某隧道巖溶水文地質(zhì)特征及方案的選擇

譚 家 華

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

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某隧道巖溶水文地質(zhì)特征及方案的選擇

譚 家 華

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

通過調(diào)研某巖溶隧道的水文地質(zhì)條件，從巖溶發(fā)育、巖溶水補給、徑流、巖溶水文地質(zhì)單元等方面，闡述了隧道區(qū)巖溶水文地質(zhì)特征，并分析了其對隧道的影響，提出了隧道合適位置的建議方案，為類似巖溶隧道選線工程提供參考。

隧道，巖溶，地下水，線路方案

1 隧道工程概況

擬建隧道位于恩施市屯堡附近，為一公路雙線隧道，長約1.88 km，隧道最大埋深680 m，縱坡為單面坡，坡度2.5%，穿越強巖溶發(fā)育區(qū)。

2 隧道區(qū)地貌及地質(zhì)特征

2.1 地貌特征

項目區(qū)為構(gòu)造侵蝕溶蝕中高山區(qū)，南西側(cè)為清江，呈典型的山地臺原—陡崖—山前緩坡地貌，臺原區(qū)地面標高為1 400 m～1 800 m，植被較發(fā)育，為饅頭山間巖溶槽谷，槽谷內(nèi)多被開墾為農(nóng)田，種植農(nóng)作物；陡崖近直立，高度400 m～500 m，無植被發(fā)育；陡崖底部山地斜坡地面標高700 m～1 100 m，坡度10°～20°，多為堆積體覆蓋，植被較發(fā)育，局部開墾為農(nóng)田。

2.2 地質(zhì)特征

隧道穿越一小型向斜，走向約240°，向南(清江方向)傾覆，核部為T1d3厚層灰?guī)r，兩翼為T1d1～2泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖、P2灰?guī)r，北西翼產(chǎn)狀170°～210°∠14°～17°，南東翼產(chǎn)狀355°∠15°，清江岸邊陡坡地段地層產(chǎn)狀紊亂，近水平，區(qū)域巖層產(chǎn)狀235°∠8°，裂隙發(fā)育，巖體較破碎(見圖1)。

3 隧道區(qū)巖溶水文地質(zhì)特征

3.1 巖溶發(fā)育特征

1)隧道的巖性、巖組及對巖溶發(fā)育的控制作用。隧址區(qū)地層主要為T1d灰?guī)r，可細分為上部厚層、巨厚層灰?guī)r(T1d3)和下部泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖(T1d1～2)。厚層、巨厚層灰?guī)r為巖溶好發(fā)育巖組，為巖溶發(fā)育提供了良好的介質(zhì)空間，在下部泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖阻水層的作用下，大氣降水入滲形成的地下水在該層聚集，為巖溶提供充足的水動力條件，因此，該層局部巖溶非常發(fā)育，易形成水平向展布的溶洞、暗河等，大量的巖溶漏斗、洼地、落水洞也多發(fā)育于該層。

2)地質(zhì)構(gòu)造對巖溶發(fā)育的控制作用。隧址區(qū)為小型寬緩式向斜構(gòu)造，受構(gòu)造影響，向斜核部裂隙發(fā)育，巖體破碎，加之核部進一步匯集了各方地下水，因此向斜核部巖溶非常發(fā)育，在地下水的不斷侵蝕作用下，溶洞逐漸貫通，最終形成地下水暗河系統(tǒng)。

此外，隧址區(qū)主要發(fā)育兩組垂直節(jié)理，沿兩組節(jié)理面，巖溶發(fā)育。

3)地下水對巖溶發(fā)育的控制作用。地下水為巖溶發(fā)育提供動力條件，地下水運移特征不同，巖溶發(fā)育存在很大差異。根據(jù)地下水運移特征差異，可將地下巖溶空間分為垂直滲流帶、季節(jié)變動帶、水平徑流帶、深部循環(huán)帶。

垂直滲流帶：地下水主要以垂直下滲運動為主，巖溶發(fā)育主要為垂直型的溶洞和溶蝕裂隙為主，在地表主要表現(xiàn)為漏斗、落水洞、豎井、天坑等。由于地下水流相對比較分散，水力作用有限，溶洞之間的連通性相對較差，地表被水流帶走的土石等雜物多停留在這一層，溶洞多充填粉質(zhì)黏土及塊石。

季節(jié)變動帶：洪水位與平水位之間的巖溶空間稱為季節(jié)變動帶，受大氣降水影響，雨季時，地下水位上升到達洪水位，地下水流運動以水平運動為主，旱季時，地下水位下降，到達平水位，地下水以垂直型運動為主。水動力條件對巖溶發(fā)育非常有利，巖溶發(fā)育最強烈，往往發(fā)育成層的水平及垂直的溶洞及暗河系統(tǒng)，溶洞多為無充填的空洞。

水平徑流帶：位于最低地下水位以下，其下限為當?shù)厍治g基準面，地下水以水平運動為主，大量的溶洞、暗河、地下湖泊等都產(chǎn)生于此帶。

深部循環(huán)帶：位于水平巖溶發(fā)育帶之下，在區(qū)域構(gòu)造作用下，地下水做更長更遠的區(qū)域性流動，水位埋深大，水循環(huán)交替緩慢，巖溶發(fā)育很弱，主要為溶隙及溶孔。

根據(jù)水文地質(zhì)條件以及本次勘察成果分析，水平徑流帶大概處于標高700 m～1 100 m范圍內(nèi)，其上為垂直滲入帶，其下為深部循環(huán)帶。隧道洞身處于水平徑流帶中。

