黔張常鐵路武陵山隧道巖溶發(fā)育特征及分布規(guī)律分析

韋舉高

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西西安710043)

黔張常鐵路武陵山隧道巖溶發(fā)育特征及分布規(guī)律分析

韋舉高

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西西安710043)

在碳酸鹽巖地區(qū)修建鐵路，巖溶是主要的工程地質(zhì)問題。本文通過地表地質(zhì)調(diào)查、物探及鉆探對黔張常鐵路武陵山隧道的巖溶分布進行研究，闡述了測區(qū)巖溶的位置、范圍、深度和形態(tài)特征，并從巖性、構(gòu)造、地貌等方面分析了巖溶發(fā)育特征及分布規(guī)律，對測區(qū)巖溶發(fā)育強度進行分級，對巖溶空間分布與隧道的關(guān)系和巖溶地基穩(wěn)定性作出初步評價，為工程設(shè)置安全性和線路方案合理性評價提供可靠依據(jù)。

隧道 巖溶 發(fā)育特征 分布規(guī)律

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

測區(qū)地貌上屬武陵山可溶巖低山臺地、溶丘洼地，構(gòu)造體系主要隸屬華夏和新華夏構(gòu)造體系一級構(gòu)造第三隆起帶南段，大地構(gòu)造單元上隸屬揚子準地臺，二級構(gòu)造單元屬江南臺背斜。

武陵山隧道地處沅古坪向斜北西翼，該向斜軸向北東，為一區(qū)域性大褶皺，長約100 km。向斜核部巖性為奧陶系下統(tǒng)鍋塘組白云石化灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚～厚層。翼部巖性為寒武系上統(tǒng)追屯組泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾厚層角礫狀灰?guī)r，粒狀結(jié)構(gòu)，中厚～厚層，局部薄層;震旦系上統(tǒng)陡山沱組白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖夾頁巖，粒狀結(jié)構(gòu)，薄層～中厚層。測區(qū)巖層傾向北西，傾角一般為20°～40°，主要節(jié)理產(chǎn)狀為N28°～34°W/55°～81°N。

測區(qū)海拔一般420～580 m，最高峰海拔約670 m。地形起伏較大，山巒疊嶂，植被茂密。隧道地處沅江水系，洞身分布有眾多“V”字形侵蝕溝谷，多呈北東向展布，溝谷常年流水。測區(qū)以侵蝕、溶蝕地貌為主，溶蝕地貌主要為溶蝕洼地，洼地內(nèi)發(fā)育有漏斗、落水洞等。

測區(qū)無區(qū)域性斷裂及大斷層通過。奧陶系下統(tǒng)鍋塘組白云石化灰?guī)r裂隙較發(fā)育，整體性一般，寒武系上統(tǒng)追屯組泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾厚層角礫狀灰?guī)r節(jié)理較發(fā)育～發(fā)育，整體性較差。

1.2 水文地質(zhì)條件

測區(qū)年平均降水量1437.2 mm，隧道進口為萬家河，流量約(3～5)萬m3/d，出口為文童溪，流量約(4～6)萬m3/d，均為常年流水。萬家河、文童溪為隧址區(qū)地下水的最低排泄基準面。洞身溝谷發(fā)育，溝水雨季流量較大。

根據(jù)地下水埋藏深度及含水介質(zhì)特征，將測區(qū)地下水分為深層巖溶水、淺層基巖裂隙水以及第四系孔隙水3類。深層巖溶水賦存于碳酸鹽巖底部的溶隙、溶洞內(nèi)，富水性強;淺層基巖裂隙水賦存于碳酸鹽巖中上部的裂隙內(nèi)，富水性中等;第四系孔隙水賦存于測區(qū)淺表部第四系松散層內(nèi)，富水性中等。

2 測區(qū)巖溶形態(tài)特征

測區(qū)主要發(fā)育溶蝕裂隙、溶槽(溝)、落水洞、漏斗、溶洞、溶蝕洼地、溶蝕槽谷等，其分布見圖1。

2.1 溶蝕裂隙、溶槽(溝)

溶溝、溶槽在地表廣泛分布，以寒武系上統(tǒng)灰?guī)r中最發(fā)育，兩者縱橫交錯，多沿縱張裂隙和橫張裂隙發(fā)育，局部沿層面發(fā)育，一般為裂隙溶蝕加寬形成。測區(qū)溶蝕裂隙、溶槽(溝)走向一般為N60°～80°E和N40°～60°W，多被黏性土充填。

