桐梓特長隧道水文地質(zhì)條件分析及涌水量預(yù)測

劉朝躍，石天文，周 松

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 引 言

桐梓隧道是蘭海高速重慶至遵義段擴(kuò)容工程的重點(diǎn)工程，為雙向六車道高速公路隧道，全長10 497 m，最大埋深649 m，單向上坡，縱坡坡率1.75%，單洞建筑限界為17.65m×5 m，設(shè)計速度100 km/h；荷載等級為公路-Ⅰ級。隧道地處黔北高原北部大婁山脈延伸偏轉(zhuǎn)部位，山巒起伏，溝谷縱橫，區(qū)內(nèi)主要山脊走向基本保留了早期隆起雛形，地勢總體特征為中部高兩端低，最高點(diǎn)海拔1 729.9 m，最低點(diǎn)高程592.3 m。

2 區(qū)域地質(zhì)特征

隧址區(qū)復(fù)式褶皺及斷裂發(fā)育，斷裂有4條。隧道穿過的地層單元共17套、累計穿越不同巖性34次，其分布特征受構(gòu)造控制明顯，因復(fù)式褶皺及斷裂作用，分別在隧道進(jìn)口、洞身及出口段穿越了相同地層單元，巖性有灰?guī)r、泥巖、煤系地層等。場區(qū)碳酸鹽地段巖溶發(fā)育，在分水嶺地帶巖溶以洼地、落水洞為主；斜坡地帶洼地、落水洞加大；河谷及沿河地段為溶洞、地下河，從分水嶺至河谷明顯增強(qiáng)，如區(qū)內(nèi)的龍洞塘及馬打洞地下暗河；厚層灰?guī)r巖溶形態(tài)較大，地下洞穴發(fā)育，巖溶化程度高；陡傾褶皺中的碳酸鹽巖與碎屑巖呈條帶狀相間分布，巖溶多沿構(gòu)造線走向發(fā)育；巖溶發(fā)育程度隨深度增加而減弱，一般0～100 m巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，以洼地、落水洞為主；100～250 m發(fā)育中等，以溶隙為主；250 m以下發(fā)育較弱，主要為溶蝕孔洞。

3 水文地質(zhì)特征

隧址區(qū)地處綦江、赤水河及烏江水系分水嶺部位。大氣降水是場區(qū)地下水的主要補(bǔ)給源，補(bǔ)給方式為降水形成的片流、地表逕流通過裂隙、溶隙、落水洞等下滲補(bǔ)給。從全區(qū)情況看，地形較陡峻，降水滲入后，形成的水力坡度較大，雖然溶隙溶洞及管道曲折多變，但地下逕流普遍迅速；排泄區(qū)為谷地及河流，地下水大都沿巖層面分布。隧址區(qū)淺埋區(qū)地下水埋深小于50 m；深埋區(qū)下水埋深50～100 m，局部地段大于200 m。

區(qū)內(nèi)發(fā)育兩條暗河，其中龍洞塘暗河整體位于隧道區(qū)東側(cè)，管道全長13.5 km，尾部從隧道上側(cè)200 m處通過，隧道開挖存在襲奪暗河水體的風(fēng)險；龍洞塘地下暗河位于隧道區(qū)西側(cè)，全長2.8 km，暗河與隧道之間受泥巖層阻隔，對隧道影響小。

4 水文地質(zhì)單元分區(qū)

依據(jù)地表分水嶺及水文網(wǎng)所起的控制作用，將區(qū)內(nèi)分為3個水文地質(zhì)區(qū)7個亞區(qū)。

I1區(qū)：面積25.65 km2。含水巖組主要有P2q、P2m、T1m灰?guī)r及S1l、S1sh等粉砂巖，分別形成裂隙溶洞水、溶洞裂隙水和基巖裂隙水，以P2m最為突出，其洼地落水洞發(fā)育，補(bǔ)給范圍跨過分水嶺形成水量較大的龍洞塘地下河。受背斜控制，地下水沿背斜兩翼及傾伏端彎轉(zhuǎn)徑流，自南而北再轉(zhuǎn)向西順層排往松坎河。

I2區(qū)：面積17.75 km2。含水巖組為P3c、P3l、P2m、P2q灰?guī)r、泥巖等為巖溶裂隙溶洞水、溶洞裂隙水，以P2m為主，其洼地落水洞發(fā)育，有馬打洞地下暗河分布。地表分水嶺與地下分水嶺一致，地下水沿向斜軸部和兩翼由南往北排泄。

