白楊坪暗河發育特征及其對宜萬鐵路工程的影響

洪 平

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

0 引言

白楊坪暗河位于長巴河北側的長巴河—淹水壩—白楊坪—周家灣一線(圖1)。線路之東岳宮隧道、南場隧道、南場中橋、白楊坪隧道、倒吊子1#—5#大橋等都位于該暗河附近，特別是DK192+900—DK196+800段線路平行且位于暗河上方，暗河對工程影響較大。

1 區域地質背景

測區位于鄂西南中山區，山脈走向以北東向為主，氣候溫和多雨。形成以丘(峰)叢洼地、落水洞為主的地貌景觀。

區內出露地層主要為:三疊系下統嘉陵江組(T1j)碳酸鹽巖，三疊系中統巴東組(T2b)泥巖、泥質砂巖，巖層產狀85°～157°∠25°～35°，T2b組成白楊坪向斜核部，T1j組成翼部。巴東組碎屑巖為區域阻水層，嘉陵江組可溶巖巖質純，在水的作用下巖溶異常發育，落水洞、巖溶洼地沿巖層走向發育，白楊坪暗河發育在巴東組碎屑巖與嘉陵江組可溶巖的交界部位(見圖1)。

2 白楊坪暗河發育特征

2．1 地貌對巖溶的控制作用

地形條件控制區內巖溶水輸入方式和地下水勢能，影響巖溶發育。周家灣臺原區處于尚未解體之高原面上，巖溶洼地、落水洞密布，地表徑流差區大氣降水就地補給，垂向巖溶強，巖溶發育非均一性強;白楊坪溶蝕封閉洼地區、林河—淹水壩溶蝕槽谷區大氣降水成面狀和線狀補給地下水，巖溶發育以單斜巖溶管道為主。暗河無明顯入口，出口標高為472．76 m。

2．2 地層巖性對巖溶的控制作用

白楊坪地區T2b碎屑巖為區域阻水層、T1j碳酸鹽巖為強溶蝕地層，其兩者接觸處常是巖溶水富集地區和巖溶地下水強烈活動場所，也是強巖溶發育地帶，這些為白楊坪暗河發育提供了極好的條件。

2．3 地質構造對巖溶的控制作用

構造運動使碳酸鹽巖體發生破裂形成裂隙，這是巖溶作用得以進行的先決條件。裂隙不斷溶蝕，形成形態各異的落水洞、溶蝕洼地，寬緩向斜有利于巖溶水富集和巖溶發育。

2．4 巖溶水的補徑排條件

周家灣臺原區為碳酸鹽巖溶蝕丘陵臺地，臺原內落水洞、溶蝕洼地散布其間，成為降雨集中滲漏地和暗河源頭補給區，匯水面積約4 km2。

暗河中段補給、徑流區為白楊坪溶蝕封閉洼地區，該溶蝕封閉洼地位于碎屑巖與碳酸鹽巖交界處，即暗河發育位置。封閉洼地總匯水面積約13．8 km2。降雨沿兩側山地、斜坡滲流匯入洼地低地、漏斗，或地表徑流直接注入洼地中的漏斗，再匯入地下暗河。

林河—淹水壩溶蝕槽谷區為白楊坪暗河下游補給、徑流區，通過該區向長巴河排泄。槽谷低地由帶狀洼地和帶狀漏斗組成，是匯水集中入滲地帶，也是暗河所在位置。該區匯水面積約10．8 km2。

總之，地貌、巖性、構造等為白楊坪暗河的發育創造了條件:提供了補給源(總匯水面積28．6 km2)、聚集匯水和暗河徑流活動的場所及暗河排泄去處，使白楊坪暗河具備暗河的完全特征［1］。

圖1 白楊坪地區暗河平面示意圖Fig.1 Schematic plan of underground river of Baiyangping1．三疊系中統巴東組;2．三疊系下統嘉陵江組;3．暗河(上為進口，下為出口);4．巖層產狀;5．巖溶洼地。

