高黎貢山隧道高地溫熱源分析

李 茹

(河南理工大學安全科學與工程學院，河南 焦作 454003)

以高黎貢山特長隧道為例，深埋特長隧道在施工過程中，高溫圍巖和地下熱水使隧道內溫度超過28 ℃，產生的高地溫問題嚴重影響施工安全和人員健康。地溫一般隨著隧道埋深和長度的增加而升高。國內外隧道在施工過程中已多次遇到高地溫問題，如四川鄉城娘擁水電站引水隧道1號支洞有熱水突出，最高溫度為78 ℃[1]；新疆布倫口—公格爾電站引水隧道圍巖最高溫度82 ℃[2]；新疆齊熱哈塔爾水電站引水隧道施工過程中高溫氣體噴出，溫度達到98 ℃[3]。王楚驕[4]總結了國內外隧道高地溫情況，確定了高地溫現象存在于特殊熱源和地下水對流導熱并存的情況。焦國鋒[5]通過對拉薩—日喀則鐵路的地質條件分析，得到地熱分布主要受斷裂的影響。趙國斌等[6]通過對喀喇—昆侖山區引水發電洞高地溫現象的分析，指出造成高地溫問題的條件是高熱流背景值、巖體的良好導熱性以及分布密集的斷層和裂隙。因此，對高黎貢山隧道的地質水文特征進行深入研究，探討造成高地溫環境的本質原因，為隧道施工建設提供較好指導作用。

1 高黎貢山隧道概況

1.1 地理位置

大瑞鐵路東起大理站，西至瑞麗站。高黎貢山隧道位于怒江車站至龍陵車站區間，全長為34.538 km，其中進口緊鄰怒江特大橋，隧道出口從1 100余米深的地下穿過松山抗戰遺址和龍陵縣城后，進入德宏州芒市。研究區主要位于云南省保山市龍陵縣境內，北起騰沖縣，南過潞西市，東起怒江，西至龍川江，橫穿高黎貢山南部。研究區交通圖如圖1所示。

1.2 氣候條件

研究區屬熱帶—亞熱帶季風氣候區，光照充足，降水量充沛，氣溫年溫差小，日溫差大。且受孟加拉灣暖溫氣流影響，降雨量較大。

1.3 地質構造

研究區位于板塊碰撞結合帶，為青、藏、滇、緬巨型“歹”字型構造，西支中段弧形構造帶與經向構造帶之“蜂腰部”南段。在研究區內，怒江斷裂帶和瀘水—瑞麗斷裂帶在北部被緊密擠壓成平行索狀，向南逐漸散開，由SN向向SE或SW向偏轉，呈帚狀形態。兩斷裂帶間三角地帶為侵入的花崗巖體。研究區內的構造體系主要包括SN向轉SW向弧形構造帶、SN向構造帶及NE向構造帶，構成了區內基本骨架。構造帶主要由若干個長期活動的南北及近南北向及與之平行的褶皺、次級斷裂以及斷層組成。其中騰沖和保山兩條褶皺帶發育，基本構造為復式背斜。怒江斷裂帶、瀘水—瑞麗斷裂帶、NE向斷裂帶、NW向斷裂帶夾持于怒江和龍川江之間自東向西分布，研究區斷裂構造如圖2所示。

研究區內地層不發育，從老到新主要有：中、上元古界深變質巖系高黎貢山群(Ptgl)、下泥盆統關上組(D1)、上石炭統勐洪群(Cmh)以及二疊、三疊系地層。研究區內預測共有19條斷層與高黎貢山隧道相交，與斷層交角普遍較大，多以壓扭性為主，斷層附近巖體破碎，產狀紊亂，糜棱巖、碎裂巖發育。斷層與隧道相交長度分別在22 m～229 m之間，對隧道施工影響較大。

1.4 水文地質條件

研究區地勢東北高西南低，高黎貢山夾持于怒江水系和伊洛瓦底江水系之間，南寬北窄的地勢構成地表分水嶺。

地表水主要為怒江、龍川江及山間盆地之河水及地表水庫水。區內水系多表現為樹枝狀及放射狀。地表水受大氣降水控制明顯，汛期水量大，枯水期水量小。

地下水根據補給、徑流、排泄條件以及徑流路徑，主要分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶水三種類型。

地下水靠大氣降水滲入補給和地下水側向徑流補給。其徑流條件嚴格受地形地貌控制，在其重力的作用下沿構造斷裂帶及其附近裂隙由斜坡至谷底側向運移。排泄方式：以蒸發形式排泄，通過徑流補給河水，沿龍川江、怒江沿岸及斷裂帶交匯處、侵入巖體與圍巖的交界部位進行排泄。

2 高地溫狀況

高黎貢山越嶺段處于地中海—南亞地熱異常帶，研究區內熱流值高，熱水活動頻繁，該段出露溫泉群數量達123個，低溫泉85處，中溫泉25處，高溫泉12處，沸泉1處。根據高黎貢山越嶺地段地質研究工作成果，研究區內與隧道線路相關的溫泉、熱泉、高溫熱泉和沸泉達20多處。與線路關系密切的導熱斷裂主要為邦邁—邵家寨斷層、邦邁—邵家寨次級斷層、怒江斷裂、鎮安斷層，導熱斷裂附近可能會出現局部熱水突出情況。導熱水斷裂特征、熱害分級[7]及工程影響評價見表1。

