黔中水利樞紐工程總干渠玻利隧洞施工對玻利大泉群影響分析

王銀軍

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州貴陽550002)

1 概況

黔中水利樞紐工程位于貴州省中部，由水源工程、輸配水工程和城市供水工程組成，是貴州省第一個大(1)型水利樞紐工程。該工程2010年開工建設，至2016年建成通水。

玻利隧洞位于總干渠樁號K35+882.0～K43+895.0段，總長約8.0 km。隧洞為無壓城門洞型，斷面尺寸為4.0 m×4.6 m。玻利大泉群位于玻利隧洞中部玻利槽谷底部，樁號K39+350～39+450段隧洞附近。泉群出露高程1294 m左右，比玻利隧洞底板高程(約1281 m)高13 m左右，隧洞穿越泉群補給區(qū)。

玻利槽谷為貴州巖溶山區(qū)典型的溶蝕槽谷，谷底平緩，土地肥沃，多為稻田。槽谷坡腳居住有上寨、中寨和下寨等村寨，共36戶176人。玻利泉群形成的溪流在谷底蜿蜒流淌，水質清澈，滋養(yǎng)著世世代代居住在此的村民。

2 工程區(qū)基本地質條件

2.1 地形地貌

工程區(qū)地處云貴高原中西部，長江與珠江流域分水嶺地帶。山嶺、溝谷展布與構造線基本一致，其走向多為東南向。地貌多為峰叢洼地或峰叢槽谷。

2.2 地層巖性

出露地層為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組(T1yn)、三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)、二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)、棲霞組(P1q)、石炭系上統(tǒng)馬平組(C3mp)、石炭系中統(tǒng)黃龍組(C2hn)、石炭系下統(tǒng)擺佐組(C1b)、泥盆系上統(tǒng)代化組(D3d)碳酸鹽巖，局部夾少量碎屑巖或不純碳酸鹽巖；二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)、二疊系下統(tǒng)梁山組(P1L)、石炭系下統(tǒng)大塘組(C1d)、石炭系下統(tǒng)巖關組(C1y)、泥盆系上統(tǒng)桑郎組(D3s)、泥盆系中統(tǒng)火烘組(D2h)碎屑巖，局部夾少量碳酸鹽巖(見圖1)。

2.3 地質構造

工程區(qū)內及附近發(fā)育F6、F7、F8及F21斷裂，走向多為NE向，部分為SN向，地層走向為NE向。與玻利大泉群密切相關的斷層為F7和不明斷層f；F7斷裂發(fā)育于店子上、落龍寨、巖上及玻利槽谷一帶，總體走向東西向，為張性斷裂，其破碎帶寬5 m～15 m，斷距大于50 m；f斷層發(fā)育于龍井水庫、玻利槽谷一帶，總體走向為近東西向，與F7基本平行，該斷層性質不明，破碎帶寬1 m左右，斷距0.5 m左右。巖層走向與構造線基本一致，為NE向，受斷裂影響，巖層傾角較陡(見圖1)。

2.4 巖溶、水文地質條件

2.4.1 巖溶發(fā)育情況

工程區(qū)巖性主要以碳酸鹽巖及碎屑巖為主。在碳酸鹽巖分布區(qū)地貌主要為峰叢槽谷、峰叢洼地，發(fā)育規(guī)模較大的溶蝕槽谷主要有玻利槽谷、波奉槽谷及唐家槽谷，槽谷分別長2.5 km、2.7 km、2.3 km。除此之外，還發(fā)育規(guī)模較小的峰叢槽谷及峰叢洼地。在槽谷、洼地底部多發(fā)育洼地和落水洞。

同時，工程區(qū)發(fā)育巖溶系統(tǒng)共5個，分別為落水洞巖溶系統(tǒng)、大窯巖溶系統(tǒng)、龍井水庫巖溶系統(tǒng)、玻利巖溶系統(tǒng)和洞口巖溶系統(tǒng)。同時，這些巖溶系統(tǒng)也是伏流、巖溶大泉通道，發(fā)育情況見表1。

