新疆天山勝利隧道水文地質條件研究

陳 鵬

(中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心青海總隊，青海 西寧 810000)

新疆自治區(qū)是新亞歐大陸橋的重要通道，也是逐步實現(xiàn)“一帶一路”倡議布局和振興“絲綢之路”的核心區(qū)，其交通樞紐的建設意義重大。新疆天山勝利隧道是G0711烏魯木齊至尉犁段高速公路建設中的重要組成部分，對該交通網(wǎng)的貫通影響較大。為順利推進該隧道的施工，本文對擬建區(qū)的水文地質條件進行了研究，為進一步制訂治理方案提供基礎依據(jù)。

1 區(qū)域地質概況

擬建區(qū)區(qū)域地質較為復雜，構造—巖漿活動較強烈，受區(qū)域斷層影響較為明顯，且兩側發(fā)育次級破碎帶及韌性剪切變形，導致斷裂破碎帶兩側的巖石節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，富水性較好，在施工開挖過程中容易引起坍塌、涌水、突泥現(xiàn)象。同時，擬建區(qū)褶皺構造也較發(fā)育，主要賦存于上古生界志留系和泥盆系地層中，褶皺總體走向與構造跡線基本一致，呈北西西—南東東向展布。核部地層擠壓變形強烈，線路區(qū)表層被第四系坡積物覆蓋，構造形跡不明顯。本段線路以隧道的形式通過，受北西西—南東東向背斜的影響，核部巖體較破碎，推測背斜節(jié)理密集帶中賦水。

隧道擬建區(qū)出露地質體(見圖1)主要包括：① 第四系全新統(tǒng)以卵石、碎石和含粉土碎石等為主，主要分布在隧道進口附近沖溝及溝谷兩側表層；② 上泥盆統(tǒng)天格爾組凝灰質砂巖[1]，是擬建區(qū)主要的地質單元，受斷裂及皺褶影響較大，巖石整體較破碎；③ 志留系阿河布拉克組石英片巖，巖石具片狀構造[2]，節(jié)理發(fā)育，巖石破碎；④ 華力西期花崗閃長巖，主要分布在隧道洞身段地表，節(jié)理發(fā)育，巖石破碎；⑤ 華力西期花崗石，分布范圍較廣，節(jié)理發(fā)育，巖石破碎。其中，華力西期花崗巖和花崗閃長巖向深部逐漸節(jié)理裂隙減少，巖石逐漸完整。

圖1 研究區(qū)地質簡圖1—第四系；2—上泥盆統(tǒng)天格爾組中風化凝灰質砂巖；3—上泥盆統(tǒng)天格爾組強風化凝灰質砂巖；4—志留系阿河布拉克組強風化石英片巖；5—志留系阿河布拉克組中風化石英片巖；6—志留系阿河布拉克組弱風化石英片巖；7—華力西期花崗閃長巖；8—華力西期花崗巖；9—地質界線；10—斷裂破碎帶；11—隧道位置

2 水文地質條件

2.1 水文地質單元

根據(jù)擬建區(qū)地形地貌及地質構造條件，沿山嶺高處及構造線方向將地下水劃分出地下水分水嶺，再結合地下含水巖組類型、補徑排條件等，將擬建區(qū)劃分為3個水文地質單元，編號分別為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。3個水文地質單元的地下水主要接受大氣降水和高山雪融水入滲補給。

(1)Ⅰ號水文地質單元。區(qū)域內地形切割強烈，地形坡度大，多形成陡崖，基巖大面積裸露。大氣降水及冰雪融水順坡面向地勢低洼處運移，集于溪溝，地下水多沿風化節(jié)理裂隙、構造線方向往東西兩側的溪溝徑流、排泄，最終匯入烏魯木齊河，排泄基準面為烏魯木齊河。由于區(qū)內斷層、褶皺發(fā)育和花崗閃長巖體的侵入，巖體破碎程度不具均一性，導致隧道穿越各段的賦水程度存在差異，地下水分布和富集的規(guī)律性相對較差，故該區(qū)水文地質條件較復雜。

