白楊坪暗河發(fā)育特征及其對(duì)宜萬(wàn)鐵路工程的影響

洪 平

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

0 引言

白楊坪暗河位于長(zhǎng)巴河北側(cè)的長(zhǎng)巴河—淹水壩—白楊坪—周家灣一線(圖1)。線路之東岳宮隧道、南場(chǎng)隧道、南場(chǎng)中橋、白楊坪隧道、倒吊子1#—5#大橋等都位于該暗河附近，特別是DK192+900—DK196+800段線路平行且位于暗河上方，暗河對(duì)工程影響較大。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

測(cè)區(qū)位于鄂西南中山區(qū)，山脈走向以北東向?yàn)橹?，氣候溫和多雨。形成以?峰)叢洼地、落水洞為主的地貌景觀。

區(qū)內(nèi)出露地層主要為:三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)碳酸鹽巖，三疊系中統(tǒng)巴東組(T2b)泥巖、泥質(zhì)砂巖，巖層產(chǎn)狀85°～157°∠25°～35°，T2b組成白楊坪向斜核部，T1j組成翼部。巴東組碎屑巖為區(qū)域阻水層，嘉陵江組可溶巖巖質(zhì)純，在水的作用下巖溶異常發(fā)育，落水洞、巖溶洼地沿巖層走向發(fā)育，白楊坪暗河發(fā)育在巴東組碎屑巖與嘉陵江組可溶巖的交界部位(見(jiàn)圖1)。

2 白楊坪暗河發(fā)育特征

2．1 地貌對(duì)巖溶的控制作用

地形條件控制區(qū)內(nèi)巖溶水輸入方式和地下水勢(shì)能，影響巖溶發(fā)育。周家灣臺(tái)原區(qū)處于尚未解體之高原面上，巖溶洼地、落水洞密布，地表徑流差區(qū)大氣降水就地補(bǔ)給，垂向巖溶強(qiáng)，巖溶發(fā)育非均一性強(qiáng);白楊坪溶蝕封閉洼地區(qū)、林河—淹水壩溶蝕槽谷區(qū)大氣降水成面狀和線狀補(bǔ)給地下水，巖溶發(fā)育以單斜巖溶管道為主。暗河無(wú)明顯入口，出口標(biāo)高為472．76 m。

2．2 地層巖性對(duì)巖溶的控制作用

白楊坪地區(qū)T2b碎屑巖為區(qū)域阻水層、T1j碳酸鹽巖為強(qiáng)溶蝕地層，其兩者接觸處常是巖溶水富集地區(qū)和巖溶地下水強(qiáng)烈活動(dòng)場(chǎng)所，也是強(qiáng)巖溶發(fā)育地帶，這些為白楊坪暗河發(fā)育提供了極好的條件。

2．3 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖溶的控制作用

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使碳酸鹽巖體發(fā)生破裂形成裂隙，這是巖溶作用得以進(jìn)行的先決條件。裂隙不斷溶蝕，形成形態(tài)各異的落水洞、溶蝕洼地，寬緩向斜有利于巖溶水富集和巖溶發(fā)育。

2．4 巖溶水的補(bǔ)徑排條件

周家灣臺(tái)原區(qū)為碳酸鹽巖溶蝕丘陵臺(tái)地，臺(tái)原內(nèi)落水洞、溶蝕洼地散布其間，成為降雨集中滲漏地和暗河源頭補(bǔ)給區(qū)，匯水面積約4 km2。

暗河中段補(bǔ)給、徑流區(qū)為白楊坪溶蝕封閉洼地區(qū)，該溶蝕封閉洼地位于碎屑巖與碳酸鹽巖交界處，即暗河發(fā)育位置。封閉洼地總匯水面積約13．8 km2。降雨沿兩側(cè)山地、斜坡滲流匯入洼地低地、漏斗，或地表徑流直接注入洼地中的漏斗，再匯入地下暗河。

林河—淹水壩溶蝕槽谷區(qū)為白楊坪暗河下游補(bǔ)給、徑流區(qū)，通過(guò)該區(qū)向長(zhǎng)巴河排泄。槽谷低地由帶狀洼地和帶狀漏斗組成，是匯水集中入滲地帶，也是暗河所在位置。該區(qū)匯水面積約10．8 km2。

總之，地貌、巖性、構(gòu)造等為白楊坪暗河的發(fā)育創(chuàng)造了條件:提供了補(bǔ)給源(總匯水面積28．6 km2)、聚集匯水和暗河徑流活動(dòng)的場(chǎng)所及暗河排泄去處，使白楊坪暗河具備暗河的完全特征［1］。

圖1 白楊坪地區(qū)暗河平面示意圖Fig.1 Schematic plan of underground river of Baiyangping1．三疊系中統(tǒng)巴東組;2．三疊系下統(tǒng)嘉陵江組;3．暗河(上為進(jìn)口，下為出口);4．巖層產(chǎn)狀;5．巖溶洼地。

3 巖溶對(duì)宜萬(wàn)鐵路工程的影響分析

宜萬(wàn)鐵路東岳宮隧道出口—水田壩隧道進(jìn)口間的線路平行白楊坪暗河并展布于暗河上方的帶狀洼地中，受其影響的工點(diǎn)有東岳宮隧道、南場(chǎng)隧道、南場(chǎng)中橋、白楊坪隧道、倒吊子 1#、2#、3#、4#大橋。