表1 工程區(qū)發(fā)育巖溶系統(tǒng)統(tǒng)計表

2.4.2 巖溶巖組劃分、地下類型及富水性

根據巖溶系統(tǒng)(巖溶大泉)、洼地、落水洞等的發(fā)育強度，將區(qū)內地層巖性劃分為強巖溶巖組、中等巖溶巖組、弱巖溶巖組及非可溶巖組等。其中，T1yn、P1m、P1q、C3mp、C2hn、C1b及D3d等地層巖性為灰?guī)r、白云質灰?guī)r等較純碳酸鹽巖，分布區(qū)巖溶強烈發(fā)育，屬強巖溶巖組。T1y地層巖性為碳酸鹽巖與碎屑巖相間分布，巖溶發(fā)育相對較弱，屬中等巖溶巖組。P2l、C1y及D3s等地層巖性為不純碳酸鹽巖或為碎屑巖夾碳酸鹽巖，分布區(qū)巖溶弱發(fā)育，屬弱巖溶巖組。P1L、C1d及D2h等地層巖性為碎屑巖，巖溶不發(fā)育，屬非可溶巖組。每種巖溶巖組含不同類型地下水，強巖溶巖組主要含溶洞水，富水性強；中等巖溶巖組主要含巖溶管道水，富水性中等至強；弱巖溶巖組主要為含巖溶裂隙水、基巖裂隙水，富水性弱；非可溶巖組主要為基巖裂隙水，富水性弱(各含水巖組分布情況見圖1)。

2.4.3 區(qū)內地下水的補、徑、排條件及水文地質單元劃分

1)區(qū)內地下水補、徑、排條件

區(qū)內地下水主要接受降雨補給，通過落水洞、豎井、溶縫、溶隙及裂隙等入滲地下，補給地下水；然后經溶洞、巖溶管道等向洼地、槽谷、河谷等低洼處徑流，排泄于洼地、槽谷及河谷底部或岸坡下部。區(qū)內相對最低排泄基準面主要有四個，分別為大窯小河、觀音塘小河、玻利小河及洞口小河，附近地下水分別向這些排泄基準面排泄，最終排向區(qū)域的最低排泄基準面——三岔河。

2)區(qū)內水文地質單元劃分

據調查，玻利隧洞各部位所處的水文地質單元各有不同。其中，隧洞進口段屬于第一水文地質單元，地下水流向觀音巖小河；隧洞在巖上、巖下一帶屬第二水文地質單元，地下水流向大窯小河；隧洞在玻利槽谷、牛落洞一帶屬第三水文地質單元，地下水流向玻利小河；隧洞出口屬第四水文地質單元，地下水流向洞口小河。這些水文地質單元相對獨立，有各自的補給、徑流和排泄區(qū)，之間存在地下水分水嶺，彼此基本上無水力聯(lián)系(各水文地質單元分布情況見圖1)。

圖1 綜合地質圖

3 玻利大泉群發(fā)育情況

玻利大泉群為巖溶泉。據調查，該泉群發(fā)育于玻利隧洞中部、樁號K39+350～39+450附近，玻利槽谷底部。大泉主要接受降雨補給，然后通過巖溶裂隙、落水洞等滲入地下，進入地下巖溶管道或溶洞內，向玻利大泉群(S100、S101和S102巖溶大泉群)排泄，枯季流量約為18 L/s，暴雨時流量可達2 m3/s～3 m3/s(見圖2)。

圖2 玻利大泉群S102泉情況

泉群補給區(qū)位于馬路、牛落洞一帶，面積約3.5 km2。區(qū)內分布地層為P1l、P1m、P1q、C3mp、C2hn、C1b及D3d等，巖性主要為碳酸鹽巖，局部夾少量碎屑巖；補給區(qū)外圍正南向分布P2l非可溶巖隔水層，東、西兩側非可溶巖隔水層零星分布，北面無隔水層分布，但分布低海拔的玻利槽谷，是泉群排泄區(qū)。補給區(qū)內洼地、落水洞及溶隙等較發(fā)育，沿巖層走向呈串珠狀分布。因此，推測泉群巖溶系統(tǒng)發(fā)育方向亦與巖層走向基本一致，長約2.5 km，總體走向為NE向；進口落水洞高程約為1400 m，出口高程約1294 m，平均比降約為5.5%左右。

