隧道巖溶水文地質特征范文

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1巖溶水文地質特征

1.1含水巖組富水性(1)強富水強透水的碳酸鹽巖含水巖組:三疊系嘉陵江組(T1j)、三疊系大冶組下段(T1d1)、二疊系長興組(P2c)、茅口組(P1m)碳酸鹽巖，質純層厚，出露面積大，巖溶發育，地下暗河流量一般為50～80L/s。(2)中等富水中等富水的碳酸鹽巖含水巖組:。二疊系吳家坪組(P2w)泥質灰巖夾頁巖、棲霞組(P2q)灰巖泥質灰巖夾碳質、粉砂質頁巖、三疊系大冶組上段(T1d1)泥質灰巖夾頁巖，巴東組第三段(T2b3)泥質灰巖夾粉砂巖、泥巖。受局部隔水層阻隔，形成接觸巖溶發育帶，巖溶泉流量一般為1～10L/s。(3)隔水巖組二疊系梁山組(P1l)，志留系、泥盆系頁巖，粉細砂巖，含水透水性微弱，為區域隔水巖組，僅于局部強風化巖體及構造發育地帶賦存少量裂隙水，一般泉流量＜1L/s。

1.2隧道巖溶水系統特征通過對仰頭山地區專項水文地質調查研究，隧道區受地形地貌地質構造地層巖性及巖溶水動力條件等因素綜合作用，可大體劃分為4個巖溶水系統(見圖2)。主要特征分述如下:(1)仰頭嶺向斜二疊系棲霞與茅口灰巖巖溶水系統該巖溶水系統位于隧道K9+350—K10+140段處，近南北向出露，出露寬度為790m，分布面積15．43km2，分布高程790～1113．6m，隧道近東西向在其下方通過該巖溶水系統(見圖2)，與其距離65～488．6m，隧道與其不直接發生水力聯系，但是，有斷裂與其相連，使其成為隧道工程的突水水源，而斷裂則成為其突水途徑。斷裂部位可能會成為突水突泥地段。另外，該巖溶水可通過志留系地層中的裂隙向其下方的隧道中下滲，但因志留系地層滲透性差而含水量有限。(2)黔江背斜二疊系棲霞與茅口灰巖巖溶水系統該巖溶水系統分布于隧道K12+000—K12+750段處，近南北向出露，出露寬度為750m，分布面積4．90km2，隧道近東西向從該巖溶水系統含水層中貫穿，隧道與巖溶水系統夾角為60°。該巖溶水系統地下水為潛水，據ZK3號孔揭示:該隧址處地下水位埋深19．53m，水位高程794．94m。隧址高程635m左右，該段隧址處于全充水飽水狀態，且水壓大，水頭壓力差高達近160m。(3)黔江背斜二疊系長興灰巖和三疊系大冶灰巖巖溶水系統含水巖組下段二疊系上統長興組(P2c)，分布于隧道K12+800—K13+100段處，近南北向出露，出露寬度為300m，分布面積2．34km2，隧道近東西向貫穿該巖溶水系統，隧道與其夾角為61°。含水巖組上段三疊系下統大冶組第二段(T1d2)與第三段(T1d3)，分布于隧道K13+124—K13+490段處，近南北向出露，出露寬度為366m，分布面積2．72km2，隧道近東西向貫穿該巖溶水系統，隧道與巖溶水系統夾角為70°。該巖溶水系統地下水為潛水。據CS16號鉆孔(孔位位于ZK12+948)揭示:該處的地下水水位埋深48．5m，水位高程771．1m，而隧址高程630m左右，隧址處于全充水飽水狀態，且水壓差高達近140m。(4)黔江背斜三疊系嘉陵江灰巖巖溶水系統該巖溶水系統分布于隧道出口段平緩地帶，近南北向出露，出露寬度為198m，分布面積8．32km2，隧道近東西向貫穿該巖溶水系統西北局部，隧道與巖溶水系統夾角為66°。該巖溶水系統地下水為潛水。據CS6號鉆孔(孔位位于ZK13+541)揭示:該處的地下水水位埋深15．0m，水位高程631．35m，而隧址高程622m左右，隧址出口處，處于半充水飽水狀態，水壓差不足10m。

