢測分析，其水質(zhì)特征如下：

地下水總硬度161.17～238.33 g／l，永久硬度11.36～99.22 mg／l，總堿度149.81～139.11 mg／l，游離CO24.51～4.83 mg／l，p H 值7.73～7.65，屬中性水，無腐蝕性CO2存在，地下水類型為硫酸鹽碳酸氫鹽鈉鈣水。

水樣中SO24含量53.4～90.89 mg／l，Na＋K含量28.98～31.51 mg／l，二者含量偏高，分析認為與本區(qū)泉水有關(guān)，區(qū)內(nèi)巖溶地下水流經(jīng)T2l1和T1j4地層時，將該層中的石膏及鹽類溶解，形成SO24和Na＋K含量增高。巖溶泉水為溝水的源泉，巖溶泉水通過溝谷排泄，在流經(jīng)煤系地層時因采煤形成的冒落垮塌裂隙注入采空區(qū)，由采空區(qū)流入煤礦巷道，再流出或水泵排出，由此使區(qū)內(nèi)泉水、溝水、煤礦水化驗指標接近一致。

取樣分析的水質(zhì)對砼無腐蝕性，但據(jù)區(qū)域資料在隧道洞身段T2l1和T1j4存在膏鹽及鹽溶角礫巖，膏鹽及其地下水對砼具一定的腐蝕性，因此在隧道施工和運營期間，應(yīng)對該段巖石及其地下水水質(zhì)進行監(jiān)測，并采取一定的防護措施。

6 結(jié)論

（1）華鎣山隧道洞身穿越雷口坡組灰?guī)r地層段屬強透水、強富水巖溶溶隙溶洞含水層，構(gòu)成擬建隧道重要涌水層段，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

（2）西翼最低巖溶地下水水位標高一般430～490 m，430～800 m為地下水垂直循環(huán)帶，380～430 m為地下水季節(jié)變動帶，380 m以下為地下水水平循環(huán)帶，330 m以下為地下水深部滯流帶。

東翼最低巖溶地下水水位標高一般500～650 m，500～1 000 m為地下水垂直循環(huán)帶，450～500 m為地下水季節(jié)變動帶，450 m以下為地下水水平循環(huán)帶，400 m以下為地下水深部滯流帶。

（3）西翼設(shè)計隧道標高366～389 m，處于地下水水平循環(huán)帶，東翼設(shè)計隧道標高388～397 m，位于地下水深部滯流帶。設(shè)計隧道標高地區(qū)地下水流平緩，巖溶發(fā)育受到限制，地下水滲透性中等－弱，富水性中等－強。

［1]王孔偉，周金龍.工程地質(zhì)及水文地質(zhì)［M].黃河水利出版社，2009.8.

［2]劉正峰.水文地質(zhì)手冊 ［M].銀聲音像出版社，2010.

［3]四川省渠縣龍峽子～大峽口普查區(qū)煤田地質(zhì)普查報告［R].四川省煤炭局煤田地質(zhì)勘探公司普查隊，1969.12.

［4]1∶20萬達縣幅水文地質(zhì)圖及《區(qū)域水文地質(zhì)普查報告》［R].四川省地質(zhì)局，1979.