3．1 巖溶對(duì)鐵路工程的影響分析

3．1．1 巖溶對(duì)橋梁工程的影響分析

(1)暗河水位標(biāo)高以上的強(qiáng)巖溶化巖體為極不均勻的松散結(jié)構(gòu)體，勘探數(shù)量、深度及勘探資料對(duì)強(qiáng)巖溶化巖體物質(zhì)組成、強(qiáng)度等的分析評(píng)價(jià)影響橋基類型的選擇。

(2)強(qiáng)巖溶化巖體發(fā)育深度受暗河水位和暗河底標(biāo)高控制，該深度范圍內(nèi)溶蝕巖體，其溶蝕殘留土、溶蝕殘留巖體(塊)分布不均勻和各向異性，影響持力層的選擇;“強(qiáng)巖溶化巖體”中的“殘留巖體(塊)”分布不完整、不均勻，若選此“殘留巖塊”作持力層時(shí)，需特別慎重，勘探數(shù)量和深度應(yīng)充分考慮其復(fù)雜變化的特性，確保其作為持力層應(yīng)有的足夠的安全寬度和厚度，若勘探控制不嚴(yán)、稍有不慎，造成誤判將留下隱患。

如倒吊子1#大橋宜昌臺(tái):定測(cè)時(shí)(施工圖)情況見(jiàn)表1。施工過(guò)程中出現(xiàn)的變化見(jiàn)表2。

從表中反映的情況說(shuō)明:①?gòu)?qiáng)巖溶化巖體發(fā)育較深，＞70 m，標(biāo)高可達(dá)563．65～549．55 m。②因?yàn)榭碧近c(diǎn)數(shù)量、深度不夠，對(duì)強(qiáng)巖溶化巖體中的“殘留巖體”控制不嚴(yán)密，誤選作持力層，造成實(shí)際情況與設(shè)計(jì)不符，設(shè)計(jì)變更。

3．1．2 巖溶對(duì)隧道工程的影響分析

(1)各隧道均位于表層松散層或強(qiáng)巖溶化巖體中。強(qiáng)巖溶化巖體因溶蝕而解體，除保留部分極不均勻殘留巖塊外，多成溶蝕土、溶蝕碎石(塊)土，呈松散結(jié)構(gòu);該強(qiáng)巖溶化巖體深入隧道路肩以下相當(dāng)深度:南場(chǎng)隧道路肩以下50～57 m，白楊坪隧道路肩以下58～60 m。

①?gòu)?qiáng)巖溶化巖體呈松散結(jié)構(gòu)，圍壓大、來(lái)壓快，易變形、塌方，淺埋地段易冒頂。一旦塌方、冒頂，將增加處理難度。②隧道底部因該強(qiáng)巖溶化巖體松散、工程特性復(fù)雜、強(qiáng)度較低且不均勻，隧道基礎(chǔ)、支護(hù)結(jié)構(gòu)需加強(qiáng)處理。

(2)南場(chǎng)隧道、白楊坪隧道洞身皆穿越具一定匯水面積的封閉漏斗洼地(表3)，降雨形成的地表徑流和匯聚的地下水集中注入和滲入漏斗→經(jīng)過(guò)隧道→再匯入深部暗河。入滲水的浸泡和滲流活動(dòng)將改變強(qiáng)巖溶化松散巖體的物理力學(xué)特性，降低其強(qiáng)度，引起隧道周邊圍巖受力條件改變，圍壓驟增，導(dǎo)致大變形、大塌方(施工頻繁發(fā)生坍方，如南場(chǎng)隧道DK193+558—+572于2007年8月9日發(fā)生突發(fā)性冒頂坍方，地面形成14 m(縱長(zhǎng))×12m(橫寬)×10m(深)陷坑);上述滲流活動(dòng)過(guò)程即使隧道建成后仍將長(zhǎng)期存在，處理不當(dāng)將留下隱患。

表1 吊子1#大橋宜昌臺(tái)施工圖樁基情況表Table 1 Table of pile foundation of Yichangtai working drawing

表2 吊子1#大橋宜昌臺(tái)施工變更表Table 2 Change table of Yichangtai work

表3 南場(chǎng)隧道、白楊坪隧道涌水量預(yù)測(cè)表Table 3 Forecasted statement of outflow in tunnel

4 結(jié)論

白楊坪暗河對(duì)宜萬(wàn)鐵路工程影響較大，強(qiáng)巖溶化巖體的復(fù)雜性、不均勻性的特性，初期認(rèn)識(shí)欠充分;對(duì)已施工的橋梁需引起高度重視和反思，仍值得重新慎重核查，以消除后患。隧道開(kāi)展動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，及時(shí)針對(duì)隧道施工超前預(yù)報(bào)資料，結(jié)合有關(guān)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)修正設(shè)計(jì)，變更施工方案。

［1］ 顧湘生，劉坡拉．鐵路巖溶工程地質(zhì)勘察技術(shù)［M］．武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2012．