1.3巖溶水文地質結構特征受多個相對隔水層的阻隔及巖溶發育的不均一性影響，區內水文地質結構較為復雜，在棲霞組、大冶組地層分布區，巖溶水多以表層巖溶泉的形式排泄，即使在茅口組、嘉陵江組等純碳酸鹽巖分布區，受構造及地形條件制約，巖溶水也不具有統一的地下水位，深部巖溶水主要以水平巖溶管道的方式徑流，排泄點均接近于當地最低侵蝕基準面高程，而此巖性區泉水出露高程遠高于暗河出口，二者無水力聯系，不具統一的地下水面。巖溶水徑流方向總體受構造線方向控制，大體以撮箕山一帶地表分水嶺為界，分別向北東、南西徑流。地質構造對于巖溶管道的發育與定型起著主導控制作用，主要體現在與主構造線方向一致的張性節理裂隙或斷裂發育。黔江復背斜軸面傾向北西，北東向及北北東向兩組節理發育，北西翼巖層緩傾，且受下伏志留系砂頁巖阻隔，僅有表層巖溶泉出露。南東翼巖層產狀較陡，地下水在縱向徑流過程中受橫向或傾向優勢結構面控制，具有自南西向北東徑流的特點，最終于南東翼發育有多個地下暗河集中排泄點，形成縱橫交錯的巖溶管道系統。

2隧道涌水量預測

2．1計算方法與參數選取仰頭山隧道多為背斜翼部富水，各隧洞段處于巖溶地下水的飽氣帶、水平循環帶，水文地質條件差異性較大。從目前的勘測精度來看，適宜于水文分析法中的徑流模數法和水均衡法中的降水入滲法作總體性概略評估。此二種方法對統一含水層強巖溶帶、地下水水平徑流帶的涌水預測有較好效果。然后在此基礎上，根據已有勘察資料，采用水動力學方法中的古德曼公式法、裘布依公式法進行驗算，以利于分析對比。本次計算參數是在試驗取值，區域與經驗參數類比取值并參考鄰區同類含水巖組參數的基礎上綜合分析確定。計算參數見表1，計算結果見表2。(1)徑流模數法:(2)降雨入滲法:

2．2計算結果評述綜上，表1中徑流模數法反映的是區域性巖溶與地質條件得出的涌水量，可視為“平均”穩定涌水量，對各洞段條件差異性反映不明顯，尤其是碎屑巖洞段涌水量明顯偏大，降水入滲法反映的是各時期的涌水量，未充分考慮巖溶發育差異性，因此在強降雨時期，涌水量偏大。降雨量取值為多年月最大降水量的日均降水量，計算結果與徑流模數法相近，可視為隧道的最大涌水量;降水量取值分別為當地多年平均年最大及日最大降雨量，最大日涌水量達近50萬m3，此為日降水量182．5mm，且隧道掘進遭遇大型巖溶管道出現的涌水量，由于隧道處于水平管道與深部空隙帶之間，在遇最大降水量時同時遭遇大型管道的機率較小，故該涌水量出現可能性較小，但從安全角度出發，涌水量預測數值建議豐水期為1000～40000m3/d，豐水期最大值為50×104m3/d。

3問題討論與建議

(1)仰頭山隧道具有長度大、埋藏深的特點，由于隧道段大部分處于巖溶強烈發育的地下水補給徑流帶與深部循環帶內，因而施工遭受突水突泥的可能性較大，其部位主要是K11+900—K13+600碳酸鹽巖分布區段。尤其是ZK12+010—ZK12+865、ZK12+010、ZK12+865洞段的巖相變化接觸帶，地下水富集活動強烈，不但易產生突水突泥問題，還可能導致結構破壞，巖性軟弱的斷層破壞帶、煤層、頁巖產生冒頂災害，應予密切關注。(2)對隧道區人口較為集中地區的水文地質條件及可能引發的環境地質問題進一步加強水文地質調查研究，尋找新的水源，查明作為當地群眾主要生產生活用水水源的巖溶裂隙泉與隧道工程的內在聯系，同時對隧道施工揭露的集中涌水管道進行適當堵水封閉引流，以減少涌水量，盡量減少對地下水環境的破壞影響。(3)對可能存在涌水涌泥的地段進一步勘查論證，加強隧洞施工超前預報工作，并制定詳細的應急處置預案，一旦遭遇突水突泥及時采取適宜措施進行防治。遭遇溶洞較小，地下水流量不大時，可直接進行封堵;水壓及水量較大時則應采取引流排導。

作者：陳先蘭王宇馳呂玲張勤麗單位：荊門市民防辦公室湖北省地質環境總站