淺析巖溶及瓦斯對觀音巖隧道的危害及影響

文∕張艷、陳清泉、陳華

1 前言

筠連至巡司快速通道觀音巖隧道位于四川省筠連縣境內，隧道為分離式隧道，進口在筠連鎮龍懷壩，出口在古樓鄉龍洞灣。工程區處在四川盆地中亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫暖、降水充沛、四季分明、冬暖春早、夏長秋短、霜雪較少。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

工程區位于四川盆地南部邊緣與云貴高原的過渡地帶，隧址區為構造剝蝕—溶蝕低山地貌，山體渾厚，地表植被茂密，洞身地形中部高，進、出口地段地形較低，地形起伏較大，局部地形呈鋸齒狀，海拔高程478～702m，相對高差約224m，局部成陡崖狀，隧道最大埋深220m，因此此隧道為越嶺隧道[1]。

2.2 地層巖性

2.2.1 紅粘土

黃色；可塑狀；廣泛分布于隧道附近的斜坡以及沖溝內；在巖溶發育地段，溶蝕裂隙中常常有殘積的紅粘土充填。

2.2.2 二疊系下統（P1）

灰巖：灰黑色，隱晶質結構，中～厚層狀構造，巖質堅硬。巖體的風化程度主要受溶蝕裂隙發育控制，在溶蝕裂隙發育地段常常形成囊狀風化帶，而在基巖裸露且溶蝕裂隙不發育的地段，一般都是中風化。

2.3 地質構造

隧址區位于揚子準地臺上揚子臺坳的川東南陷褶束，且為北東向構造與南北向構造的復合部位，工程區內未見有斷層，主要為褶皺構造，工程區內未見有斷裂通過。工程區巖層產狀為320°∠43°，主要發育2 組裂隙。

2.4 新構造及地震

工程區內新構造運動不明顯，且以間歇性抬升為主，測區地震動峰值加速度為0.05g；地震動反應譜特征周期為0.45s，地震基本烈度為VI 度。

3 水文地質條件

3.1 地表水

隧道進口附近出露溶洞，常年有水，測時流量約3L/s。洞口為鄉村公路，水流通過涵管排泄到泄洪渠內，再通過泄洪渠排泄到定水河。據向當地村民調查，暴雨時該處流量暴漲，所修涵管不能滿足其泄洪，流水溢出鄉村公路路面。該溶洞主要由石灰坳漏斗所匯集的雨水補給，由小龍懷方向的溶洞向該洞口延伸，其地板高程和隧道大致相當。

3.2 地下水

隧址區地下水可分為第四系松散覆蓋層孔隙水和巖溶裂隙水。

第四系覆蓋層孔隙水主要分布于殘坡積、殘積的紅粘土之中，受大氣降水補給影響，就近排泄，局部可能形成上層滯水，且該類地下水的水量總體上欠豐富。

巖溶水分布于灰巖裂隙之中，該區域巖溶非常發育，地表發育了大量的峰叢及巖溶洼地，地下發育豐富的溶洞及溶管。溶洞、溶管中在枯季時絕大多數干枯，雨季暴雨出現后，大量地表水由落水洞灌入地下進入巖溶管道，再由溶管排出形成洪流。此外，在隧址區發現大量的水平干溶洞，在隧道底板以上高程的水平溶洞較為發育，在古樓壩西側小灣龍洞坡立谷陡壁上可見大量的垂向溶管，分布高程為510～540m，因此推測隧址區巖溶垂向溶管也較為發育[2]。在雨季施工時，施工單位應該做好超前預報和支護措施，防止發生突水突泥事故。

觀音巖隧道穿越定水河和巡司河兩個一級巖溶水文地質單元，隧道前段位于定水河巖溶水文地質單元I 中，后段位于古樓壩-小魚洞巖溶水文地質單元II-1 范圍內。以牛背上-石灰垇-羊參包為地下水分水嶺，西側以定水河為排泄基準面，高程約為445m；東側以巡司河為排泄基準面，排泄高程為431m。區內巖溶呈現出顯著的臺階狀洼地分布詳見圖1和圖2。