2.2 落水洞、漏斗

落水洞和漏斗為測區(qū)最典型、最發(fā)育的巖溶形態(tài)，主要發(fā)育在山頂平臺、緩坡、巖溶洼地和槽谷地帶，呈串珠狀分布，多呈垂直狀或陡傾角狀向地下深處延伸，洞口形狀一般呈圓形、橢圓形或矩形，圓形洞口直徑2～20 m，矩形洞口長2～5 m，寬0.2～2 m，可見深度一般大于10 m。具體分布及特征見表1。

圖1 測區(qū)巖溶分布

表1 測區(qū)巖溶點統(tǒng)計

2.3溶洞

地表溶洞規(guī)模較小，多呈水平或略傾斜延伸，大部分有水，為暗河出口，延伸方向多為SW，洞口高程一般在430～460 m。

2.4 巖溶洼地和槽谷

巖溶洼地和槽谷分布在高程410～490 m，530～620 m的山頂平臺區(qū)，洼地平面上多呈不規(guī)則的橢圓形，長軸方向與地層走向基本一致，長軸直徑500～ 900 m，短軸直徑多在40～100 m，洼地上部多覆蓋黏性土，多數(shù)洼地邊緣和底部發(fā)育有落水洞。

2.5 暗河、巖溶管道

測區(qū)主要發(fā)育有大田村暗河、沈家姥1號、2號、3號及劉家姥巖溶管道。暗河是由巖石溶蝕、坍塌以及水的搬運形成，一般位于飽水帶。巖溶管道及暗河是地下水的臨時通道或固定通道。地下暗河、巖溶管道統(tǒng)計見表2。

表2 測區(qū)地下暗河、巖溶管道統(tǒng)計

3 巖溶發(fā)育特征及分布規(guī)律分析

3.1 巖溶發(fā)育特征

1)強度不均一

測區(qū)巖溶主要受巖性控制，發(fā)育強度極不均一，地段性差異很大。DK235+720—DK237+090及DK238 +090—DK239+060段出露震旦系上統(tǒng)陡山沱組白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖夾頁巖，本段巖溶發(fā)育較弱，落水洞、漏斗、溶洞等巖溶形態(tài)少見。DK239+060—DK243+ 530段出露寒武系上統(tǒng)追屯組泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾厚層角礫狀灰?guī)r及奧陶系下統(tǒng)鍋塘組白云石化灰?guī)r，本段巖溶發(fā)育強烈，落水洞、漏斗、溶洞等巖溶形態(tài)多見。

2)具有較明顯的分帶性

場區(qū)不同高程巖溶發(fā)育特征不同，其中高程550 m以上以垂直發(fā)育的巖溶形態(tài)為主，主要巖溶形態(tài)有溶蝕裂隙、溶槽(溝)、溶洞、落水洞、漏斗;高程400～550 m之間水平與垂向發(fā)育的巖溶形態(tài)兼而有之，其中以垂向發(fā)育的巖溶形態(tài)為主，在山間洼地、山頂平臺、緩坡常見溶蝕裂隙、溶槽(溝)、漏斗、落水洞，而在斜坡和谷地坡腳一帶見有少量的近水平溶洞(或地下水出露點)，規(guī)模較小;高程400 m以下則以水平發(fā)育的巖溶形態(tài)為主，河谷兩岸、槽谷兩側(cè)常見有地下水點，如大田村暗河出口高程365 m，漆樹灣暗河出口高程330 m。

根據(jù)測區(qū)巖溶發(fā)育特點，可將該區(qū)巖溶劃分為以下兩個帶:

①垂直滲流帶。此帶為包氣帶主體，位于地表以下、豐水期潛水面以上。巖溶以垂直發(fā)育的巖溶形態(tài)為主。地下水以垂直運動為主，溶蝕通道間連通性差。調(diào)查資料顯示，在高程550 m以上出露的水點均為表層巖溶水，隨季節(jié)變化大，一般干旱一個月左右斷流。在高程450～550 m之間垂直發(fā)育的部分巖溶出水點隨季節(jié)變化大，但不斷流，其中沈家姥2號巖溶管道流量達14.59 L/s，此標(biāo)高為區(qū)內(nèi)第一排泄面，表明頂部巖溶臺地中垂直滲流帶的厚度在100 m左右。

