本文摘要：摘要:山區(qū)高速公路受地形條件限制，常以隧道穿越崇山峻嶺。貴州山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶發(fā)育。隧道開挖貫通后，常常改變原有的地下水環(huán)境特征，打破了原有的地下水平衡，導(dǎo)致隧道涌水、地表水?dāng)嗔魃踔量萁叩葹?zāi)害的發(fā)生。貴州某山區(qū)高速公路以特長隧道穿越
摘要:山區(qū)高速公路受地形條件限制，常以隧道穿越崇山峻嶺。貴州山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶發(fā)育。隧道開挖貫通后，常常改變原有的地下水環(huán)境特征，打破了原有的地下水平衡，導(dǎo)致隧道涌水、地表水?dāng)嗔魃踔量萁叩葹?zāi)害的發(fā)生。貴州某山區(qū)高速公路以特長隧道穿越長大脊?fàn)钌襟w，通過工程實(shí)例方式分析了隧址區(qū)水文地質(zhì)條件以及隧道對水環(huán)境的影響。通過水文地質(zhì)分析評價(jià)，以達(dá)到擇優(yōu)選擇工程方案、控制工程建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)以及減少工程建設(shè)對水環(huán)境影響的目的。
關(guān)鍵詞:高速公路,隧道,水文地質(zhì)
隧道論文范文閱讀：高級職稱論文過隧道箱梁架設(shè)施工
過隧道架梁的施工設(shè)計(jì)，就是要在現(xiàn)有的路基、橋梁、隧道施工條件下，并根據(jù)現(xiàn)有的施工設(shè)備，保證路基、橋梁、隧道原有安全狀態(tài)并確保架梁安全通過隧道，對路基、橋梁、隧道及運(yùn)架設(shè)備進(jìn)行局部處理或改裝。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：橋梁處理、路基臨時(shí)處理、隧道臨時(shí)處理、運(yùn)架設(shè)備改裝。
貴州山區(qū)地形溝壑起伏，山多平地少。高速公路建設(shè)必然造成橋隧比例高。大量隧道的建設(shè)穿越了崇山峻嶺。由于貴州山區(qū)多以灰?guī)r等可溶巖的透水地層為主，地下水水文地質(zhì)復(fù)雜，山麓間常出露有大量巖溶泉，部分泉水是當(dāng)?shù)仫嬘盟�。隧道建設(shè)過程中常常發(fā)生突水、突泥等災(zāi)害，甚至?xí)r有隧道附近泉水流量減少、枯竭及斷流等情況發(fā)生。發(fā)生以上災(zāi)害時(shí)，對隧道建設(shè)及環(huán)境均有較大影響。故隧道從選址到方案設(shè)計(jì)前應(yīng)做詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查與分析[1]，尤其對于特長隧道以及穿過可溶巖，地下水水文地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道，以確保工程建設(shè)的安全可靠，同時(shí)將對環(huán)境的影響降到最低[2]。
1工程地地質(zhì)條件
1.1工程概況
貴州北部某高速公路洞灣隧道為分幅式特長隧道。左幅全長4490.00m，最大埋深450.22m;右幅全長4525.00m，最大埋深450.12m。初步設(shè)計(jì)階段隧道布設(shè)了兩個(gè)方案進(jìn)行比選。隧道單洞建筑限界:10.25×5m2。
1.2地形地貌
項(xiàng)目區(qū)地處黔北高原北部的斜坡地帶�？扇軒r分布廣，以溶蝕-構(gòu)造型中山地貌為主[3]。隧道橫穿一嶺狀山體，場區(qū)海拔821.2～1374.4m，相對高差553.2m。
1.3水文氣候
隧址區(qū)屬長江流域-烏江水系。隧址區(qū)發(fā)育多條雨源型地表徑流，以隧道中部分水嶺為界，最終分別匯聚于隧道兩端洞口外沖溝內(nèi)排出場區(qū)。場區(qū)氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)。多年平均降水量1071.8mm，年最大降雨量1841.3mm，年最小降雨量995.6mm，多年最大日降雨量173.3mm。
1.4地層巖性
覆蓋層為第四系殘坡積層(Qel+dl)粉質(zhì)粘土、粘土;下伏基巖有志留系下統(tǒng)龍馬溪組(S1l)粉砂質(zhì)泥巖、奧陶系上統(tǒng)五峰組(O3w)泥質(zhì)灰?guī)r、中統(tǒng)寶塔組(O2b)灰?guī)r、下統(tǒng)湄潭組(O1m)粉砂質(zhì)泥巖以及下統(tǒng)桐梓組-紅花園組(O1t-h)灰?guī)r。
