桐梓特長隧道水文地質條件分析及涌水量預測

劉朝躍，石天文，周 松

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 引 言

桐梓隧道是蘭海高速重慶至遵義段擴容工程的重點工程，為雙向六車道高速公路隧道，全長10 497 m，最大埋深649 m，單向上坡，縱坡坡率1.75%，單洞建筑限界為17.65m×5 m，設計速度100 km/h；荷載等級為公路-Ⅰ級。隧道地處黔北高原北部大婁山脈延伸偏轉部位，山巒起伏，溝谷縱橫，區內主要山脊走向基本保留了早期隆起雛形，地勢總體特征為中部高兩端低，最高點海拔1 729.9 m，最低點高程592.3 m。

2 區域地質特征

隧址區復式褶皺及斷裂發育，斷裂有4條。隧道穿過的地層單元共17套、累計穿越不同巖性34次，其分布特征受構造控制明顯，因復式褶皺及斷裂作用，分別在隧道進口、洞身及出口段穿越了相同地層單元，巖性有灰巖、泥巖、煤系地層等。場區碳酸鹽地段巖溶發育，在分水嶺地帶巖溶以洼地、落水洞為主；斜坡地帶洼地、落水洞加大；河谷及沿河地段為溶洞、地下河，從分水嶺至河谷明顯增強，如區內的龍洞塘及馬打洞地下暗河；厚層灰巖巖溶形態較大，地下洞穴發育，巖溶化程度高；陡傾褶皺中的碳酸鹽巖與碎屑巖呈條帶狀相間分布，巖溶多沿構造線走向發育；巖溶發育程度隨深度增加而減弱，一般0～100 m巖溶發育強烈，以洼地、落水洞為主；100～250 m發育中等，以溶隙為主；250 m以下發育較弱，主要為溶蝕孔洞。

3 水文地質特征

隧址區地處綦江、赤水河及烏江水系分水嶺部位。大氣降水是場區地下水的主要補給源，補給方式為降水形成的片流、地表逕流通過裂隙、溶隙、落水洞等下滲補給。從全區情況看，地形較陡峻，降水滲入后，形成的水力坡度較大，雖然溶隙溶洞及管道曲折多變，但地下逕流普遍迅速；排泄區為谷地及河流，地下水大都沿巖層面分布。隧址區淺埋區地下水埋深小于50 m；深埋區下水埋深50～100 m，局部地段大于200 m。

區內發育兩條暗河，其中龍洞塘暗河整體位于隧道區東側，管道全長13.5 km，尾部從隧道上側200 m處通過，隧道開挖存在襲奪暗河水體的風險；龍洞塘地下暗河位于隧道區西側，全長2.8 km，暗河與隧道之間受泥巖層阻隔，對隧道影響小。

4 水文地質單元分區

依據地表分水嶺及水文網所起的控制作用，將區內分為3個水文地質區7個亞區。

I1區：面積25.65 km2。含水巖組主要有P2q、P2m、T1m灰巖及S1l、S1sh等粉砂巖，分別形成裂隙溶洞水、溶洞裂隙水和基巖裂隙水，以P2m最為突出，其洼地落水洞發育，補給范圍跨過分水嶺形成水量較大的龍洞塘地下河。受背斜控制，地下水沿背斜兩翼及傾伏端彎轉徑流，自南而北再轉向西順層排往松坎河。

I2區：面積17.75 km2。含水巖組為P3c、P3l、P2m、P2q灰巖、泥巖等為巖溶裂隙溶洞水、溶洞裂隙水，以P2m為主，其洼地落水洞發育，有馬打洞地下暗河分布。地表分水嶺與地下分水嶺一致，地下水沿向斜軸部和兩翼由南往北排泄。

II1區：面積11.48 km2。含水巖組有P2q、P2m、T1m灰巖及S1l、S1h、P3l、P3c、T1y泥質粉砂質，形成裂隙溶洞水、溶洞裂隙水和基巖裂隙水。受洼地落水洞影響，P2m地下水反向越過分水嶺進入龍洞塘地下河，少部份向南運移。除此，地下水總體順背斜軸和層面由北向南徑流。

II2區：面積4.42 km2。含水巖組以T1m、T1y、P3c、P3l、P2m、P2q、S1l等灰巖、泥巖為主，為裂隙溶洞水、溶洞裂隙水和基巖裂隙水。向斜軸部較特殊，地層產出平緩，有走向斷層切割，T1m灰巖頂托于淺表，下面為T1y泥巖，斷層淺部導水，下部泥質含量重，溝通性差。區內地下水以裂隙及部份斷裂為導水脈絡，一方面就近出露，另一方面排往外面桐梓河。

II3區：面積14.45 km2。含水巖組為T1m、T1y、P3c灰巖、泥巖，主要為基巖裂隙水。地下水補給面有限，富水性差。

II4區：面積16.83 km2。含水層為ε2-3ls、O1t+h、O1m、O2b、O3j、O3w白云巖、灰巖、泥巖，地下水較豐富。

III1區：面積約6.59 km2。含水巖組為T1y、P3c、P3l、P2m、P2q、S1l等灰巖、泥巖，軸部有斷層穿切。地下水由南往北順層運移，排往溝谷和河谷內。

III2區：面積約3.02 km2。地下水主要為ε2-3ls、O1t+h、O2b，巖溶裂隙溶洞水、溶洞裂隙水，循壞交替較好。

5 隧道涌水量預測

區內碳酸鹽巖發育，裂隙溶洞、暗河系統等錯綜復雜，形成了復雜的地下水網絡系統。預測隧道涌水量時，用虛擬的等效介質場近似代替復雜的網絡介質場，將隧道洞身視為處于一無水隔水底板，左右無限延伸的潛水含水層中。為較為準確評價隧道涌水量，采用了多種方法：(1)大氣降雨入滲法，最大涌水量Qmax=194 592 m3/d；(2)地下徑流模數法，最大涌水量Qmax=119 119 m3/d；③地下水動力學法192 373 m3/d。結果顯示存在差異，考慮前兩者方法局限性，因此設計按照地下水動力學法計算結果作為隧道涌水預測值。

6 水文地質問題預測

(1)涌水、突泥：隧道碳酸鹽巖占60%，巖溶發育強烈，存在豐富的地下水，隧道穿越時易造成突水、突泥；隧道出口側臨近團圓煤礦上部采區，需重視預留巷道串通老窯積水問題；茅壩向斜軸部灰巖，含水層疊置于隧道頂板以上，地下水賦存豐富，易形成承壓水，施工中應加強監測和預報。

(2)地下水漏失及泉點干涸：隧道開挖將形成較大的集水廊道，勢必對隧址區水文地質條件產生影響，改變原有的地下水徑流場。在影響范圍內可能出現地下水水位降低、地表部分井、泉干枯等現象，隧道施工過程視涌水程度可采用堵排結合處治。

7 結 論

(1)隧址區可溶巖與非可溶巖交替出現，分布有多處富水構造，可溶巖段巖溶強烈，工程地質及水文地質條件復雜。場區地下水主要靠大氣降水補給，隧道開挖揭露隱伏巖溶及富水帶產生大規模涌水、突泥的風險高。

(2)隧址區依據地表分水嶺及水文網所起的控制作用，將區內分為3個水文地質區7個亞區。隧道預測最大涌水量為192 373 m3/d。黔北地區極端天氣頻發，隧道開挖涌水量大，易帶來涌水、突泥、地下水漏失及泉點干涸等水環境地質問題，設計及施工可采用堵排結合的形式處治。