水熱活動(dòng)帶下的隧道熱害特征與成因分析

劉星辰,黃 鋒,陳樹汪,王安民,楊 冬

(1. 重慶交通大學(xué) 省部共建山區(qū)橋梁及隧道工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 400074; 2. 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院, 重慶 400074; 3. 云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,云南 昆明 650051)

0 引 言

我國幅員遼闊且地質(zhì)形貌復(fù)雜,受亞歐板塊與印度洋板塊運(yùn)動(dòng)影響,山嶺重丘主要分布于我國的西南地區(qū)[1-3]。造山運(yùn)動(dòng)不僅形成了節(jié)理構(gòu)造、斷層破碎帶、軟弱夾層等復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造,而且還以高地應(yīng)力、高地溫形式在深地巖層內(nèi)積蓄了大量能量[4-5]。隨著我國深地工程建設(shè)的開展,地?zé)岜尘跋碌母邷丨h(huán)境逐漸成為了地下工程建設(shè)中所面臨的主要挑戰(zhàn)之一[6]。學(xué)界對(duì)地?zé)岈F(xiàn)象的認(rèn)識(shí)及利用進(jìn)行了大量研究,并在地?zé)崽卣髋c成因分析方法上進(jìn)行了大量嘗試,大地?zé)岣谐上瘛崛瘜W(xué)分析、氫氧同位素檢測(cè)等研究方法及結(jié)論逐漸被行業(yè)認(rèn)可[7-10]。地?zé)釡厝菂^(qū)域地?zé)岈F(xiàn)象的顯著特征,其補(bǔ)給方式、熱交換路徑、水巖反應(yīng)機(jī)理均可作為揭示區(qū)域地?zé)岜尘凹俺梢虻闹匾罁?jù)。例如:袁偉等[11]以海螺溝溫泉區(qū)域?yàn)槔?通過分析其地質(zhì)構(gòu)造特征、水文地質(zhì)條件、地球化學(xué)現(xiàn)象,從水源、熱源、構(gòu)造等角度闡明了溫泉成因與熱交換通道;周春景等[12]基于溫泉分布及成因等因素,反向研究了區(qū)域地?zé)崽卣髋c巖漿活動(dòng)、地質(zhì)構(gòu)造、地震活動(dòng)及區(qū)域深部構(gòu)造的關(guān)系;胡政等[13-14]綜合考慮了隧道工程周邊的地質(zhì)構(gòu)造與溫泉水地球化學(xué)特征,利用氫氧同位素對(duì)隧道熱源與導(dǎo)熱通道進(jìn)行了預(yù)測(cè);王生仁等[15]通過地?zé)岜尘罢{(diào)研與鉆孔測(cè)溫方法,獲取了區(qū)域地?zé)岬臒釄?chǎng)分布和地溫梯度,優(yōu)化了隧道選線方案。

多數(shù)隧道熱害預(yù)測(cè)是以鉆孔測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)作為主要依據(jù),但深地工程及高巖溫隧道的埋深普遍較大,鉆孔難以滿足測(cè)溫要求且成本較高;基于水熱活動(dòng)背景與熱泉地球化學(xué)特征,利用地?zé)釡貥?biāo)對(duì)深埋隧道熱害分析則是一種可行的思路。筆者以云南騰沖境內(nèi)的騰越隧道為例,基于隧址區(qū)域內(nèi)的水熱活動(dòng)和熱泉地球化學(xué)特征,利用SiO2地溫溫標(biāo)預(yù)測(cè)了隧道巖壁溫度,為隧道熱害防治提供參考。