3.2 巖溶水的補給、徑流、排泄特征

研究區(qū)巖溶地下水的主要補給來源為大氣降水，補給區(qū)主要為隧道北部的山地臺原區(qū)，地形地貌為饅頭山間巖溶槽谷，發(fā)育大量巖溶洼地、天坑、落水洞等，無地表河流，大氣降水在洼地匯集后，通過落水洞流入地下，入滲極快，地下水的補給方式以集中式的點狀補給為主，隧道區(qū)總的補給區(qū)面積約30 km2。

巖溶地下水的徑流，在不同巖溶發(fā)育帶具有不同特征。垂直滲流帶以溶蝕裂隙、溶縫、管道的縱向滲流、管流為主，淺層多垂直型的落水洞、天坑；季節(jié)變動帶以溶洞、管道及地下河紊流為主；水平徑流帶以管道、溶隙的層流為主，多發(fā)育暗河；深部循環(huán)帶以溶隙、裂隙滲流為主。

研究區(qū)的侵蝕基準面為清江，為地下水總的排泄點，地下水在清江附近多以泉的形式出流，通過地表溪溝流入清江，隧道附近的主要泉點為七眼出泉、龍洞泉及五龍水泉，七眼出泉常年有水，測時流量0.5 m3/s，隨季節(jié)變化較大；龍洞泉為季節(jié)性泉水，測時無水，下大雨時有水，3 h～4 h達到峰值，雨停后消退快；五龍水泉常年有水，測時流量約5 m3/s，雨時水量漲落明顯。

3.3 主要巖溶水文地質(zhì)單元

根據(jù)邊界條件，巖溶發(fā)育規(guī)律，以七渡河、屯堡河、清江之間形成的地表分水嶺所對應(yīng)的地下分水嶺為界，將隧址區(qū)劃分為一個水文地質(zhì)分區(qū)，發(fā)育五龍水暗河系統(tǒng)和砂鍋洞暗河系統(tǒng)(見圖1)，其中砂鍋洞暗河系統(tǒng)對隧道基本無影響，下面就五龍水暗河系統(tǒng)做簡要介紹。

3.3.1 暗河的補給、徑流、排泄特征

五龍水暗河系統(tǒng)無明顯的暗河入口，補給區(qū)主要為隧道北部的山地臺原區(qū)，臺原區(qū)地形地貌為饅頭山間巖溶槽谷，發(fā)育大量巖溶洼地、天坑、消水洞等，無地表河流，大氣降水入滲極快。暗河的補給方式以集中式的點狀補給為主，總的補給區(qū)面積約30 km2。

巖溶地下水的徑流，在不同巖溶發(fā)育帶具有不同特征。垂直滲流帶以溶蝕裂隙、溶縫、管道的縱向滲流、管流為主；季節(jié)變動帶以溶洞、管道及地下河紊流為主；水平徑流帶以管道、溶隙的層流為主；飽水緩流帶以溶隙、裂隙滲流為主。

五龍水暗河系統(tǒng)的總的排泄點為五龍水，最終排泄區(qū)為本區(qū)侵蝕基準面——清江(標高約600 m)。據(jù)調(diào)查，龍洞、七眼出均與五龍水暗河相通，為暗河內(nèi)部排泄點，水量隨降雨變化較大，一般在雨后3 h～4 h出現(xiàn)峰值，其中龍洞的水量可達20 萬m3/d。

3.3.2 暗河與隧道空間位置關(guān)系分析

4 巖溶地下水對隧道的影響評價

從前文分析可知，目前線路位于地下水的水平徑流帶中，施工過程中極有可能遭遇暗河主管道，加之地下水水頭高，易誘發(fā)突水突泥災(zāi)害，同時隧道修建形成新的排泄基準點，可造成地下水位下降，存在表水枯竭、巖溶地面塌陷等風險。

5 隧道位置方案選擇

目前線位方案存在較大的施工風險，應(yīng)從平面上和剖面上進行優(yōu)化。平面上線路應(yīng)盡量往南側(cè)暗河排泄方向偏移，避開暗河主管道；剖面上線路應(yīng)盡量抬高，降低隧道水頭，條件允許的情況下走行于地下水的垂直入滲帶中。

[1] 毛燁峰,伍 進.巖溶發(fā)育控制因素及發(fā)育規(guī)律淺析[J].西部探礦工程,2009(15):80-82.

[2] 鐵道部科學(xué)研究院西南分院.既有隧道環(huán)境地下水變化規(guī)律以及對環(huán)境生態(tài)平衡影響的評估[Z].1996.

[3] 中國科學(xué)院地質(zhì)研究所巖溶研究組.中國巖溶研究[M].北京：科學(xué)出版社，1979.

[4] TB 10049—2004，鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

On hydrogeological features of karst in some tunnel and its scheme selection

Tan Jiahua

(China Railway No.4 Survey and Design Institute Group Co., Ltd, Wuhan 430063, China)

According to the survey and study on the hydrogeological condition of some karst tunnel, the paper illustrates the hydrogeological features of the karst in tunnel areas from the karst development, water complementation of karst, runoff, hydrogeological unit of the karst, analyzes its influence on the tunnel, and points out the suggestions for the proper location of tunnels, so as to provide some reference for similar route selection for tunnels in karst.

tunnel, karst, underground water, route scheme

1009-6825(2017)08-0172-02

2017-01-10

譚家華(1985- )，男，碩士，工程師

U455.49

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