地質(zhì)選線案例分析

楊世福

（中鐵二院地勘巖土工程設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610031）

0.引言

上韶隧道、大方山隧道位于廣西環(huán)江毛南縣水源鎮(zhèn)境內(nèi)，進(jìn)口位于下南鄉(xiāng)，出口位于水源鎮(zhèn)。上韶隧道中心里程為D1K253+427.50，全長(zhǎng)3324m，最大埋深約470m，單面坡。大方山隧道中心里程D1K260+095，全長(zhǎng)9647m，最大埋深約375m，為雙線單洞隧道，設(shè)計(jì)為“人”字坡，隧道設(shè)置1個(gè)泄水洞，1個(gè)平導(dǎo)。上韶隧道+上韶大橋+大方山隧道方案原方案為下南隧道，全長(zhǎng)11950m，勘察過程中地質(zhì)專業(yè)對(duì)測(cè)區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)做了大量調(diào)查、勘探及分析工作，經(jīng)多次會(huì)商后提出線路平面、標(biāo)高需進(jìn)行調(diào)整。線路標(biāo)高抬升使一隧變?yōu)槎硪粯?。在施工過程中多次遇到暗河、溶潭，但未出現(xiàn)較大的突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)，很大程度上避免了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，贏得各方好評(píng)。

1.自然地理概況

1.1 氣象

隧區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫18.86℃～20.38℃，7月最高，平均氣溫27℃～28℃，元月最冷，平均氣溫8.6℃～10.6℃左右，多年極端最高氣溫38.5℃，最低氣溫-3.2℃，無霜期長(zhǎng)達(dá)300d～340d。

根據(jù)河池氣象站降雨資料統(tǒng)計(jì)，多年（1955—2014年）平均降水量為1475.2mm，每年5～8月為降水量高峰期，占全年降水量的50%左右，年均每月達(dá)210.6mm～287.7mm（見圖1）。雨季平均長(zhǎng)160.9d，5～8月各月降水日數(shù)最多為17d～22d，日降水量≥25mm為17.95d/a，≥5mm為5.25d/a，24h最大降水量242.4mm，連續(xù)降雨量最大為2d 374.9mm。

圖1 河池氣象站1955—2014年月均降雨量分布圖

1.2 水文

隧區(qū)位于打狗河流域和環(huán)江流域分水嶺地帶，分水嶺東北側(cè)地表水主要通過溪溝匯入古賓河（大環(huán)江支流）及大環(huán)江，分水嶺西南側(cè)地表水、地下水主要通過暗河徑流匯入遠(yuǎn)處的打狗河及龍江；下南至水源隧道區(qū)水文概圖如圖2所示。隧道附近無大的自然河流，僅有一些自然的或經(jīng)人工修砌的溪溝。上韶隧道進(jìn)口端附近D1K251+350左側(cè)500m為南川水庫(kù)。

圖2 下南-水源隧道區(qū)水文概圖

2.主要地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性

2.1 里臘向斜

軸部位于大方山隧道D1K259+800m附近，該褶皺與線路相交角約76°，經(jīng)干峒門-里臘-布峒一帶，走向N30°E，長(zhǎng)約36 km，寬約13km，呈短軸分枝狀，軸部地層為石炭系中統(tǒng)（C2）可溶巖，兩翼為石炭系下統(tǒng)大塘階（C1d1+2）、巖關(guān)階（C1y）非可溶巖。（注：向斜NW翼為上韶隧道進(jìn)口，石炭系下統(tǒng)（C1y）、（C1d1+2）非可溶巖與石炭系中統(tǒng)（C2）可溶巖地層接觸，向斜NE翼為大方山隧道出口，石炭系中統(tǒng)（C2）可溶巖與石炭系下統(tǒng)（C1y）非可溶巖接觸。）向斜兩翼巖層傾角較緩，為一緩傾斜向斜，向斜SE翼代表產(chǎn)狀N—S/ 18°W，向斜NW翼產(chǎn)狀N87°W/18°SW?？扇軒r段地下暗河、天窗、泉點(diǎn)極為發(fā)育，受兩翼非可溶巖控制，向斜呈儲(chǔ)水“盆狀”構(gòu)造，地下水對(duì)隧道影響極大。向斜構(gòu)造及巖性分布見地質(zhì)剖面圖（圖3）。