1.5地質(zhì)構(gòu)造
隧址區(qū)受多期構(gòu)造作用影響，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，由一束北東-南西向發(fā)育、大體平行的斷裂組成。擬建隧道依次近似正交穿越斷層F1、斷層F2及斷層F3。斷層的導(dǎo)水或儲水特性是由斷層兩盤的巖性及力學(xué)性質(zhì)決定的。張拉性斷裂由于其力學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致斷層破碎帶多為結(jié)構(gòu)松散多孔的構(gòu)造角礫巖，尤其是在脆性巖體發(fā)育更甚。此類斷層破碎帶常具良好的導(dǎo)水能力[4]。
但斷層兩盤若為軟質(zhì)巖或含泥質(zhì)計(jì)較多的巖體時(shí)，破碎帶同樣含有多量泥質(zhì)成分，此類斷層破碎帶受泥質(zhì)阻隔呈現(xiàn)導(dǎo)水不良甚至隔水的特性。場區(qū)地層淺部具備泥巖與灰?guī)r互層及灰?guī)r夾泥巖等巖性組合特征，灰?guī)r地層發(fā)育裂隙和溶穴，泥巖地層層次致密，因而在垂直層面的方向上隔水性質(zhì)較好，順層的方向上透水強(qiáng)。
(1)斷層F1斷層F1走向北東-南西向，延伸長度約9.2km，斷層傾向120°，傾角75°，破碎帶寬約10m，斷層影響帶寬約200m，其上盤地層為奧陶系下統(tǒng)湄潭組(O1m)粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r;下盤地層為奧陶系下統(tǒng)桐梓組-紅花園組(O1t-h)灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶。該斷層上盤巖性為粉砂質(zhì)泥巖塑性巖層，下盤巖性為灰?guī)r脆性巖，斷層帶膠結(jié)較為致密，斷層隔水性質(zhì)較好。
(2)斷層F2斷層F2走向北東-南西向，延伸較遠(yuǎn)，斷層傾向300°，傾角65°，破碎帶寬約40m，斷層影響帶寬約200m，其上盤地層為奧陶系中統(tǒng)(O2)灰?guī)r;下盤地層為奧陶系下統(tǒng)湄潭組(O1m)粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r。該斷層淺部兩盤巖性均以粉砂質(zhì)泥巖等塑性巖層為主，斷層帶膠結(jié)較為致密，斷層隔水性質(zhì)較好;深部兩盤均以灰?guī)r等脆性巖為主，透水性強(qiáng)。
(3)斷層F3斷層F3走向北東-南西向，延伸長度約6.2km，斷層傾向120°，傾角72°，破碎帶寬約30m，斷層影響帶寬約150m，其上盤地層為奧陶系中統(tǒng)(O2)灰?guī)r;下盤地層為奧陶系下統(tǒng)湄潭組(O1m)粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r。該斷層淺部上盤巖性以泥巖等塑性巖層為主，下盤巖性以灰?guī)r等脆性巖為主，斷層帶膠結(jié)較為致密，斷層隔水性質(zhì)較好;深部兩盤均以灰?guī)r等脆性巖為主，透水性強(qiáng)。
綜合以上，擬建隧道通過的3條斷層均具備淺層隔水、深層透水性質(zhì)，斷層將場區(qū)主要賦存于奧陶系中統(tǒng)(O2)灰?guī)r地層內(nèi)的淺層地下水分隔成為多個(gè)獨(dú)立的淺層地下水水文地質(zhì)單元，而將賦存于奧陶系下統(tǒng)桐梓組-紅花園組(O1t-h)、寒武系中、上統(tǒng)婁山關(guān)組(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖地層內(nèi)的深層地下水聯(lián)通成一整體，并以地表分水嶺為界，分為兩個(gè)深層地下水水文地質(zhì)單元。故場區(qū)斷層構(gòu)造未將場區(qū)淺層地下水與深層地下水貫通，二者之間相對獨(dú)立，水力聯(lián)系不明顯。
2水文地質(zhì)條件及水環(huán)境分析
2.1水文地質(zhì)條件