1 水熱活動(dòng)帶特征

1.1 構(gòu)造背景

研究區(qū)域位于保山與騰沖地塊之間,如圖1。板塊構(gòu)造歷史中,隨著潘基亞大陸裂解并與岡瓦納大陸匯聚,保山地塊與騰沖地塊之間的中特提斯洋消亡,兩地塊發(fā)生俯沖匯聚與碰撞后沿高黎貢山拼貼在一起,形成了怒江縫合帶,并在保山與騰沖地塊間形成了以瀘水-瑞麗大斷裂為界的瀘水-潞西微地塊。在騰沖塊體和高黎貢山帶中發(fā)育了多期新生代巖漿巖,而高黎貢山作為保山地塊與騰沖地塊之間的壓扭性構(gòu)造邊界,則形成了多條韌性剪切帶,并導(dǎo)致高黎貢山地區(qū)的巖石地層普遍發(fā)生動(dòng)力變質(zhì)和韌性變形。在晚新生代至第四紀(jì)期間,因印度板塊斜向俯沖到騰沖地塊之下的板片發(fā)生拆離,導(dǎo)致騰沖、保山地塊轉(zhuǎn)變?yōu)閺?扭構(gòu)造環(huán)境,區(qū)域內(nèi)廣泛發(fā)育多組活動(dòng)構(gòu)造,騰沖地塊發(fā)育了多期第四紀(jì)火山,巖漿熱成為了區(qū)域內(nèi)水熱系統(tǒng)主要熱源。

圖1 板塊構(gòu)造理論下研究區(qū)位置Fig. 1 Location of the study area under the theory of plate tectonics

考慮到騰越隧道位于保山褶皺帶與騰沖褶皺帶的碰撞匯聚帶-怒江縫合帶附近,巖層活動(dòng)斷裂及深大斷裂較發(fā)育,以怒江斷裂帶、瀘水-瑞麗斷裂帶、騰沖-梁河斷裂帶為主的南北向深大斷裂與次級(jí)斷裂組成了研究區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造基本骨架,如圖2。

圖2 研究區(qū)地形及地質(zhì)構(gòu)造Fig. 2 Topography and tectonics of the study area

騰越隧道橫穿高黎貢山,全長(zhǎng)10 330 m,縱坡2.2%,沿線最大理深為1 442.88 m,區(qū)域內(nèi)地勢(shì)北高南低,以侵蝕構(gòu)造地貌、溶蝕地貌、侵蝕堆積地貌為主。新構(gòu)造強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地殼隆升間歇性與空間差異性突出,新生代斷陷盆地因斷裂繼承性活動(dòng)頻繁而大量形成,同時(shí)形成了深厚松散堆積物并發(fā)生褶皺與斷裂,為區(qū)域內(nèi)水熱系統(tǒng)中熱泉形成提供了循環(huán)增溫通道,如圖3。

圖3 地殼隆升與斷裂形成過程Fig. 3 Process of crustal uplift and fault formation

1.2 水熱背景

當(dāng)具有一定規(guī)模并能積聚或運(yùn)移地下熱水的斷裂演變成導(dǎo)熱斷裂時(shí),其富水性取決于斷裂的形成時(shí)代、規(guī)模、力學(xué)性質(zhì)、補(bǔ)給源區(qū)與地表水體聯(lián)系程度及所處地形地貌特征等。研究區(qū)域內(nèi)的地表溫泉沿構(gòu)造帶分布,自東至西分布于怒江沿岸、高黎貢山東、西坡溝谷內(nèi)及龍川江沿岸,結(jié)合構(gòu)造背景將研究區(qū)域劃分為3條南北向構(gòu)造水熱活動(dòng)帶,如圖4。