據開挖揭露，泉群補給區(qū)范圍、玻利隧洞樁號總干39+936.0～39+952.0段發(fā)育大型溶洞，溶洞沿隧洞軸線長約34 m，兩側壁可見深度15 m～20 m，可見高度為30 m～40 m；總干40+516.0～40+525.0段發(fā)育寬約2 m，斜穿隧洞的溶洞，可見高度約20 m，溶洞內可見砂卵石，粒徑為1 cm～10 cm，右側有水滲出，流量約為0.5 L/s。除發(fā)育這些大規(guī)模溶洞外，還發(fā)育眾多小規(guī)模溶洞、溶縫及溶隙等(見圖3)。從開挖揭露的情況看，隧洞底板之下仍有溶洞、巖溶管道等發(fā)育，被砂卵石充填，巖溶發(fā)育深。

圖3 隧洞開挖揭露地下溶洞發(fā)育情況

4 隧洞開挖對玻利泉群的影響分析

據調查，第一水文地質單元的排泄點高程低于玻利隧洞底板高程；玻利隧洞與第二、第四水文地質單元僅在東側斜交，且分布巖性為碎屑巖隔水層。因此，玻利隧洞開挖對第一、二、四水文地質單元的影響小。玻利隧洞橫穿第三水文地質單元，且該單元分布的巖性主要為可溶碳酸鹽巖，隧洞開挖改變了該單元地下水的補、徑、排條件，產生的影響大。

玻利泉群屬第三水文地質單元。泉群出露高程1294 m左右，比玻利隧洞底板(高程約1281 m)高13 m左右。玻利隧洞從泉群補給區(qū)穿過，隧洞開挖中遇大量的溶洞、巖溶管道、溶縫及溶隙等，巖溶系統(tǒng)錯綜復雜，其發(fā)育深入隧洞底板之下，隧洞開挖破壞了原地下水徑流通道，改變了地下水徑流路徑。在隧洞開挖時遇2次較大規(guī)模涌泥和1次較大規(guī)模涌水，之后地下水徑流通道變得更為通暢。隧洞開挖后泉群補給區(qū)內的地下水均向隧洞內排泄(見圖4)。

圖4 溶洞內地下水向隧洞內排泄

玻利隧洞開挖時分段施工，共設2個施工支洞，1#施工支洞布置于玻利槽谷附近，其工作面基本位于玻利大泉群補給區(qū)范圍。隧洞未貫通時地下水均由1#支洞抽排出，然后進入玻利小河?？菁緯r施工排水量約80 L/s；雨季時(尤其長降暴雨)地下水最大流量可達3.0 m3/s左右，施工期正常的抽排能力不能應付這種極端情況，地下水淹沒整個工作面，然后從1#施工支洞自流排泄(見圖5)。隧洞貫通后玻利泉群補給區(qū)內的地下水向隧洞內滲流，然后向下游隧洞出口自流排泄，大泉群枯竭，玻利小河斷流。

圖5 隧洞未貫通時洪水期施工支洞出水情況

玻利泉群及玻利小河是玻利槽谷內的唯一水源。玻利槽谷底部平緩，土地肥沃，多為稻田。槽谷坡腳居住有上寨、中寨和下寨等村寨，共36戶176人。玻利泉群枯竭、玻利小河斷流嚴重影響居住在玻利槽谷內居民的生活、生產。

5 結語

玻利泉群為巖溶泉，受玻利隧洞施工影響而干枯的情形在貴州巖溶山區(qū)較常見。貴州雖然降雨豐富，但由于碳酸鹽巖廣泛分布，降雨通過巖溶洼地、落水洞、漏斗、豎井、溶蝕裂隙等快速入深地下，常造成地表巖溶性缺水問題。水對于居住在巖溶地區(qū)的人來說尤為重要，如工程施工中造成巖溶泉水枯竭而不采取措施補救，將引發(fā)嚴重的社會問題。因此，分析研究玻利泉群受隧洞開挖影響，以便今后同類工程引以為鑒，在施工前做好應對方案，避免引發(fā)社會問題，真正做到水利工程為人民。