(1)地下水類型根據(jù)場區(qū)的地層巖性及其組合特征、地下水賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征，區(qū)內(nèi)地下水類型分為碳酸鹽巖巖溶水、基巖裂隙水和第四系松散層孔隙水，以碳酸鹽巖巖溶水為主[6]。1)碳酸鹽巖巖溶水碳酸鹽巖巖溶水主要賦存于場區(qū)奧陶系中統(tǒng)寶塔組(O2b)、下統(tǒng)桐梓組-紅花園組(O1t-h)的灰?guī)r地層中，巖溶中等發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育，淺部風(fēng)化作用強(qiáng)烈。含水介質(zhì)以網(wǎng)狀溶蝕裂隙、溶洞為主，泉水流量一般5～40L/s，最大達(dá)220L/s，富水性中等～強(qiáng)，常見的如芭蕉鄉(xiāng)飲用水泉(S1)，地下水水位埋藏一般較淺，地下水水力坡度較小。2)基巖裂隙水該類水主要的含水巖組為奧陶系下統(tǒng)湄潭組(O1m)和志留系下統(tǒng)龍馬溪組(S1l)的泥巖等非可溶巖內(nèi)。富水性弱～中等，一般泉水點(diǎn)少、流量小，多呈近源分散排泄。3)第四系松散層孔隙水主要賦存于第四系沖洪積、殘坡積層中，富水性差，水量貧乏。
(2)地下水分布特征區(qū)內(nèi)地形聳立，巖石均為平緩產(chǎn)出，構(gòu)成多巖性層狀疊置組合關(guān)系，地下水具有雙層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，即上部主要為寶塔組(O2b)灰?guī)r含水系統(tǒng)，中部為湄潭組(O1m)泥巖阻隔層，下部為桐梓紅花園組(O1t-h)、婁山關(guān)群(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖含水系統(tǒng)。上下兩層含水系統(tǒng)各自獨(dú)立存在，基本不發(fā)生水力聯(lián)系。
(3)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄特征由于地下水均有雙層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了地下水補(bǔ)、徑、排條件的不同。上部寶塔組(O2b)灰?guī)r含水系統(tǒng):地下水接受大氣降水補(bǔ)給，因斷層和分水嶺的阻隔，地下水于分水嶺兩側(cè)沿?cái)鄩K向隧道兩側(cè)徑流，在隧道中部地形低洼的陡崖腳出露，形成一系列帶狀懸掛泉，如芭蕉鄉(xiāng)飲用水源就是出露于該含水系統(tǒng)。下部桐梓紅花園組(O1t-h)、婁山關(guān)群(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖含水系統(tǒng):由于受中部O1m泥巖隔水作用，下部地下水補(bǔ)給區(qū)域主要是兩側(cè)和進(jìn)出口地段裸露巖溶區(qū)，經(jīng)下部斷層導(dǎo)水，總體沿分水嶺兩側(cè)分別從北東往南西、或南西往北東徑流，最后于中部溝谷內(nèi)排泄。
2.2隧道建設(shè)可能產(chǎn)生的水文地質(zhì)問題分析
(1)突泥、涌水1)隧道涌水量預(yù)測經(jīng)對場區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查、結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料的綜合分析，場區(qū)地表水大部分以坡面流形式自然排泄，一部分沿基巖節(jié)理裂隙面下滲至淺層奧陶系中統(tǒng)(O2)灰?guī)r地層內(nèi)形成淺層地下水，受下伏奧陶系下湄潭組(O1m)泥巖阻隔后以泉眼形式排泄。擬建隧道埋藏深，洞身涌水主要來源于側(cè)向補(bǔ)給的深層地下水，即奧陶系下統(tǒng)桐梓組-紅花園組(O1t-h)、寒武系中、上統(tǒng)婁山關(guān)組(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖地層潛水，采用大氣降雨滲入法及半理論半經(jīng)驗(yàn)公式法對隧道開挖洞身涌水量進(jìn)行預(yù)測。因區(qū)內(nèi)地形聳立，巖層迭次鋪蓋，斷層扭動小，巖石均為平緩產(chǎn)出，構(gòu)成多巖性層狀疊置組合關(guān)系，地表淺層湄潭組(O1m)、龍馬溪組(S1l)粉砂質(zhì)泥巖富水性弱，可視為隔水層，故采用大氣降雨滲入法計(jì)算時(shí)。
通過以上預(yù)算，隧道開挖后單幅隧道涌水量為28103m3/d，兩幅隧道合計(jì)涌水量為28103×2=56206m3/d。通過以上預(yù)測計(jì)算，采用大氣降雨滲入法預(yù)算得隧道最大涌水量為54690m3/d;采用半理論半經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算得隧道最大涌水量為56206m3/d。因洞身涌水主要來源于側(cè)向補(bǔ)給的深層地下水，采用大氣降雨滲入法計(jì)算存在較大局限性，故建議隧道設(shè)計(jì)時(shí)按半理論半經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測的隧道最大涌水量，即56206m3/d考慮。