3 巖溶對宜萬鐵路工程的影響分析

宜萬鐵路東岳宮隧道出口—水田壩隧道進口間的線路平行白楊坪暗河并展布于暗河上方的帶狀洼地中，受其影響的工點有東岳宮隧道、南場隧道、南場中橋、白楊坪隧道、倒吊子 1#、2#、3#、4#大橋。

3．1 巖溶對鐵路工程的影響分析

3．1．1 巖溶對橋梁工程的影響分析

(1)暗河水位標高以上的強巖溶化巖體為極不均勻的松散結構體，勘探數量、深度及勘探資料對強巖溶化巖體物質組成、強度等的分析評價影響橋基類型的選擇。

(2)強巖溶化巖體發育深度受暗河水位和暗河底標高控制，該深度范圍內溶蝕巖體，其溶蝕殘留土、溶蝕殘留巖體(塊)分布不均勻和各向異性，影響持力層的選擇;“強巖溶化巖體”中的“殘留巖體(塊)”分布不完整、不均勻，若選此“殘留巖塊”作持力層時，需特別慎重，勘探數量和深度應充分考慮其復雜變化的特性，確保其作為持力層應有的足夠的安全寬度和厚度，若勘探控制不嚴、稍有不慎，造成誤判將留下隱患。

如倒吊子1#大橋宜昌臺:定測時(施工圖)情況見表1。施工過程中出現的變化見表2。

從表中反映的情況說明:①強巖溶化巖體發育較深，＞70 m，標高可達563．65～549．55 m。②因為勘探點數量、深度不夠，對強巖溶化巖體中的“殘留巖體”控制不嚴密，誤選作持力層，造成實際情況與設計不符，設計變更。

3．1．2 巖溶對隧道工程的影響分析

(1)各隧道均位于表層松散層或強巖溶化巖體中。強巖溶化巖體因溶蝕而解體，除保留部分極不均勻殘留巖塊外，多成溶蝕土、溶蝕碎石(塊)土，呈松散結構;該強巖溶化巖體深入隧道路肩以下相當深度:南場隧道路肩以下50～57 m，白楊坪隧道路肩以下58～60 m。

①強巖溶化巖體呈松散結構，圍壓大、來壓快，易變形、塌方，淺埋地段易冒頂。一旦塌方、冒頂，將增加處理難度。②隧道底部因該強巖溶化巖體松散、工程特性復雜、強度較低且不均勻，隧道基礎、支護結構需加強處理。

(2)南場隧道、白楊坪隧道洞身皆穿越具一定匯水面積的封閉漏斗洼地(表3)，降雨形成的地表徑流和匯聚的地下水集中注入和滲入漏斗→經過隧道→再匯入深部暗河。入滲水的浸泡和滲流活動將改變強巖溶化松散巖體的物理力學特性，降低其強度，引起隧道周邊圍巖受力條件改變，圍壓驟增，導致大變形、大塌方(施工頻繁發生坍方，如南場隧道DK193+558—+572于2007年8月9日發生突發性冒頂坍方，地面形成14 m(縱長)×12m(橫寬)×10m(深)陷坑);上述滲流活動過程即使隧道建成后仍將長期存在，處理不當將留下隱患。

表1 吊子1#大橋宜昌臺施工圖樁基情況表Table 1 Table of pile foundation of Yichangtai working drawing

表2 吊子1#大橋宜昌臺施工變更表Table 2 Change table of Yichangtai work

表3 南場隧道、白楊坪隧道涌水量預測表Table 3 Forecasted statement of outflow in tunnel

4 結論

白楊坪暗河對宜萬鐵路工程影響較大，強巖溶化巖體的復雜性、不均勻性的特性，初期認識欠充分;對已施工的橋梁需引起高度重視和反思，仍值得重新慎重核查，以消除后患。隧道開展動態設計，及時針對隧道施工超前預報資料，結合有關監測結果及時修正設計，變更施工方案。

［1］ 顧湘生，劉坡拉．鐵路巖溶工程地質勘察技術［M］．武漢:中國地質大學出版社，2012．