銅鑼山巖溶發(fā)育及隧道對地下水疏干影響特征

池彥賓 李慶華 陳 鵬

(1.重慶市地勘局南江水文地質工程地質隊，重慶 401147; 2.重慶市地環(huán)總站，重慶 400000)

銅鑼山巖溶發(fā)育及隧道對地下水疏干影響特征

池彥賓1李慶華1陳 鵬2

(1.重慶市地勘局南江水文地質工程地質隊，重慶 401147; 2.重慶市地環(huán)總站，重慶 400000)

針對隔檔式背斜構造巖溶山區(qū)隧道建設導致的地下水大量疏干、地表水嚴重漏失的問題，以重慶銅鑼山玉峰山隧道附近的旱土村至關心村一帶巖溶槽谷區(qū)為研究對象，通過綜合分析該區(qū)域地質調查資料及玉峰山隧道建設相關資料，得出該區(qū)巖溶發(fā)育具有垂直分帶性，巖溶豎向連通程度與巖層傾角具有相關性，受地質構造影響，巖溶發(fā)育呈現(xiàn)出各向異性，隧道軸線兩側和背斜兩翼地下水疏干影響均呈現(xiàn)出不對稱性。

巖溶，隧道建設，地下水，疏干影響

1 簡介

銅鑼山為重慶主城區(qū)重要的生態(tài)屏障，為隔檔式背斜構造，從兩側山腳至背斜軸部依次不同程度出露沙溪廟組(J2s)、新田溝組(J2x)、自流井組(J1zl)、珍珠沖組(J1z)、須家河組(T3xj)、雷口坡(T2l)、嘉陵江組(T1j)地層。山體兩翼泥、頁巖地層為相對隔水層，軸部可溶巖溶蝕后呈巖溶槽谷地貌，為相對富水層，巖溶發(fā)育呈現(xiàn)出垂直分帶及各向異性。受隧道等地下工程建設影響，發(fā)生了地下水大量疏干、地表水嚴重漏失的情況。本文選取重慶銅鑼山玉峰山隧道附近的旱土村至關心村一帶巖溶槽谷區(qū)(長度約12 km)，分析巖溶發(fā)育特征及隧道工程建設對地下水、地表水的影響。

2 基本情況

旱土村至關心村一帶地形最高點在關心村西側的保成寨，高程840 m，為須家河組(T3xj)砂巖地層。出露巖溶地層最大高程805 m，也在保成寨附近。該區(qū)域地面高程在大田村以北均在540 m以上，在大田村以南的旱土村最低高程510 m左右。槽谷東側最高點位于石壁山，最大高程668 m。巖溶槽谷段西翼巖層產狀282°～310°∠0°～54°；東翼巖層產狀102°～127°∠0°～90°，局部倒轉。該區(qū)域出露最老地層為嘉陵江組，在旱土村南側4 km左右傾沒于地表之下。玉峰山隧道縱剖面圖見圖1。

根據(jù)《重慶市“四山”交通通道地質環(huán)境調查及研究》資料，該巖溶槽谷段巖溶發(fā)育具有明顯分帶性，見表1。

表1 旱土村至關心村巖溶發(fā)育分帶性

受巖溶發(fā)育控制，該段巖溶槽谷區(qū)重要泉水出露點也呈現(xiàn)出分帶性，在玉峰山隧道修建前，地下水、地表水豐富，地下水以淺表循環(huán)為主。高程625 m左右，在關心村梁家槽發(fā)育2處巖溶泉，水量分別為4 L/s,3.5 L/s；梁家槽北側的沈家灣發(fā)育1處巖溶泉，水量達11 L/s。高程570 m左右，在羅家灣、石梨灣均發(fā)育1處溶洞，為淺表暗河出口，一年四季不干涸。高程550 m左右，在關心村塘灣發(fā)育1處巖溶泉，雨季平均水量達35 L/s。高程510 m～536 m，在鄧家灣發(fā)育1處溶洞，為淺表暗河出口，一年四季不干涸；在石壁村附近有1井點，水量4 L/s，一年四季不干；在高堰村附近的龍洞灣發(fā)育2處巖溶大泉，水量5 L/s,19 L/s，一年四季不干；在旱土村東側的譚家灣、龍井灣一帶分布有成片水塘。

