山區(qū)高速公路特長隧道水文地質問題分析

　　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)地形地質條件復雜，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，導致隧道涌水、地表水斷流甚至枯竭等災害的發(fā)生。貴州某山區(qū)高速公路以特長隧道穿越長大脊狀山體，通過工程實例方式分析了隧址區(qū)水文地質條件以及隧道對水環(huán)境的影響。通過水文地質分析評價，以達到擇優(yōu)選擇工程方案、控制工程建設中的風險以及減少工程建設對水環(huán)境影響的目的。

　　關鍵詞:高速公路,隧道,水文地質

　　隧道論文范文閱讀：高級職稱論文過隧道箱梁架設施工

　　過隧道架梁的施工設計，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、隧道及運架設備進行局部處理或改裝。設計的主要內容包括：橋梁處理、路基臨時處理、隧道臨時處理、運架設備改裝。

　　貴州山區(qū)地形溝壑起伏，山多平地少。高速公路建設必然造成橋隧比例高。大量隧道的建設穿越了崇山峻嶺。由于貴州山區(qū)多以灰?guī)r等可溶巖的透水地層為主，地下水水文地質復雜，山麓間常出露有大量巖溶泉，部分泉水是當?shù)仫嬘盟�源。隧道建設過程中常常發(fā)生突水、突泥等災害，甚至時有隧道附近泉水流量減少、枯竭及斷流等情況發(fā)生。發(fā)生以上災害時，對隧道建設及環(huán)境均有較大影響。故隧道從選址到方案設計前應做詳細的水文地質調查與分析[1]，尤其對于特長隧道以及穿過可溶巖，地下水水文地質條件復雜的隧道，以確保工程建設的安全可靠，同時將對環(huán)境的影響降到最低[2]。

　　1工程地地質條件

　　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。初步設計階段隧道布設了兩個方案進行比選。隧道單洞建筑限界:10.25×5m2。

　　1.2地形地貌

　　項目區(qū)地處黔北高原北部的斜坡地帶。可溶巖分布廣，以溶蝕-構造型中山地貌為主[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排出場區(qū)。場區(qū)氣候屬亞熱帶季風濕潤氣候區(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)粉質粘土、粘土;下伏基巖有志留系下統(tǒng)龍馬溪組(S1l)粉砂質泥巖、奧陶系上統(tǒng)五峰組(O3w)泥質灰?guī)r、中統(tǒng)寶塔組(O2b)灰?guī)r、下統(tǒng)湄潭組(O1m)粉砂質泥巖以及下統(tǒng)桐梓組-紅花園組(O1t-h)灰?guī)r。

　　1.5地質構造

　　隧址區(qū)受多期構造作用影響，區(qū)內地質構造較復雜，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。斷層的導水或儲水特性是由斷層兩盤的巖性及力學性質決定的。張拉性斷裂由于其力學性質，導致斷層破碎帶多為結構松散多孔的構造角礫巖，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水能力[4]。

　　但斷層兩盤若為軟質巖或含泥質計較多的巖體時，破碎帶同樣含有多量泥質成分，此類斷層破碎帶受泥質阻隔呈現(xiàn)導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較好，順層的方向上透水強。

　　(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夾泥質條帶。該斷層上盤巖性為粉砂質泥巖塑性巖層，下盤巖性為灰?guī)r脆性巖，斷層帶膠結較為致密，斷層隔水性質較好。

　　(2)斷層F2斷層F2走向北東-南西向，延伸較遠，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)粉砂質泥巖夾灰?guī)r。該斷層淺部兩盤巖性均以粉砂質泥巖等塑性巖層為主，斷層帶膠結較為致密，斷層隔水性質較好;深部兩盤均以灰?guī)r等脆性巖為主，透水性強。

　　(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，斷層帶膠結較為致密，斷層隔水性質較好;深部兩盤均以灰?guī)r等脆性巖為主，透水性強。

　　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，斷層將場區(qū)主要賦存于奧陶系中統(tǒng)(O2)灰?guī)r地層內的淺層地下水分隔成為多個獨立的淺層地下水水文地質單元，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)婁山關組(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖地層內的深層地下水聯(lián)通成一整體，并以地表分水嶺為界，分為兩個深層地下水水文地質單元。故場區(qū)斷層構造未將場區(qū)淺層地下水與深層地下水貫通，二者之間相對獨立，水力聯(lián)系不明顯。