②水平徑流帶。此帶為飽水帶主體，包括地下水位季節(jié)變化變動帶。它的上限是豐水期的潛水面或地下河的最高水位，下限一般為枯水期潛水面，該帶在區(qū)內(nèi)發(fā)育高程在450 m以下，常年有水向局部基準面排泄。如大田村暗河向萬家河排泄。隧址區(qū)巖溶水最低排泄點高程320 m，推測高程300～450 m為水平徑流帶。

3.2 巖溶發(fā)育分布規(guī)律分析

測區(qū)巖溶發(fā)育分布規(guī)律主要受巖性、構(gòu)造、地貌控制。

1)巖性

測區(qū)巖溶在寒武系上統(tǒng)追屯組泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾厚層角礫狀灰?guī)r中最為發(fā)育，在奧陶系下統(tǒng)鍋塘組白云石化灰?guī)r中次之。

2)構(gòu)造

測區(qū)巖溶發(fā)育受褶皺控制極其明顯。測區(qū)處于沅古坪向斜西北翼，受向斜構(gòu)造影響，形成典型的溶蝕洼地。測區(qū)內(nèi)巖帶呈條帶狀分布，走向NE向，巖溶地貌和巖溶形態(tài)的發(fā)育方向也為NE向，沈家姥巖溶洼地、劉家姥及沈家姥1號、3號巖溶管道形態(tài)縱向上均依附褶皺構(gòu)造呈帶狀分布，橫向上從隧道進口至出口高程呈臺階狀分布。

3)地貌

地貌是控制巖溶發(fā)育的重要因素，山頂平臺巖溶發(fā)育程度明顯高于斜坡地帶。山頂平臺有利于大氣降雨的匯集和入滲，而斜坡地帶的降雨多形成地表徑流，順坡流向沖溝和洼地，造成不同地貌單元之間巖溶發(fā)育程度差異較大。

4 結(jié)論

根據(jù)《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》巖溶強度分級標(biāo)準，本隧道巖溶發(fā)育強度為強烈發(fā)育，結(jié)合其巖溶發(fā)育特征及分布規(guī)律，推斷該隧道中巖溶空間分布與隧道的關(guān)系如下:

1)大田村暗河與隧道相交，相交點暗河推測高程為450 m，對應(yīng)路肩高程為462 m，相交點暗河位于線路下部，該暗河對隧道影響大。

2)劉家姥巖溶管道進口有多個，以落水洞形式分布在線路兩側(cè)洼地邊緣或地層陡緩交界處，進口高程540～580 m，出口高程490 m。該巖溶管道與隧道相交，相交點巖溶管道推測高程為510 m，對應(yīng)路肩高程為421 m，該巖溶管道對隧道有一定影響。

3)沈家姥1號、2號巖溶管道雖未與隧道相交，但巖溶管道具有向下、多層發(fā)育的特點，且?guī)r溶管道與地表洼地相連通，對這兩條巖溶管道也應(yīng)引起足夠重視。

［1］中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.新建鐵路黔江至張家界至常德線初測前加深地質(zhì)及深化方案地質(zhì)專題研究報告［R］.西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2009.

［2］中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.黔張常鐵路巖溶特殊地質(zhì)區(qū)綜合選線技術(shù)研究階段報告［R］.西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2012.

［3］中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.黔張常鐵路巖溶發(fā)育規(guī)律及地質(zhì)選線研究報告［R］.西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2015.

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［5］羅騎龍，王云生，廖崇高，等.貴州某機場巖溶發(fā)育規(guī)律及控制因素分析［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護，2011，22(1):41-45.

［6］王茂靖.北盤江大橋峽谷岸坡巖溶形態(tài)特征及發(fā)育規(guī)律［J］.鐵道工程，2004(4):27-30.

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［8］譚周地.構(gòu)造對巖溶的控制意義［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版)，1978(2):43-47.

［9］中華人民共和國鐵道部.TB 10027—2012鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2012.

［10］鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

(責(zé)任審編葛全紅)

P642.254

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.18

1003-1995(2015)05-0068-04

2014-07-24;

2015-03-20

韋舉高(1981—)，男，廣西東蘭人，工程師。