湯郎—易門深大活動(dòng)斷裂對(duì)成昆鐵路秀寧隧道水文地質(zhì)條件的影響評(píng)價(jià)

盧 婷，王 鷹，丁文富

（1.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川成都 611756；2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031）

1 工程概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)情況

秀寧隧道是成昆鐵路廣通至昆明段最長(zhǎng)的隧道，為雙線單洞大跨隧道，全長(zhǎng)13 187 m。采用“進(jìn)口平導(dǎo)+洞身三斜井”的輔助坑道方案施工［1］。隧址區(qū)位于南嶺東西向構(gòu)造和川滇南北向構(gòu)造以及云南山字形構(gòu)造的中間地帶，構(gòu)造形跡為SN 走向，以湯郎—易門斷層為東部邊界，見圖1［2］。此外，隧道橫穿一系列褶皺和以湯郎—易門斷層為代表的多條區(qū)域性大斷裂，斷裂帶兩側(cè)地層產(chǎn)狀紊亂。斷裂帶的南段靠近隧址區(qū)，從吳家村大橋通過。

圖1 秀寧隧道區(qū)域位置

1.2 水文地質(zhì)情況

隧址區(qū)地下水主要為巖溶水和裂隙水。斷裂及褶皺發(fā)育，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，為地下水補(bǔ)給、徑流和排泄提供了良好的條件［3］。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，將隧址區(qū)劃分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ共3個(gè)水文地質(zhì)單元，見圖2。

圖2 隧址區(qū)水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/p>

1.3 巖溶情況

隧址區(qū)主要分布的可溶巖為前震旦系昆陽(yáng)群綠汁江組（Pt1lz）白云巖夾板巖和前震旦系昆陽(yáng)群落雪組（Pt1l）灰?guī)r［4］。綠汁江組白云巖夾板巖主要分布于東山河斷層—大龍?zhí)稊鄬右詵|山腰處，呈近SN 向條帶狀分布。由于沿該條帶狀山體沒有明顯高差，而自東往西地勢(shì)降低，故接受附近山體補(bǔ)給后地下水主要由東往隧道進(jìn)口端徑流。而該區(qū)域內(nèi)所出露的泉點(diǎn)主要分布在東山河斷層、上菁斷層以及大龍?zhí)稊鄬訋?，其排泄受斷層控制的特征比較明顯。

落雪組灰?guī)r在地表也呈SN 向條帶狀分布，分別位于大梨樹—擺衣甸以及丁家村—中村—上村—和尚地。大梨樹—擺衣甸山體自北向南緩慢降低，地下水主要徑流方向與地形較為一致。在大梨樹南面連汪箐發(fā)現(xiàn)的溶洞其主洞沿S10°E方向分布。擺衣甸發(fā)現(xiàn)泉點(diǎn)，在大梨樹—擺衣甸一線可能存在地下巖溶管道。丁家村—中村—上村—和尚地一線為寬大槽谷地形，自北向南地形明顯降低。沿落雪組灰?guī)r與因民組板巖接觸帶發(fā)現(xiàn)AL1，AL2，AL3共3 個(gè)泉點(diǎn)。據(jù)訪問在高寨七賢村斷層帶附近也有較小流量的泉水浸出。在和尚地山腰有溶洞往北面排泄地下水。槽谷內(nèi)因民組板巖由于受到附近斷層的影響巖體破碎，成為較富水區(qū)域。總之，在丁家村—中村—上村—和尚地巖溶條帶中地下水自北向南徑流并且在巖性接觸帶排泄。

1.4 涌水量

通過地下水動(dòng)力學(xué)法［5］及降水入滲系數(shù)法［6］對(duì)隧道涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算。本著安全和寧大勿小的原則，得出隧道正常涌水量為64 000 m3/d，雨季最大涌水量為130 000 m3/d。

2 斷裂活動(dòng)對(duì)地下水的影響分析

秀寧隧道所處的湯郎—易門斷裂帶走向近SN向，沿?cái)嗔褞蓚?cè)地層產(chǎn)狀紊亂，部分地帶巖層直立或倒轉(zhuǎn)（見圖3），另有1組高角度沖斷層縱列其間［7-8］。斷裂構(gòu)造往往控制著隧洞洞室的穩(wěn)定性。隧址區(qū)巖體受構(gòu)造影響嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，進(jìn)而影響到地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄。在斷裂附近地下水跳躍波動(dòng)，或多個(gè)含水層中的地下水交融，或發(fā)生間斷阻隔滯留［9］。