圖4 水熱活動(dòng)構(gòu)造綱要Fig. 4 Outline of hydrothermal activity structure

怒江南北向構(gòu)造的水熱活動(dòng)帶在區(qū)域上屬于三江縱谷區(qū)西隅,區(qū)域內(nèi)為構(gòu)造侵蝕-溶蝕峽谷地形,構(gòu)造形態(tài)為一個(gè)被斷裂切錯(cuò)的復(fù)式向斜,溫泉主要出露于怒江沿岸沖溝和陡崖下的低洼處,受南北向?qū)釘嗔芽刂?高黎貢山南北向構(gòu)造水熱活動(dòng)帶在區(qū)域上屬高黎貢山-三臺(tái)山弧形構(gòu)造帶北段,由于該區(qū)域內(nèi)縱向構(gòu)造均呈近南北向展布且由變質(zhì)巖構(gòu)成的復(fù)式背斜組成,近南北向斷裂多為導(dǎo)熱斷裂系統(tǒng),沿?cái)嗔褞厝雎队谏介g溝谷地帶;龍川江南北向構(gòu)造水熱活動(dòng)帶在區(qū)域上屬騰沖-梁河弧形構(gòu)造帶北段,該區(qū)域縱向構(gòu)造均呈近南北向展布,區(qū)域內(nèi)僅有出露溫泉1處,分布于龍川江上游河谷岸坡崖壁之上。該區(qū)域內(nèi)3條南北向構(gòu)造水熱活動(dòng)帶的斷裂構(gòu)造背景、水熱活動(dòng)特征、導(dǎo)熱性如表1。

表1 水熱活動(dòng)帶特征Table 1 Characteristics of hydrothermal active zone

其差異性主要受地殼巖石類型與地質(zhì)構(gòu)造特征影響,在沉積巖地層中,水熱活動(dòng)會(huì)受到巖層中孔隙度和滲透性影響,地質(zhì)構(gòu)造類型、規(guī)模、深度及裂隙透水性則關(guān)系到水熱循環(huán)深度與徑流行程,進(jìn)而造成水熱活動(dòng)差異。結(jié)合圖4可知:隧道洞身處于高黎貢山南北向水熱活動(dòng)帶控制區(qū)域,區(qū)域構(gòu)造以密集節(jié)理帶為主,大致與斷裂構(gòu)造平行發(fā)育;地表出露溫泉的溫度與流量差異則與區(qū)域構(gòu)造深度與展布范圍有關(guān)。受深大構(gòu)造斷裂南北向展布特征、溫泉水補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)位置差異、區(qū)域地形地貌綜合影響,高黎貢山南北向構(gòu)造水熱活動(dòng)帶控制范圍內(nèi)溫泉溫度與流量大致呈由北向南水溫增高,流量增大的趨勢(shì)。

2 溫泉水地球化學(xué)特征

隧道沿線地表出露溫泉分布位置如圖5。該區(qū)域內(nèi)溫泉分布廣、數(shù)量多,沿南北向構(gòu)造帶呈“線狀”分布。

圖5 隧道沿線地表出露溫泉分布Fig. 5 Distribution of hot springs along the tunnel

表2 溫泉水化學(xué)分析Table 2 Chemical analysis of hot spring water

將水熱活動(dòng)帶控制范圍內(nèi)的9處溫泉水樣、6處地表水水樣與云南騰沖地區(qū)大氣降水水線(δD=8.62δ18O+18.31)所揭示的氫氧同位素線性關(guān)系進(jìn)行擬合對(duì)比,如圖6。由圖6可知:研究區(qū)域內(nèi)的溫泉、地表水及雨水的δD-δ18O同位素大致呈線性關(guān)系,這說明隧道沿線的地表出露溫泉水主要來源于大氣降水。值得注意的是,相對(duì)于地表水,溫泉水存在著輕微的氧同位素漂移現(xiàn)象,即溫泉水中氧同位素的含量均比地表水中氧同位素含量更高。通常認(rèn)為這是地?zé)崴醒跬凰嘏c含氧巖石中的氧同位素交換結(jié)果。此外,可觀察到研究區(qū)域內(nèi)溫泉水δD含量均比地表水δD含量低,根據(jù)氫氧同位素高程效應(yīng)可推測(cè)出研究區(qū)域內(nèi)溫泉補(bǔ)給并不是由該區(qū)域的垂直空間降水所補(bǔ)給,而是由海拔相對(duì)較高的周邊山區(qū)降水通過滲流通道進(jìn)行補(bǔ)給。