表1 隧道導熱斷裂特征及熱害程度

3 地質活動對高地溫的控制作用

3.1 水熱活動對高地溫的控制作用

研究區內水熱活動受巖漿長期大規模的持續侵入和活動斷裂系統影響，其空間分布明顯與區域構造帶密切相關。按照地貌和構造，高黎貢山地區水熱活動以怒江大斷裂、瀘水—瑞麗斷裂帶為界劃分為三個水熱活動帶：1)怒江南北向構造水熱活動帶出露溫泉數量31個，水溫范圍在20 ℃～62 ℃之間，平均水溫31.8 ℃。溫泉主要沿怒江河岸以及南北向的怒江大斷裂帶呈帶狀分布。2)高黎貢山—三臺山弧形構造水熱活動帶內：a.邦臘掌—黃草壩區出露溫泉數量為26個，水溫范圍在20 ℃～100 ℃之間，平均水溫51.5 ℃，溫泉的分布主要受EW向的香柏河斷裂和NE向瀘水—龍陵斷裂帶的控制；b.朝陽—平達區出露溫泉28個，水溫范圍在20 ℃～81 ℃之間，平均水溫51 ℃，多數溫泉出露于喜山期—華力西期的花崗巖中，受近南北向的斷層控制，部分溫泉沿蘇帕河兩岸呈東西向分布，受侵蝕地貌影響較大；c.潞西盆地出露溫泉26個，水溫范圍在20 ℃～62 ℃之間，平均水溫28.6 ℃。3)騰沖—梁河弧形構造水熱活動帶出露溫泉35個，水溫范圍在20 ℃～76 ℃之間，平均水溫39 ℃。東部溫泉出露受控于隱伏的同沉積斷裂和龍川江斷裂，西部溫泉出露主要受控于騰沖—梁河弧形斷裂帶。

3.2 活動斷裂對高地溫的控制作用

在研究區內絕大部分溫泉沿活動斷裂與次級斷裂交匯部位分布，部分溫泉分布于較強活動性的構造復合位置。在研究區有3條總體上的活動構造帶，它們由一系列隆起帶、斷陷帶及斷裂帶組成，自東向西為瑞麗—龍陵—龍川江斷裂、小隴川—騰沖—瑞滇斷裂和盈江—梁河—占永斷裂。

高黎貢山山區的大氣降水量充沛，雨水沿著風化花崗巖及變質巖原生裂隙和后期構造斷裂帶下滲到盆地深部，經深部熱源加熱后，沿盆地內有利斷裂部位上涌至形成出露于地表的溫泉?；顒訑嗔咽橇己玫臒崴奂瘏^和熱水上涌通道，溫泉溫度隨活動斷裂深度而加深。

3.3 巖漿活動對高地溫的控制作用

研究區位于青藏高原東南緣擠出、走滑構造帶內，新生代構造對火山和巖漿活動的控制是十分明顯的。研究區內巖漿巖以花崗巖為主，主要發育于怒江大斷裂與龍陵—瑞麗斷裂相夾持的三角地帶，具有重疊性。研究區內火山巖主要為兩類：熔巖和火山碎屑巖。在龍川江河谷沿龍川江斷裂由北向南線性分布，基本在空間位置上與龍川江斷裂契合。

火山噴發間歇期遺留的巖漿囊成為區內高熱異常區良好的熱源供應體，上地幔物質上涌減壓熔融產生的原始玄武質巖漿底侵，發育有較強的深部熱流活動。深部熱流在地殼中形成巖漿房，伴隨著巖漿噴發和侵入作用之后，在中上地殼形成殘留的巖漿囊，研究區高溫巖石提供源源不斷的熱能來源。

4 結語

本文以高黎貢山隧道高地溫情況為研究對象，對該地區水熱活動、活動斷裂及巖漿活動對高地溫環境的控制作用作了系統的分析，對研究區熱源做了初步討論，得出以下結論：研究區巖漿活動強烈，構造斷裂比較發育，地下水量豐富。大氣降水沿補給區基巖裂隙網絡下滲,再匯集于規模較大的導水斷裂帶中進行深部循環地下水和巖體接受巖漿冷凝釋放的余熱和深部對流熱能的輻射，在循環過程中，深部熱水與炙熱巖體不斷地進行水熱交換，再加上巖漿中大量高溫氣體，揮發組分和放射熱也能溶于水中，并順巖石的原生裂隙、構造裂隙和侵入面上升和釋放，使巖體溫度更高，形成高水溫和高巖溫的狀態。

[1] 蘇 舟,曾繼練.娘擁水電站地熱成因及解決辦法[J].技術與市場,2012,19(8):138.

[2] 陳 蕾,袁 媛.布侖口—公格爾水電站發電引水隧洞高地溫洞段爆破技術研究[J].黑龍江水利科技,2012,40(9):107-108.

[3] 趙國斌,程向民,孫旭寧.齊熱哈塔爾水電站引水隧洞高地溫表現與對策[J].資源環境與工程,2013,27(4):566-567.

[4] 王楚驕.東緣進藏交通廊道地溫分布及隧址區地溫分析方法[D].成都：西南交通大學,2013.

[5] 焦國鋒.拉薩—日喀則鐵路高地溫分布特征研究[J].鐵道建筑,2013(8):101-104.

[6] 趙國斌,徐學勇,劉順萍.喀喇—昆侖山區引水發電洞高地溫現象及成因探討[J].工程地質學報,2015(6):1196-1201.

[7] 姚志勇.中尼鐵路高地溫分布特征及地質選線探析[J].鐵道標準設計,2017,61(8):21-26.