圖3 秀寧隧道縱斷面

本區(qū)構(gòu)造對(duì)地下水的影響主要體現(xiàn)在以下2方面：

1）斷層及構(gòu)造裂隙本身作為導(dǎo)水通道

斷層是各構(gòu)造區(qū)間巖溶水連通的主要途徑［10］。其中：東山河斷層、大龍?zhí)稊鄬雍透哒哔t村2#斷層是隧址區(qū)內(nèi)巖溶水相互聯(lián)系的主要斷層；可里郎—寨腳倒轉(zhuǎn)背斜和高寨七賢村1#斷層是構(gòu)造區(qū)穿越非可溶巖地段巖溶水相互聯(lián)系的主要通道。除斷層外，其他規(guī)模較小的構(gòu)造裂隙和可溶巖與非可溶巖接觸帶在一定范圍內(nèi)也是巖溶水相互聯(lián)系的重要通道。此外，地層在褶皺過程中往往出現(xiàn)一系列的導(dǎo)水空間，如褶皺核部出現(xiàn)滑脫的部位，層間破碎帶、張性節(jié)理等派生斷裂。這些導(dǎo)水裂隙在隧址區(qū)普遍發(fā)育。

2）可溶巖地層錯(cuò)移對(duì)地下水的影響

隧址區(qū)斷層和褶皺使同一可溶巖地層錯(cuò)移，或使不同可溶巖段巖溶水得以貫通。

3 隧道巖溶涌突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

3.1 隧道涌突水危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)隧址區(qū)巖溶發(fā)育特征，將隧道涌突水危險(xiǎn)性分為低危險(xiǎn)（Ⅰ）、較危險(xiǎn)（Ⅱ）、中危險(xiǎn)（Ⅲ）、高危險(xiǎn)（Ⅳ）、極危險(xiǎn)（Ⅴ）共5 個(gè)等級(jí)。滿分設(shè)為100 分，各等級(jí)對(duì)應(yīng)的分值分別為＜15，15～35（不含），35～55（不含），55～75，＞75［11］。分值越高，危險(xiǎn)程度越高。

Probabilistic Model for Swaying at Key Positions on Container Ship

將巖石的可溶性、地質(zhì)構(gòu)造、地形及地表匯流條件、地下水的化學(xué)特征、隧道埋深與地下水位的關(guān)系共5 個(gè)影響因素確定為評(píng)價(jià)該隧道涌突水危險(xiǎn)性的指標(biāo)。

考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，巖溶隧道涌突水危險(xiǎn)性指數(shù)為

式中：THK為巖溶隧道涌突水危險(xiǎn)性指數(shù)，其值越大，隧道越易突水；λi，Ki分別為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和評(píng)分。

本次研究假設(shè)各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)隧道涌突水的貢獻(xiàn)是相同的，即λi恒等于1。

5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分別見表1—表5。

表1 巖石可溶性的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表2 地質(zhì)構(gòu)造的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表3 地形及地表匯流條件的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表4 地下水化學(xué)特征的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表5 隧道埋深與地下水位關(guān)系的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

3.2 隧道涌突水危險(xiǎn)性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)預(yù)測(cè)涌水量和THK確定隧道涌突水危險(xiǎn)性等級(jí)，見表6。

表6 隧道涌突水危險(xiǎn)性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 隧道總體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)秀寧隧道沿線經(jīng)過的巖層和構(gòu)造條件，將隧道DK993+160 至出口段劃分為27 個(gè)小段，其中包括11個(gè)斷裂帶。根據(jù)表6確定各斷裂帶及隧道總體的危險(xiǎn)性，見表7。

表7 秀寧隧道涌突水危險(xiǎn)性統(tǒng)計(jì)

秀寧隧道主要處于地下水水平徑流帶中，地下水豐富，水文地質(zhì)條件較差。地下水分布不均，因而隧道施工中會(huì)出現(xiàn)涌水量大且集中的現(xiàn)象。斷層破碎帶、向斜軸部、可溶巖地帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶是隧道涌突水的關(guān)鍵區(qū)域，須作好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和應(yīng)對(duì)措施。此外，地表分布有井泉點(diǎn)、龍?zhí)逗铀?、水?kù)等，隧道施工會(huì)引起區(qū)域地下水位下降，進(jìn)而影響到地下水環(huán)境、當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)和生活。

4 結(jié)論與建議

1）通過地下水動(dòng)力學(xué)法及降水入滲系數(shù)法，求得秀寧隧道正常涌水量為64 000 m3/d，雨季最大涌水量為130 000 m3/d。

2）根據(jù)秀寧隧道經(jīng)過的巖層和構(gòu)造條件，將隧道DK993+160至出口段劃分為27個(gè)小段。其中：20段有高危險(xiǎn)性，長(zhǎng)7 470 m，占隧道全線的74%；6 段有中危險(xiǎn)性，長(zhǎng)4 720 m，占隧道全線的22%；1 段有低危險(xiǎn)性，長(zhǎng)1 050 m，占隧道全線的4%。

3）隧道勘察時(shí)應(yīng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)和分析斷裂對(duì)地下水運(yùn)移過程的影響及危害，充分了解地下水賦存及運(yùn)移特征，從工程施工角度分析地下水水位變化對(duì)隧道產(chǎn)生的危害，以及地下水動(dòng)壓力引起的流涌、管涌等問題，并提出相應(yīng)的防治措施。