圖6 水體的δD-δ18O分析Fig. 6 Analysis of aquatic δD-δ18O

3 隧址區(qū)水熱系統(tǒng)特征

3.1 熱儲(chǔ)特征

研究區(qū)域內(nèi)溫泉水的Na-K-Mg三角圖如圖7。

圖7 溫泉水的Na-K-Mg三角圖Fig. 7 Na-K-Mg triangle of hot spring water

該區(qū)域內(nèi)的熱水均屬于“未成熟水”,即水-巖之間尚未達(dá)到離子平衡狀態(tài),溶解作用仍在進(jìn)行,或熱水與冷水混合。故陽離子地?zé)釡貥?biāo)不適用于估算該區(qū)域的熱儲(chǔ)溫度,故采用SiO2地?zé)釡貥?biāo)對(duì)區(qū)域內(nèi)的熱儲(chǔ)溫度進(jìn)行估算,如式(1)、 式(2)。

考慮大氣降水補(bǔ)給所形成的出露溫泉會(huì)經(jīng)歷深層循環(huán)增溫過程,地?zé)崴钚嵫h(huán)深度可根據(jù)熱儲(chǔ)溫度與區(qū)域地溫梯度來確定,如式(3)。

石英溫標(biāo):

(1)

(2)

熱儲(chǔ)埋深:

S=T×G0+Z0=T× dT/dZ+Z0

(3)

式中:T為熱儲(chǔ)溫度,℃;CSiO2為水體內(nèi)SiO2濃度,mg/L;S為熱儲(chǔ)深度,m;G0為地溫梯度,℃/m;dT為實(shí)測(cè)溫度與恒溫帶溫度之差,℃;dZ為實(shí)測(cè)溫度對(duì)應(yīng)深度與恒溫帶底部對(duì)應(yīng)深度的差值,m;Z0為恒溫帶底部深度,取23 m。

分別在怒江水熱活動(dòng)帶、高黎貢山水熱活動(dòng)帶及龍川江水熱活動(dòng)帶控制區(qū)進(jìn)行了深度為500 ～ 600 m的鉆孔測(cè)溫工作,如圖8。由圖8可知:井溫隨深度的增加而升高,但變化梯度并非一致;結(jié)合巖心質(zhì)量分析可知,局部巖層地溫梯度增大與局部斷層、破碎及夾層軟弱破碎程度、透水性有關(guān),破碎程度越高、透水性越好,局部地溫梯度變化越明顯,上述3個(gè)水熱活動(dòng)帶的地溫梯度分別為2.11、 3.31、 3.78 ℃/100 m。

圖8 地質(zhì)鉆探與地溫測(cè)試Fig. 8 Geological drilling and ground temperature test

根據(jù)規(guī)定[17]:隧道沿線地?zé)嵯到y(tǒng)以中、低溫地?zé)嵯到y(tǒng)為主,其中碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層埋深(4～5 km)大致為變質(zhì)巖熱儲(chǔ)層埋深(1.8～3.1 km)的2倍。為檢驗(yàn)SiO2地?zé)釡貥?biāo)在該區(qū)域的適用性,與文獻(xiàn)[16]預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比如圖9。

圖9 高黎貢山地區(qū)熱儲(chǔ)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)照Fig. 9 Comparison of thermal storage prediction results in Gaoligong Mountain area