圖3 地質(zhì)剖面圖

2.2 地層巖性

上韶隧道進(jìn)口、大方山隧道出口（向斜兩翼）：地層巖性為石炭系下統(tǒng)大塘階（C1d1+2）灰?guī)r、頁(yè)巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖及砂巖，巖關(guān)階（C1y）頁(yè)巖夾砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖。隧道洞身（向斜部）：地層巖性為石炭系中統(tǒng)（C2）灰?guī)r、白云巖。

3.水文地質(zhì)

3.1 巖溶洼地調(diào)查

據(jù)陳國(guó)亮[1]巖溶地貌及演化形式[2]，隧區(qū)位于貴州高原與桂中平原過渡帶[3]，屬巖溶化山地[4]，為構(gòu)造巖溶峰叢洼地地貌，山峰簇立，基座大部相連，基巖裸露。地形起伏大，相對(duì)高差大；峰叢、洼地相嵌，洼地多呈多邊形、橢圓形、長(zhǎng)條形等；在隧道兩側(cè)2km范圍，統(tǒng)計(jì)洼地總計(jì)52個(gè)，平均1.04個(gè)/km2，主要發(fā)育于石炭系中統(tǒng)（C2）白云巖及灰?guī)r中，洼地底部高程在460m～805m，一般在450m～650m，占88.5%，洼地及洼地標(biāo)高、個(gè)數(shù)分布見圖4和圖5。

圖4 下南-水源隧道2km范圍內(nèi)洼地分布圖（紅線為隧道最低和最高高程）

圖5 隧道區(qū)典型洼地

3.2 巖溶水

隧道洞身含水巖組為石炭系中統(tǒng)（C2）灰?guī)r、白云巖，屬于巖溶溶隙-管道水。由于地表洼地、落水洞、溶洞、消水洞發(fā)育，推測(cè)隧區(qū)巖溶中等—強(qiáng)烈發(fā)育，巖溶水豐富，但其具不均一性，分布無規(guī)律性。在向斜核部附近和節(jié)理密集發(fā)育帶由于巖體破碎，為地下水的富集提供了良好的徑流空間，巖溶水更加豐富。

對(duì)隧區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)排水點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)查，其出露特征統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 暗河、泉點(diǎn)調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

主要暗河進(jìn)出口標(biāo)高分布在450m～505m，泉點(diǎn)出露標(biāo)高分布在449m～500m。

3.3 水文地質(zhì)特征

3.3.1 補(bǔ)給

大氣降雨是隧區(qū)地下水唯一補(bǔ)給來源，主要集中在5～8月份。地貌上主要灰?guī)r構(gòu)成的峰叢洼，局部地段形成開口或半開口的峰叢谷地，洼地、落水洞十分發(fā)育，大氣降雨通過這些地表巖溶形態(tài)垂直滲入補(bǔ)給地下。在峰叢洼地區(qū)，除了蒸發(fā)量（主要為陸面蒸發(fā)）以外，降雨量幾乎全部補(bǔ)給地下水，具有分散點(diǎn)狀灌入式補(bǔ)給特征，降雨入滲補(bǔ)給強(qiáng)度較大。在峰叢谷地區(qū)，枯水季節(jié)，降雨大多直接滲入地下補(bǔ)給地下水，而在豐水季節(jié)，谷地中則經(jīng)常有地表溪流存在，在地表徑流運(yùn)動(dòng)過程中逐漸滲入地下，或者通過伏流形式轉(zhuǎn)入地下補(bǔ)給地下水。

3.3.2 徑流排泄

上韶隧道—大方山隧道右區(qū)為上忙地下河系統(tǒng)的東北部源頭地區(qū)，地貌上為峰叢谷地，地下水流以裂隙-管道流為主，主要是自北東（線路左側(cè)）向南西（線路右側(cè)）方向徑流運(yùn)動(dòng)，然后以地表徑流+伏流的形式從下南鎮(zhèn)下旦地區(qū)匯入上忙地下河，在打狗河左岸排泄，打狗河為區(qū)域內(nèi)的排泄基準(zhǔn)面（標(biāo)高約240m）。

大方山隧道左區(qū)東北部的里臘—下灘地區(qū)，構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的地下河系統(tǒng)—下灘地下河系統(tǒng)，以裂隙-管道流為主，地下水流方向?yàn)樽员毕蚰希谙聻┪鞅辈砍隽饔诘乇?，為地表小河的源頭，向東徑流進(jìn)入東部分散流系統(tǒng)中。地下河為一小型單管狀地下河，長(zhǎng)4km，出口標(biāo)高450m，枯期流量17.2L/s，雨季常見流量36.7L/s。