3 地下水疏干影響

玉峰山隧道長約3.7 km，高程340 m左右，于2009年建成通車，洞口涌水量達2萬m3/d。玉峰山隧道修建后，附近巖溶區(qū)地下水、地表水環(huán)境受到明顯影響。根據(jù)調查情況，南側疏干影響距離達3 km，北側疏干影響距離達7 km。南側接近傾沒端，地表巖溶發(fā)育程度比北側弱，調查時發(fā)現(xiàn)隧道南側影響距離小于北側影響距離?？梢妿r溶區(qū)地表疏干影響受巖溶發(fā)育程度制約。本文重點對旱土村至關心村一帶巖溶區(qū)地表水、地下水受影響特征進行分析探討。

根據(jù)地表水、地下水影響情況，巖溶槽谷區(qū)可劃分為嚴重影響區(qū)、中～低影響區(qū)、基本未受影響區(qū)。嚴重影響區(qū)內地下水疏干嚴重，地表井泉已基本消失；中～低影響區(qū)內地下水疏干較嚴重，地表水不同程度衰減；基本未受影響區(qū)內地下水、地表水較以前變化不大。

嚴重影響區(qū)在隧道軸線南側約1.5 km，北側約2.8 km。隧道軸線附近的鄧家灣、羅家灣、石梨灣3處溶洞，原一年四季不干，現(xiàn)已完全干涸；旱土村譚家灣、龍井灣一帶，原有大片水塘，現(xiàn)也已完全干涸，同時出現(xiàn)多處地面塌陷；該區(qū)內除個別井泉雨季有少量水外，其余井泉已干涸。

中～低影響區(qū)位于嚴重影響區(qū)南側1 km～1.5 km、北側4.5 km～5 km范圍。該區(qū)內井泉不同程度衰減，但未完全干涸，受影響程度隨著與隧道軸線距離的增大而減弱。在石壁村至高堰村一帶，巖溶發(fā)育垂直分帶性明顯，各層巖溶水不同程度減少；在旱土村以南主要體現(xiàn)為井泉水量減少及水塘水位下降。

旱土村至關心村一帶巖溶槽谷區(qū)隧道建設對地下水影響呈現(xiàn)出以下特點：

1)隧道軸線兩側影響范圍不對稱。

玉峰山隧道南側影響區(qū)范圍小于北側，這與南側接近傾沒端巖溶發(fā)育弱有關系。在旱土村以北，平均每平方公里就可見1處～2處溶洞或落水洞，而在旱土村以南的3 km范圍內，地表基本未見大型溶洞、落水洞，也未見大型巖溶泉。

2)背斜兩翼影響程度不對稱。

從地形地貌看，該段巖溶槽谷區(qū)槽溝發(fā)育于銅鑼峽背斜東翼側，東翼地表溶蝕程度明顯強于西翼。根據(jù)野外調查資料，該區(qū)地表大型巖溶泉90%以上都分布在背斜西翼及近背斜軸部區(qū)域，而東翼大型巖溶泉分布較少。從隧道影響程度看，背斜兩翼受隧道影響程度也有差異性，特別是大田村至高堰村一帶，東翼疏干程度明顯大于西翼。與銅鑼山地質條件相似的縉云山、中梁山、明月山也有類似的情況[1，2]，巖層傾角較陡的一翼疏干程度也較大。

由于巖溶常沿地層面、節(jié)理、裂隙發(fā)育，對于以薄層～中厚層為主的嘉陵江組地層，巖溶順層發(fā)育強烈。巖溶順層發(fā)育及巖層傾角的差異性使巖溶豎向連通程度也具有差異性，巖層傾角越陡，豎向連通程度越好。該區(qū)巖溶出露段西翼巖層傾角0°～54°，東翼巖層傾角0°～90°(局部倒轉)，西翼側巖溶豎向連通程度明顯弱于東翼，巖溶出露區(qū)不同高程分布多層巖溶泉，相對獨立發(fā)育；東翼側由于巖溶豎向連通程度好，巖溶地下水更易向深層轉化。在玉峰山隧道修建后，距離隧道軸線較近區(qū)域的井泉已完全疏干，距離較遠的中～低影響區(qū)內井泉水量不同程度減少，并未完全斷流。這也說明了不同高程巖溶水存在連通性，當周邊地下水水位下降后，巖溶泉水量也會隨之減少甚至干枯。