由于所測(cè)試溫泉樣本存在差異,在對(duì)溫泉統(tǒng)一編號(hào)后顯示熱儲(chǔ)預(yù)測(cè)結(jié)果曲線存在明顯波動(dòng),通過進(jìn)一步計(jì)算顯示:本文中石英溫標(biāo)與玉髓溫標(biāo)預(yù)測(cè)溫度平均值分別為100.04、109.14 ℃;而文獻(xiàn)[16]中石英溫標(biāo)與玉髓溫標(biāo)預(yù)測(cè)溫度平均值分別為100.15、109.9 ℃,熱儲(chǔ)預(yù)測(cè)溫度相近,這說明故采用SiO2溫標(biāo)對(duì)該地區(qū)熱儲(chǔ)溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)具有一定參考價(jià)值。區(qū)域熱儲(chǔ)預(yù)測(cè)結(jié)果如表3。

表3 區(qū)域熱儲(chǔ)預(yù)測(cè)結(jié)果Table 3 Prediction results of regional thermal storage

3.2 水熱系統(tǒng)

熱儲(chǔ)層基巖風(fēng)化殼以下巖層的滲透性差且富水性弱,地?zé)崴纬珊蟮纳仙ǖ琅c儲(chǔ)存空間以斷裂構(gòu)造、復(fù)合型巖層裂隙及密集節(jié)理發(fā)育帶為主。隧址區(qū)水熱系統(tǒng)概念模式如圖10。地表出露溫泉的水源補(bǔ)給主要來自于構(gòu)造水熱活動(dòng)帶范圍內(nèi)的大氣降水,通過破碎帶及構(gòu)造斷裂向深部熱儲(chǔ)層入滲并在熱儲(chǔ)層基巖進(jìn)行熱交換?；谘芯繀^(qū)域構(gòu)造歷史與騰沖地塊多期第四紀(jì)火山發(fā)育背景,確定研究區(qū)域熱儲(chǔ)層熱源以巖漿余熱為主,即地下巖漿房或地殼內(nèi)高溫侵入體冷卻過程中散熱,為近地表水熱系統(tǒng)提供熱源。大氣降水在熱儲(chǔ)層完成熱交換并升溫后,通過徑流、循環(huán)、上升,途徑巖層次要構(gòu)造帶與節(jié)理裂隙繼續(xù)發(fā)生水巖相互作用與熱交換,最終上升出露形成溫泉,而溫泉口水溫受地?zé)崴h(huán)深度和淺層徑流冷水混入比例影響而存在差異。

圖10 隧址區(qū)水熱系統(tǒng)概念Fig. 10 Conceptual schema of water and heat system in tunnel site area

基于高黎貢山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景所揭示的斷裂構(gòu)造走向以及研究區(qū)溫泉水地球化學(xué)特征所揭示的溫泉水補(bǔ)給來源,確定了隧址區(qū)出露溫泉形成均具有沿近南北向構(gòu)造循環(huán)徑流的特征。其中:隧址區(qū)出露的黃竹河溫泉和黃竹河硝塘水化學(xué)成分相似,這二者具有相同的補(bǔ)給、徑流和排泄條件;補(bǔ)給區(qū)位于北側(cè)白風(fēng)坡一帶山脊,地下水在補(bǔ)給區(qū)沿密集節(jié)理帶的裂隙迅速下滲,吸收圍巖熱量,地下水把淺部圍巖熱量傳遞至到深部,使補(bǔ)給區(qū)成為相對(duì)的低溫帶;地下水下滲至深部后沿貫通節(jié)理裂隙以水平運(yùn)動(dòng)為主,并在徑流過程中不斷吸收圍巖熱量,將熱量帶至排泄區(qū);到達(dá)排泄區(qū)后,地?zé)崴源怪毕蛏线\(yùn)動(dòng)為主,將深部熱量傳遞至淺部,儲(chǔ)集在滲透性良好的巖層中形成熱儲(chǔ),溢出地表則形成溫泉,如圖11(a)。這兩處溫泉的補(bǔ)給區(qū)較廣,徑流途徑短,循環(huán)深度相對(duì)較淺,故其熱儲(chǔ)及出露溫泉溫度均相對(duì)較低。