(2)Ⅱ號水文地質單元。區(qū)域內地形坡度大，大氣降水及高山雪融水順坡面向地勢低洼處運移，集于溪溝，地下水多沿風化節(jié)理裂隙、巖體侵入接觸面往南北兩側的溪溝進行徑流、排泄，最終匯入阿拉希公京溝。由于該區(qū)巖體破碎程度不具均一性，導致隧道穿越各段巖體賦水程度存在差異，地下水分布和富集的規(guī)律性相對較差，故該區(qū)水文地質條件較復雜。

(3)Ⅲ號水文地質單元。區(qū)域內地形坡度大，大氣降水及高山雪融水順坡面向地勢低洼處運移，集于溪溝，地下水多沿風化節(jié)理裂隙、構造線方向及巖體侵入接觸面往南北兩側的溪溝進行徑流、排泄，最終匯入烏拉斯臺河。由于該區(qū)巖體破碎程度不具均一性，導致隧道穿越各段巖體賦水程度存在差異，地下水分布和富集的規(guī)律性相對較差，故該區(qū)水文地質條件較復雜。

2.2 地下水類型及埋藏條件

擬建區(qū)地下水類型根據(jù)出露的地層巖性、地質構造等特征，結合含水介質中不同裂隙類型等，可分為松散巖類孔隙水、基巖風化裂隙水、構造裂隙水。其中，松散巖類孔隙水主要賦存于溝谷兩側冰水堆積、崩坡積松散層中；基巖風化裂隙水主要賦存于巖體表層風化帶中；構造裂隙水主要賦存于斷層、構造節(jié)理或裂隙、巖體侵入接觸帶中。

(1)松散巖類孔隙水：主要為多年凍土區(qū)凍結層上水。分布于薩爾薩依溝、欽達旺薩依溝、新達坂溝、阿拉希公京溝及烏斯托溝溝谷及兩側臺地，含水層的巖性主要為第四系沖積、洪積、崩坡積、冰水堆積成因的卵石、礫石和碎石。在不同地貌單元和同一地貌單元的不同部位地下水埋深和含水層的厚度差異較大，離河流越遠，水位埋深越大。根據(jù)水文地質調繪和鉆探資料，隧址區(qū)覆蓋層厚度一般為3.0～30.0 m，凍融區(qū)普遍較松散。

孔隙水主要接受大氣降水補給和高山雪融水補給，在溝谷淺埋帶地下水與地表水聯(lián)系密切，互相補給。覆蓋層中的地下水一般順巖面下流，在坡腳或者覆蓋層被切割的地段多以散流的形式排泄，局部以下降泉的形式集中排泄。在平緩的地段降水及雪融水易滲入，但在坡面較陡的地段，降水及雪融水大部分以面流的形式向下排泄，對地下水補給較弱。地下水位隨氣候的變化較明顯：在冬季，地層凍結，水體以固態(tài)形式存在于地層中，成為相對隔水層；在夏季，地層中的季節(jié)性凍土融化，地下水以液態(tài)形式存在。在雨季，地表水富集于地表，難以排出場地，形成凍土沼澤。

(2)基巖風化裂隙水：主要賦存于志留系、泥盆系的變質巖系風化網(wǎng)狀、脈狀裂隙以及華力西期侵入巖的塊狀裂隙中，隧址區(qū)分布較廣。主要依靠大氣降水及高山雪融水通過風化節(jié)理裂隙、巖石層面垂直入滲補給，其水量大小常與補給范圍大小、巖石性質、風化裂隙發(fā)育程度等有關。在山區(qū)，風化裂隙因地形切割強烈，徑流、排泄條件好，不利于地下水的聚積和儲存，水量不是很大。隧址區(qū)不同巖性、不同位置巖體風化程度差異較大，據(jù)鉆孔巖芯反映，石英片巖強風化層厚度為4.20～15.30 m，巖體破碎，風化裂隙發(fā)育，為地下水的運移提供了良好的條件，但儲水條件較差。中等風化巖體相對較完整，在鉆探過程中沖洗液滲漏量很少，部分孔段基本不滲水，巖芯較破碎，說明節(jié)理較密閉，其透水性較弱，裂隙中賦存少量地下水。該類地下水具有埋藏淺、含水層厚度不大、透水性隨深度增加而減弱等特點，常為裂隙潛水。