觀音巖隧道的進口至石灰垇段地下巖溶管道發育，且管道順層發育，因此推測隧道線與該巖溶管道在進口處斜交，故此段在雨季發生涌水事故的可能性較大。隧道中間段穿越定水河水文地質單元和巡司河水文地質單元之間的分水嶺，通過調查發現分水嶺部位地下巖溶并不是很發育。隧道此段主要是防止發生涌水事故。隧道的出口端510～540m 高程處出露大量的垂向溶管，出口端高程在497m 左右，處于垂向溶管的下方，枯季發生涌突水危險性較小，但雨季容易發生集中式的涌突水。暴雨后地表水通過負地形的匯聚進入落水洞，進而進入地下巖溶管道，原本有粘土充填的垂向溶管可能因為水的軟化及重力作用而發生坍塌，巖溶管道得以疏通，進而誘發突水、突泥事故。

圖1 觀音巖隧道與巖溶地下水關系

圖2 K 線觀音巖隧道剖面投影

4 巖溶發育情況及對隧道影響

隧道區出露基巖為灰巖，巖溶主要發育為溶溝、石芽、溶孔、溶洞和溶管。溶溝和石芽發育于地表，在基巖出露地方均十分發育，溶溝寬度一般約2～3m，深度3～5m，底部一般為殘積紅粘土充填。

隧道區內發育大量溶洞（局部為溶洞群）、溶孔及溶管。溶孔直徑約10cm，溶洞直徑約0.5～4m。在隧道進口處，多為溶洞群，底板高程約478～495m，溶洞形狀均不規則，大多為半充填，個別為全充填，充填物為紅粘土，個別溶洞頂部與落水洞相連。溶洞在枯季時絕大多數干枯，除進口處一溶洞有常年流水溢出。雨季暴雨后，大量地表水由落水洞灌入地下進入巖溶管道，再由溶管排出形成洪流，此類情形在隧道進出口處尤其突出。在隧道底板附近的水平溶洞較為發育，而這些溶洞均高于隧道線，因此在隧道開挖時要注意盡量選擇大角度通過。在古樓壩西側小灣龍洞坡隧道出口附近立谷陡壁上可見大量的垂向溶管，分布高程為510～540m，由此推測隧址區巖溶垂向溶管也較為發育。在雨季施工應該做好支護措施，防止發生突水突泥事故[3]。

5 瓦斯對隧道影響

隧道位于筠連背斜與雙河背斜的復合部位，圍巖為二疊系下統灰巖，其下伏地層為銅溪礦組，巖性為黑色炭質頁巖夾砂巖及煤線，炭質頁巖和煤層均具有一定的生烴可能性，同時是可能產生瓦斯的地層；除此之外，還可能沿背斜核部的張裂隙上升，然后通過巖溶管道形成瓦斯氣體的深部補給。另外，在二疊系上統龍潭煤系地層，存在的瓦斯氣體會沿背斜核部的垂直向張裂隙或背斜翼部巖層與巖層之間的“虛脫”空間上升到隧道附近，通過巖溶管道連通至隧道內，形成瓦斯深部或遠程補給。

隧道中巖溶發育具有隨機性，因此不論是銅礦溪組還是龍潭煤系地層的瓦斯補給，在隧道附近的補給通道仍然是巖溶管道。由于巖溶發育具有隨機性，即瓦斯補給通道具有隨機性，在鉆孔中也未能揭露瓦斯，只能對瓦斯濃度進行定性判斷，因此該隧道仍然存在發生微瓦斯的可能，那么在施工中就要加強監測和通風。

6 結語

6.1 工程區內隧道進口附近一溶洞有常年流水溢出，其補給源主要為石灰坳，小龍懷方向亦有部分補給；特別在夏季天降暴雨時，流量較大，隧道的設計應充分考慮該因素。

6.2 溶洞多有紅粘土填充，且隧道洞身段亦有空溶洞或充土溶洞發育的可能，在溶洞發育段在施工過程中遇到涌突泥的可能性較大，應提前做好安全施工應急預案，并加強施工超前地質預報及其他施工地質工作，制定一套嚴密的預防措施及危險發生時的應急預案，從而有效預防突水、突泥的發生對人員、工程結構的危害。

6.3 隧道圍巖為二疊系下統灰巖，其下伏地層為銅溪礦組，是可能產生瓦斯的地層；此外，二疊系上統龍潭煤系地層，存在的瓦斯氣體通過巖溶管道連通至隧道內，形成瓦斯深部或遠程補給。因此，隧道可能產生微瓦斯，建議在施工過程中加強通風、杜絕火源，并制定一套嚴密的預防措施及危險發生時的應急預案。