隧址區(qū)出露的百花嶺溫泉、金廠河溫泉及旱龍熱水塘補(bǔ)給區(qū)位于該區(qū)域以北高黎貢山山脊大腦子一帶,地下水在補(bǔ)給區(qū)下滲后,在徑流過程中遇到不同構(gòu)造(包括斷裂及密集節(jié)理帶),在不同的構(gòu)造條件下形成不同性質(zhì)的地?zé)崴?百花嶺溫泉與其它兩處溫泉水質(zhì)存在明顯差異),徑流區(qū)的地?zé)崴匀灰运竭\(yùn)動(dòng)為主,當(dāng)遇到構(gòu)造交切的有利部位時(shí),就以垂向上升運(yùn)動(dòng)為主,如圖11(b)、圖11(c)。這3處溫泉徑流途徑遠(yuǎn),循環(huán)深度大,故其熱儲(chǔ)及出露溫泉溫度均相對(duì)較高。

4 騰越隧道熱害分析

4.1 地?zé)釤崃髋c地溫帶劃分

熱量傳遞方式可分為熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流。一般而言,地殼中熱量傳遞方式以熱傳導(dǎo)為主,亦即溫度從高向低均一化傳遞過程;熱對(duì)流是受熱物體發(fā)生相對(duì)位移而進(jìn)行熱量傳遞的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)地?zé)岫?地下熱水垂向運(yùn)動(dòng)是熱對(duì)流的主要原因,局部地區(qū)地下熱水的熱對(duì)流所傳遞熱量是熱傳導(dǎo)熱量的幾倍甚至幾十倍,極易形成局部熱對(duì)流高溫異常區(qū)。

假定地殼中熱量傳導(dǎo)符合傅里葉定律,則傳導(dǎo)熱流值可按式(4)計(jì)算。由此可得出保山地塊與騰沖地塊大地?zé)崃髦捣謩e為70.8、 108.25 mW/m2,高于我國大陸平均熱流值63～68 mW/m2。

q=-λ(dT/dZ)

(4)

式中:dT/dZ為地溫梯度,℃/100 m,根據(jù)鉆孔測(cè)溫?cái)?shù)據(jù),隧址區(qū)域內(nèi)地溫梯度為2.11～3.78 ℃/100 m,計(jì)算時(shí)取大值,即3.78 ℃/100 m;λ為測(cè)溫井圍巖中巖石熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù)),實(shí)測(cè)片麻巖熱導(dǎo)率平均值λ=1.733 W/(m· ℃),花崗巖熱導(dǎo)率平均值λ=1.924 W/(m· ℃),計(jì)算時(shí)取平均值為λ=1.829 W/(m· ℃)。

熱水在排泄區(qū)的垂向上升運(yùn)動(dòng)必然會(huì)將深部熱量傳遞到淺部,這種熱量傳遞主要取決于地下水流量。通過簡(jiǎn)化熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流之間的相互影響,采用隧址區(qū)溫泉釋放熱量與熱異常面積之比對(duì)對(duì)流熱流值進(jìn)行估算。隧址區(qū)及周邊分布的5處地?zé)岙惓^(qū)對(duì)流熱流值計(jì)算結(jié)果見表4。由表4可見:溫泉出露區(qū)域?qū)α鳠崃髦灯毡楦哂趥鲗?dǎo)熱流值,且局部水熱活動(dòng)區(qū)對(duì)流熱流值為該區(qū)大地傳導(dǎo)熱流值的30倍,故地?zé)崴谂判箙^(qū)的熱傳遞以對(duì)流為主,在無對(duì)流介質(zhì)條件的區(qū)段則以熱傳導(dǎo)為主。

表4 隧址區(qū)域?qū)α鳠崃髦到y(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of convective heat flux values in the tunnel site area