2)突泥涌水預(yù)測隧道絕大部分圍巖為奧陶系下統(tǒng)桐梓組-紅花園組(O1t-h)、寒武系中、上統(tǒng)婁山關(guān)組(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖。在灰?guī)r與泥巖接觸面上，往往巖溶發(fā)育比較強(qiáng)烈，可能存在較大巖溶裂隙、溶洞及豐富的地下水，由于隧道地下水主要是深地下水，底部桐梓組-紅花園組(O1t-h)、寒武系中及上統(tǒng)婁山關(guān)組(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖含水地層在隧道兩側(cè)較遠(yuǎn)地帶出露，其補(bǔ)給面積大、徑流途徑遠(yuǎn)，故底部巖體的巖溶發(fā)育程度和聯(lián)通性對隧道涌水有著決定性影響[7]，隧道穿越時(shí)易造成突泥、涌水。隧道橫穿3條斷層，斷層破碎的及影響帶圍巖完整性差、透水性相對較強(qiáng)，隧道穿越斷層構(gòu)造帶時(shí)涌水量往往較大，也可能出現(xiàn)突泥涌水的災(zāi)害。
(2)對飲用水源的影響該飲用水源位于隧道左側(cè)約1000m處，位于淺層寶塔組(O2b)灰?guī)r含水系統(tǒng)水。地下水接受降水補(bǔ)給，通過裂隙、溶隙、溶槽入滲匯聚并集中排泄。由于地形高延和巖層產(chǎn)狀微傾坡外，地下水活動越過地表分水嶺，補(bǔ)給范圍為面積達(dá)7.1km2。調(diào)查期流量48L/s，據(jù)訪問枯季流量變化較大，約為20L/s左右。2009年開始引流取水，供芭蕉鄉(xiāng)及附近村民近8000人飲用。相對于該飲用泉點(diǎn)，擬建隧道無論是K線還是A7線均從下側(cè)深層桐梓紅花園組(O1t-h)、婁山關(guān)群(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖含水系統(tǒng)內(nèi)通過，平面上距泉點(diǎn)0.9～1.3km，縱向上距泉點(diǎn)234～241.5m，中間為隔水的O1m粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和夾切斷層。該斷層具雙重水屬性，其淺部隔水深部導(dǎo)水。也就是寶塔組(O2b)灰?guī)r含水系統(tǒng)與下部桐梓紅花園組(O1t-h)、婁山關(guān)群(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖含水系統(tǒng)自成一體，基本不具水力聯(lián)系。
3結(jié)論
隧道涌水是山區(qū)高速公路(尤其是巖溶地區(qū))建設(shè)常見的工程病害，此區(qū)域的隧道涌水常具備突發(fā)性、大流量等特點(diǎn)，發(fā)生時(shí)往往破壞力巨大，造成大量財(cái)產(chǎn)損失或人員傷亡的事故。隧道貫通改變水環(huán)境自然平衡后，常常導(dǎo)致附近飲用水源流量的減少、枯竭甚至斷流，破壞了生態(tài)環(huán)境平衡的同時(shí)，也對當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活產(chǎn)生較大的影響。隧道建設(shè)前對隧址區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查及分析，選擇合適的工程方案減少地下水與工程建設(shè)之間的相互影響。本文從工程實(shí)例角度出發(fā)，通過對隧址區(qū)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水的類型、賦存條件以及補(bǔ)給徑流途徑等多個(gè)方面分析了隧道的水文地質(zhì)條件[8]，以及隧道建設(shè)可能產(chǎn)生的水文地質(zhì)問題。以達(dá)到擇優(yōu)選擇工程方案、控制工程建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)以及減少工程建設(shè)對水環(huán)境影響的目的。
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