測(cè)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，巖性是控制地下水的發(fā)育內(nèi)在因素，具體如下：

上韶隧道位于里臘向斜NW翼，受進(jìn)口非可溶巖控制，地下水不能向小里程方向（下南洼地）排泄，受阻于接觸帶向大里程方向返流，后經(jīng)右側(cè)槽谷向右側(cè)排泄，當(dāng)洼槽中積水較高時(shí)才向小里程端洼地漫流。上韶隧道出口及右側(cè)的溝槽（上納至上丟溝槽）內(nèi)洼地標(biāo)高485m～510m，為徑流區(qū)內(nèi)一高位排泄面，溝槽內(nèi)有多處溶潭、泉點(diǎn)出露，地下水出露后通過地表溝渠徑流及伏流的形式朝線路右側(cè)的下任洼地方向排泄，之后轉(zhuǎn)入地下最終匯入打狗河（標(biāo)高約240m）。

大方山隧道位于里臘向斜NE翼受出口非可溶巖控制，地下水不能向大里程方向（水源洼地）排泄，受阻于接觸帶向小里程方向返流，線路右側(cè)為打狗河排泄區(qū)，地下水總體由小里程向大里程從左側(cè)向右側(cè)排泄。

綜上所述分析，上韶隧道、大方山隧道位于巖溶水徑流補(bǔ)給區(qū)，小里程端（上韶隧道進(jìn)口）及大里程端（大方山隧道出口）受非可溶巖控制，右側(cè)為打狗河排泄區(qū)，總體從小里程向大里程，從左側(cè)向右側(cè)方向排泄。

4.選線建議

經(jīng)大面積區(qū)域地質(zhì)繪及勘探揭示：標(biāo)高在433m以上為石炭系中統(tǒng)（C2）灰?guī)r、白云巖，屬含水層，地表溶洞、暗河、天窗極為發(fā)育；標(biāo)高433m以下為石炭系下統(tǒng)大唐階（C1d1+2）頁(yè)巖、砂巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖，屬弱含水層，相對(duì)隔水層。暗河出口標(biāo)高在450m～505m，多數(shù)分布在468m標(biāo)高。

建議線位標(biāo)高進(jìn)出口非可溶巖段控制在430 m左右，向斜中部可溶巖段控制在510m以上最佳。線路平面建議垂直里臘向斜軸沿E-W地勢(shì)較高的山脊通過，盡量避開或少穿大型洼地及水平循環(huán)帶。

5.方案調(diào)整對(duì)照表

依據(jù)地質(zhì)專業(yè)提供的地下水位標(biāo)高及含水層情況，上韶隧道單面坡25%上，大方山隧道采用“人”字坡，進(jìn)口標(biāo)高424.44m，比最初方案375.3m抬高49.14m，出口標(biāo)高380.16m，比最初方案347.42m抬高32.74m；坡率亦相應(yīng)調(diào)整（見表2）；進(jìn)口設(shè)泄水洞，出口設(shè)橫通道兼排水功能。

表2 方案調(diào)整對(duì)照表

6.施工揭示情況

（1）上韶隧道涌水段主要集中在DK254+666～+630m、DK254+246～+234m及DK254+090～+030m段，連續(xù)大雨或暴雨后，左右兩側(cè)邊墻中下部多處均有股流狀出水點(diǎn)，DK254+090～+030m左側(cè)出水點(diǎn)具有一定的承壓性，最大涌水量約13375m3/h。未揭示溶洞及暗河。

（2）大方山隧道施工中共揭示溶洞26個(gè)，其中：暗河天窗5處，突水涌泥4次，施工中主要暗河水面高程與內(nèi)軌面高程見表3。

表3 施工中主要暗河水面高程與內(nèi)軌面高程表

7.結(jié)語

西南地區(qū)可溶巖選線中對(duì)地下暗河、洼地、出水點(diǎn)標(biāo)高調(diào)查，地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄區(qū)找分，判識(shí)巖溶水垂直循環(huán)帶、季節(jié)變動(dòng)帶、水平循環(huán)帶，提出合理化建議，對(duì)穩(wěn)定線路方案至關(guān)重要。在鐵路建設(shè)中，方案比選、投資控制、風(fēng)險(xiǎn)控制等方面，地質(zhì)選線越來越引起人們的高度重視。