II1區(qū)：面積11.48 km2。含水巖組有P2q、P2m、T1m灰?guī)r及S1l、S1h、P3l、P3c、T1y泥質(zhì)粉砂質(zhì)，形成裂隙溶洞水、溶洞裂隙水和基巖裂隙水。受洼地落水洞影響，P2m地下水反向越過分水嶺進(jìn)入龍洞塘地下河，少部份向南運(yùn)移。除此，地下水總體順背斜軸和層面由北向南徑流。

II2區(qū)：面積4.42 km2。含水巖組以T1m、T1y、P3c、P3l、P2m、P2q、S1l等灰?guī)r、泥巖為主，為裂隙溶洞水、溶洞裂隙水和基巖裂隙水。向斜軸部較特殊，地層產(chǎn)出平緩，有走向斷層切割，T1m灰?guī)r頂托于淺表，下面為T1y泥巖，斷層淺部導(dǎo)水，下部泥質(zhì)含量重，溝通性差。區(qū)內(nèi)地下水以裂隙及部份斷裂為導(dǎo)水脈絡(luò)，一方面就近出露，另一方面排往外面桐梓河。

II3區(qū)：面積14.45 km2。含水巖組為T1m、T1y、P3c灰?guī)r、泥巖，主要為基巖裂隙水。地下水補(bǔ)給面有限，富水性差。

II4區(qū)：面積16.83 km2。含水層為ε2-3ls、O1t+h、O1m、O2b、O3j、O3w白云巖、灰?guī)r、泥巖，地下水較豐富。

III1區(qū)：面積約6.59 km2。含水巖組為T1y、P3c、P3l、P2m、P2q、S1l等灰?guī)r、泥巖，軸部有斷層穿切。地下水由南往北順層運(yùn)移，排往溝谷和河谷內(nèi)。

III2區(qū)：面積約3.02 km2。地下水主要為ε2-3ls、O1t+h、O2b，巖溶裂隙溶洞水、溶洞裂隙水，循壞交替較好。

5 隧道涌水量預(yù)測

區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖發(fā)育，裂隙溶洞、暗河系統(tǒng)等錯綜復(fù)雜，形成了復(fù)雜的地下水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。預(yù)測隧道涌水量時，用虛擬的等效介質(zhì)場近似代替復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)場，將隧道洞身視為處于一無水隔水底板，左右無限延伸的潛水含水層中。為較為準(zhǔn)確評價隧道涌水量，采用了多種方法：(1)大氣降雨入滲法，最大涌水量Qmax=194 592 m3/d；(2)地下徑流模數(shù)法，最大涌水量Qmax=119 119 m3/d；③地下水動力學(xué)法192 373 m3/d。結(jié)果顯示存在差異，考慮前兩者方法局限性，因此設(shè)計按照地下水動力學(xué)法計算結(jié)果作為隧道涌水預(yù)測值。

6 水文地質(zhì)問題預(yù)測

(1)涌水、突泥：隧道碳酸鹽巖占60%，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，存在豐富的地下水，隧道穿越時易造成突水、突泥；隧道出口側(cè)臨近團(tuán)圓煤礦上部采區(qū)，需重視預(yù)留巷道串通老窯積水問題；茅壩向斜軸部灰?guī)r，含水層疊置于隧道頂板以上，地下水賦存豐富，易形成承壓水，施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測和預(yù)報。

(2)地下水漏失及泉點(diǎn)干涸：隧道開挖將形成較大的集水廊道，勢必對隧址區(qū)水文地質(zhì)條件產(chǎn)生影響，改變原有的地下水徑流場。在影響范圍內(nèi)可能出現(xiàn)地下水水位降低、地表部分井、泉干枯等現(xiàn)象，隧道施工過程視涌水程度可采用堵排結(jié)合處治。

7 結(jié) 論

(1)隧址區(qū)可溶巖與非可溶巖交替出現(xiàn)，分布有多處富水構(gòu)造，可溶巖段巖溶強(qiáng)烈，工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件復(fù)雜。場區(qū)地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，隧道開挖揭露隱伏巖溶及富水帶產(chǎn)生大規(guī)模涌水、突泥的風(fēng)險高。

(2)隧址區(qū)依據(jù)地表分水嶺及水文網(wǎng)所起的控制作用，將區(qū)內(nèi)分為3個水文地質(zhì)區(qū)7個亞區(qū)。隧道預(yù)測最大涌水量為192 373 m3/d。黔北地區(qū)極端天氣頻發(fā)，隧道開挖涌水量大，易帶來涌水、突泥、地下水漏失及泉點(diǎn)干涸等水環(huán)境地質(zhì)問題，設(shè)計及施工可采用堵排結(jié)合的形式處治。