根據(jù)對(duì)地溫帶劃分標(biāo)準(zhǔn)[18],利用隧址區(qū)11個(gè)鉆孔實(shí)測(cè)溫度及各水熱區(qū)泉水溫度,結(jié)合構(gòu)造、地層、地形地貌等條件共圈定了高溫帶(Ⅲ)3個(gè),中高溫帶(Ⅱ2)5個(gè),中高溫帶(Ⅱ1)8個(gè),低高溫帶(Ⅰ)8個(gè),如圖12。

圖12 隧址區(qū)域地溫帶劃分Fig. 12 Division of geothermal zone in the tunnel site area

4.2 隧道巖壁溫度估算

區(qū)域水熱活動(dòng)帶的形成主要受到大氣降水與斷裂構(gòu)造影響。與此同時(shí),深部巖層受深部熱源的傳導(dǎo)熱流影響也處于高溫環(huán)境中,隧道穿越高溫巖層則必然面臨高巖溫挑戰(zhàn),而高溫隧道內(nèi)熱量來源以圍巖發(fā)熱為主,僅在隧道與水熱活動(dòng)帶交叉處受熱泉外泄影響。因此在已知地層恒溫帶溫度、區(qū)域溫度梯度、隧道埋深前提下,可根據(jù)式(5)對(duì)隧道巖壁溫度進(jìn)行粗略推算。結(jié)合水熱活動(dòng)帶導(dǎo)熱斷裂與隧道位置關(guān)系對(duì)隧道熱害進(jìn)行分析,如表5。由表5可知:高黎貢山騰越隧道主洞全長(zhǎng)10.54 km;無熱害段長(zhǎng)約1.338 km,占全隧道的12.7%;輕微熱害段長(zhǎng)約0.292 km,占2.8%;中等熱害段長(zhǎng)2.894 km,占27.5%;較嚴(yán)重?zé)岷Χ伍L(zhǎng)2.292 km,占21.7%;嚴(yán)重?zé)岷Χ伍L(zhǎng)3.724 km,占35.3%。

表5 騰越隧道熱害特征Table 5 Thermal damage characteristics of Tengyue Tunnel

T=T0+G(H-Z0)

(5)

式中:T為隧道預(yù)測(cè)溫度,℃;T0為地層恒溫帶溫度,℃,取年平均溫度加2 ℃,即東側(cè)坡面溫度為18.2 ℃,西側(cè)坡面溫度為16.7 ℃;G為地溫梯度,℃/100 m;H為隧道埋深,m。

5 結(jié) 論

筆者基于水熱活動(dòng)帶區(qū)域內(nèi)構(gòu)造背景與地球化學(xué)分析確定了該區(qū)域的水熱系統(tǒng)特征,并結(jié)合騰越隧道選址背景開展了隧道熱害預(yù)測(cè),得出如下結(jié)論:

1)受地質(zhì)構(gòu)造影響,區(qū)域水熱活動(dòng)帶的熱源主要來自騰沖地塊火山巖漿,水熱循環(huán)增溫通道以褶皺、斷裂、節(jié)理為主;高黎貢山南北向構(gòu)造水熱活動(dòng)帶內(nèi)的溫泉溫度與流量分布規(guī)律為:自北向南水溫增高,流量增大;

2)區(qū)域內(nèi)溫泉水相較于地表水存在δ18O漂移現(xiàn)象,這表明其補(bǔ)給主要來自大氣降雨,高程效應(yīng)推測(cè)降雨補(bǔ)給位置與溫泉出露位置不一致,熱水在斷裂構(gòu)造通道內(nèi)徑流期間的水巖反應(yīng)導(dǎo)致了水體富Ca2+特征顯著;

3)區(qū)域內(nèi)大地?zé)岬臒崃總鬟f方式以熱傳導(dǎo)為主,騰越隧道沿線處于中、低溫地?zé)嵯到y(tǒng)中,隧道全線熱害占比高達(dá)87.3%,需在施工建設(shè)期間充分考慮熱害防治措施。