3)相近位置影響程度差異。

在西翼巖溶出露區(qū)，特別是關心村塘灣、高堰村附近，不同高程的巖溶泉保持相對獨立發(fā)育。從玉峰山隧道修建影響看，位置相近的巖溶泉受影響程度常不同，如梁家槽S05，S06泉點水量分別為4 L/s，3.5 L/s，兩泉相距230 m，泉S05比S06高程低9 m，但泉S05受隧道影響衰減程度明顯大于S06，S05水量衰減為1.2 L/s，S06水量衰減為2.7 L/s。另外，龍洞灣附近的巖溶泉S10，S11相距140 m，但S10受隧道影響衰減程度遠大于S11。這也說明了巖溶發(fā)育具有各向異性。

4 結語

根據(jù)旱土村至關心村一帶巖溶槽谷區(qū)巖溶發(fā)育、巖溶泉分布及受隧道工程影響分析，可以得出以下結論：

1)隔檔式背斜構造巖溶山區(qū)巖溶發(fā)育在平面上呈現(xiàn)出各向異性，在豎向上呈現(xiàn)出垂直分帶性，前者與巖層傾角等構造因素有關，后者與不同地質時期升降有關。

2)不同高程巖溶水之間存在連通性，隧道建設將造成一定范圍內地下水疏干，由于巖溶管道的水平及豎向連通程度差異性，不同位置地表井泉衰減程度也具有差異性。

3)對于嘉陵江組地層，巖溶順層發(fā)育強烈，巖層傾角較陡側比傾角較緩側巖溶豎向連通程度強，在巖層傾角較緩一翼，常見不同高程巖溶泉相對獨立發(fā)育。另外，在受隧道等地下工程影響時，巖層傾角較陡側比較緩側疏干程度強。

4)由于巖溶發(fā)育的各向異性，常規(guī)的均質體滲透計算法已難以滿足計算地下水疏干影響范圍及地下水水位下降程度的要求，查明巖溶管道發(fā)育情況及其連通性顯得更加重要，在地質條件相近地區(qū)，可以通過工程類比法確定地下水疏干影響，更好地為工程建設服務。

[1] 付開隆.渝遂高速公路中梁山隧道巖溶塌陷及涌水量分析[J].水文地質工程，2005(2)：107-110.

[2] 龔 睿.隧道工程建設對隔檔式巖溶富水背斜地下水環(huán)境的影響研究——以觀音峽背斜為例[D].成都：成都理工大學，2010.

Karst development and tunnel effect on groundwater drainage characteristics in Tongluo mountain karst valley region

Chi Yanbin1Li Qinghua1Chen Peng2

(1.ChongqingBureauofGeologyandMineralResourcesExplorationNanjiangHydrogeologyEngineeringGeologicalTeam,Chongqing401147,China； 2.ChongqingRingTerminal,Chongqing400000,China)

Focus on the problem of groundwater drainage and surface water leakage in partition style anticline structure karst mountain area, which is initiated by tunnel construction, this article chooses karst trough valley among Hantu village to Guanxin village in Tongluo mountain near the Yufeng mountain tunnel as the object. Through the comprehensive analysis of the regional geological survey data and Yufeng mountain tunnel construction information, it is concluded that the karst is developed with vertical zonality, and the karst vertical connectivity is related to the strata dip angle. Influenced by geological structure, karst development presents the property of anisotropy, the influence of groundwater drainage by tunnel construction is asymmetric on both sides of the tunnel axis and the anticline axis.

karst, tunnel construction, groundwater, drainage effect

2015-01-22

池彥賓(1984- )，男，碩士，工程師； 李慶華(1969- )，男，高級工程師； 陳 鵬(1978- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)10-0086-02

TU457

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