(3)構造裂隙水：可根據(jù)賦存介質的差異將其分為斷層破碎帶內的裂隙水、褶皺裂隙密集帶內的裂隙水和巖體侵入接觸破碎帶內的裂隙水三大類。

斷層破碎帶內的裂隙水：主要受斷層構造作用控制，具有呈帶狀分布的特點；主要接受大氣降水、高山雪融水入滲補給和基巖風化裂隙水的補給，局部段接受沖溝溪水的補給。斷層破碎帶內的地下水循環(huán)相對獨立，隧道開挖后，會使原有的補給排泄循環(huán)系統(tǒng)破壞，施工過程中可能會發(fā)生涌水、突泥、坍塌等現(xiàn)象，施工前應做好防護措施。

褶皺裂隙密集帶內的裂隙水：主要受褶皺類型、褶皺規(guī)模大小、裂隙發(fā)育程度及兩翼產狀等條件控制，背斜核部巖石揉皺強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育密集，為地下水的補給和徑流提供了有利條件，推測背斜節(jié)理密集帶中可能賦水。根據(jù)物探解譯成果可知，在擬建區(qū)向斜北翼處為低電阻率，推測北翼節(jié)理密集帶可能賦水。

巖體侵入接觸破碎帶內的裂隙水：主要賦存于花崗閃長巖侵入凝灰質砂巖接觸破碎帶和花崗巖侵入石英片巖接觸破碎帶中。該部位巖石相對破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，為接觸帶地下水的富集提供了有利空間。該類裂隙水主要接受大氣降水、高原雪融水和基巖風化裂隙水的補給，補給范圍小，補給條件相對較差，圍巖富水程度弱—中等。

2.3 地下水的補給、徑流、排泄條件

擬建區(qū)地下水主要靠大氣降水、高山雪融水和地表溪溝水補給，且屬地下水補給區(qū)。其補給程度除受降水的強度、持續(xù)時間、融雪水量及地形地貌、地質構造、地表節(jié)理裂隙發(fā)育程度的控制外，還與含水層出露面積及淺層風化裂隙發(fā)育程度等因素密切相關。此外，區(qū)內基巖大面積出露，地表風化節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，為地下水的補給和賦存提供了有利條件，直接造就含水層出露面積較大，為大氣降水、雪融水的入滲補給創(chuàng)造了有利條件。

由于隧址區(qū)山體地勢較為陡峻，地形坡度大，加之侵蝕基準面低，故有利于地下水的徑流和排泄。各類地下水在接受補給后，經短距離運移，一部分在地形低洼處以散流或者泉的形式排泄于溝谷或地表，另一部分沿裂隙帶繼續(xù)向斜坡下部徑流，最終排泄至溪溝內。

總之，隧址區(qū)地下水類型較復雜，巖體富水性及滲透性差異較大，含水層的富水性弱—中等，透水性不高，地下水的補給主要受季節(jié)控制，徑流和排泄條件較好，隧道開挖至斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等部位時有集中涌水可能。

2.4 地下水動態(tài)變化

隧址區(qū)內地下水動態(tài)變化主要受水文、氣象等因素影響，動態(tài)類型為氣候型。擬建區(qū)每年4—5月份積雪開始融化，6—8月份氣溫上升，雷雨天氣增多。當發(fā)生降雨、降雪時，落到地面上的雨水、融雪水一部分沿著坡面向溝谷匯集，一部分耗于大氣蒸發(fā)。剩下的雨水全部入滲到松散堆積層及風化節(jié)理裂隙中，首先進入非飽和帶，其中一部分停留在此(最終耗于蒸發(fā))，一部分進入飽和帶，形成地下徑流，地下水位較高。每年10月到次年3月份山區(qū)主要以降雪為主，天氣寒冷，降雪難以融化，堆積于坡面及坡腳處，表層凍結，地下水位下降。

3 結語

綜上所述，擬建區(qū)具有相對獨立的三個水文地質單元，各水文地質單元之間存在一定的差異，表現(xiàn)出地下水類型具多樣性，不同類型地下水的補給、徑流、排泄位置、方向等均不一致，具有獨立的水文地質系統(tǒng)，水文地質條件較復雜。擬建區(qū)地下水類型主要為松散巖類孔隙水、基巖風化裂隙水和構造裂隙水，地下水主要接受大氣降水、高山雪融水和沖溝溪水的補給，補給條件受氣候的控制較為明顯。