　　2水文地質條件及水環(huán)境分析

　　2.1水文地質條件

　　(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、水理性質和水力特征，區(qū)內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，淺部風化作用強烈。含水介質以網狀溶蝕裂隙、溶洞為主，泉水流量一般5～40L/s，最大達220L/s，富水性中等～強，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。富水性弱～中等，一般泉水點少、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)內地形聳立，巖石均為平緩產出，構成多巖性層狀疊置組合關系，地下水具有雙層結構的特點，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)各自獨立存在，基本不發(fā)生水力聯(lián)系。

　　(3)地下水補給、徑流、排泄特征由于地下水均有雙層結構特點，決定了地下水補、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給，因斷層和分水嶺的阻隔，地下水于分水嶺兩側沿斷塊向隧道兩側徑流，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，下部地下水補給區(qū)域主要是兩側和進出口地段裸露巖溶區(qū)，經下部斷層導水，總體沿分水嶺兩側分別從北東往南西、或南西往北東徑流，最后于中部溝谷內排泄。

　　2.2隧道建設可能產生的水文地質問題分析

　　(1)突泥、涌水1)隧道涌水量預測經對場區(qū)水文地質條件進行調查、結合區(qū)域水文地質資料的綜合分析，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向補給的深層地下水，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驗公式法對隧道開挖洞身涌水量進行預測。因區(qū)內地形聳立，巖層迭次鋪蓋，斷層扭動小，巖石均為平緩產出，構成多巖性層狀疊置組合關系，地表淺層湄潭組(O1m)、龍馬溪組(S1l)粉砂質泥巖富水性弱，可視為隔水層，故采用大氣降雨滲入法計算時。

　　通過以上預算，隧道開挖后單幅隧道涌水量為28103m3/d，兩幅隧道合計涌水量為28103×2=56206m3/d。通過以上預測計算，采用大氣降雨滲入法預算得隧道最大涌水量為54690m3/d;采用半理論半經驗公式法計算得隧道最大涌水量為56206m3/d。因洞身涌水主要來源于側向補給的深層地下水，采用大氣降雨滲入法計算存在較大局限性，故建議隧道設計時按半理論半經驗公式預測的隧道最大涌水量，即56206m3/d考慮。

　　2)突泥涌水預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)婁山關組(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖含水地層在隧道兩側較遠地帶出露，其補給面積大、徑流途徑遠，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，隧道穿越斷層構造帶時涌水量往往較大，也可能出現(xiàn)突泥涌水的災害。

　　(2)對飲用水源的影響該飲用水源位于隧道左側約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狀微傾坡外，地下水活動越過地表分水嶺，補給范圍為面積達7.1km2。調查期流量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，擬建隧道無論是K線還是A7線均從下側深層桐梓紅花園組(O1t-h)、婁山關群(∈2-3ls)灰?guī)r、白云巖含水系統(tǒng)內通過，平面上距泉點0.9～1.3km，縱向上距泉點234～241.5m，中間為隔水的O1m粉砂質泥巖、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結論

　　隧道涌水是山區(qū)高速公路(尤其是巖溶地區(qū))建設常見的工程病害，此區(qū)域的隧道涌水常具備突發(fā)性、大流量等特點，發(fā)生時往往破壞力巨大，造成大量財產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，也對當?shù)鼐用裆�產生活產生較大的影響。隧道建設前對隧址區(qū)水文地質調查及分析，選擇合適的工程方案減少地下水與工程建設之間的相互影響。本文從工程實例角度出發(fā)，通過對隧址區(qū)地層巖性、地質構造、地下水的類型、賦存條件以及補給徑流途徑等多個方面分析了隧道的水文地質條件[8]，以及隧道建設可能產生的水文地質問題。以達到擇優(yōu)選擇工程方案、控制工程建設中的風險以及減少工程建設對水環(huán)境影響的目的。

　　參考文獻:

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　　[3]石振華，王梅，咸大慶，等.工程地質手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2018.

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　　[6]鐵路工程水文地質勘察規(guī)程(TB1049-2004)[M].北京:中國鐵道出版社，2004.

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