地質選線案例分析

楊世福

（中鐵二院地勘巖土工程設計研究院，四川成都 610031）

0.引言

上韶隧道、大方山隧道位于廣西環江毛南縣水源鎮境內，進口位于下南鄉，出口位于水源鎮。上韶隧道中心里程為D1K253+427.50，全長3324m，最大埋深約470m，單面坡。大方山隧道中心里程D1K260+095，全長9647m，最大埋深約375m，為雙線單洞隧道，設計為“人”字坡，隧道設置1個泄水洞，1個平導。上韶隧道+上韶大橋+大方山隧道方案原方案為下南隧道，全長11950m，勘察過程中地質專業對測區工程地質、水文地質做了大量調查、勘探及分析工作，經多次會商后提出線路平面、標高需進行調整。線路標高抬升使一隧變為二隧一橋。在施工過程中多次遇到暗河、溶潭，但未出現較大的突水涌泥風險，很大程度上避免了地質災害的發生，贏得各方好評。

1.自然地理概況

1.1 氣象

隧區屬于亞熱帶季風濕潤氣候區，年平均氣溫18.86℃～20.38℃，7月最高，平均氣溫27℃～28℃，元月最冷，平均氣溫8.6℃～10.6℃左右，多年極端最高氣溫38.5℃，最低氣溫-3.2℃，無霜期長達300d～340d。

根據河池氣象站降雨資料統計，多年（1955—2014年）平均降水量為1475.2mm，每年5～8月為降水量高峰期，占全年降水量的50%左右，年均每月達210.6mm～287.7mm（見圖1）。雨季平均長160.9d，5～8月各月降水日數最多為17d～22d，日降水量≥25mm為17.95d/a，≥5mm為5.25d/a，24h最大降水量242.4mm，連續降雨量最大為2d 374.9mm。

圖1 河池氣象站1955—2014年月均降雨量分布圖

1.2 水文

隧區位于打狗河流域和環江流域分水嶺地帶，分水嶺東北側地表水主要通過溪溝匯入古賓河（大環江支流）及大環江，分水嶺西南側地表水、地下水主要通過暗河徑流匯入遠處的打狗河及龍江；下南至水源隧道區水文概圖如圖2所示。隧道附近無大的自然河流，僅有一些自然的或經人工修砌的溪溝。上韶隧道進口端附近D1K251+350左側500m為南川水庫。

圖2 下南-水源隧道區水文概圖

2.主要地質構造及地層巖性

2.1 里臘向斜

軸部位于大方山隧道D1K259+800m附近，該褶皺與線路相交角約76°，經干峒門-里臘-布峒一帶，走向N30°E，長約36 km，寬約13km，呈短軸分枝狀，軸部地層為石炭系中統（C2）可溶巖，兩翼為石炭系下統大塘階（C1d1+2）、巖關階（C1y）非可溶巖。（注：向斜NW翼為上韶隧道進口，石炭系下統（C1y）、（C1d1+2）非可溶巖與石炭系中統（C2）可溶巖地層接觸，向斜NE翼為大方山隧道出口，石炭系中統（C2）可溶巖與石炭系下統（C1y）非可溶巖接觸。）向斜兩翼巖層傾角較緩，為一緩傾斜向斜，向斜SE翼代表產狀N—S/ 18°W，向斜NW翼產狀N87°W/18°SW。可溶巖段地下暗河、天窗、泉點極為發育，受兩翼非可溶巖控制，向斜呈儲水“盆狀”構造，地下水對隧道影響極大。向斜構造及巖性分布見地質剖面圖（圖3）。

圖3 地質剖面圖

2.2 地層巖性

上韶隧道進口、大方山隧道出口（向斜兩翼）：地層巖性為石炭系下統大塘階（C1d1+2）灰巖、頁巖夾炭質頁巖及砂巖，巖關階（C1y）頁巖夾砂巖、炭質頁巖。隧道洞身（向斜部）：地層巖性為石炭系中統（C2）灰巖、白云巖。

3.水文地質

3.1 巖溶洼地調查

據陳國亮[1]巖溶地貌及演化形式[2]，隧區位于貴州高原與桂中平原過渡帶[3]，屬巖溶化山地[4]，為構造巖溶峰叢洼地地貌，山峰簇立，基座大部相連，基巖裸露。地形起伏大，相對高差大；峰叢、洼地相嵌，洼地多呈多邊形、橢圓形、長條形等；在隧道兩側2km范圍，統計洼地總計52個，平均1.04個/km2，主要發育于石炭系中統（C2）白云巖及灰巖中，洼地底部高程在460m～805m，一般在450m～650m，占88.5%，洼地及洼地標高、個數分布見圖4和圖5。

圖4 下南-水源隧道2km范圍內洼地分布圖（紅線為隧道最低和最高高程）

圖5 隧道區典型洼地

3.2 巖溶水

隧道洞身含水巖組為石炭系中統（C2）灰巖、白云巖，屬于巖溶溶隙-管道水。由于地表洼地、落水洞、溶洞、消水洞發育，推測隧區巖溶中等—強烈發育，巖溶水豐富，但其具不均一性，分布無規律性。在向斜核部附近和節理密集發育帶由于巖體破碎，為地下水的富集提供了良好的徑流空間，巖溶水更加豐富。

對隧區內地下水的補排水點進行了調查，其出露特征統計見表1。

表1 暗河、泉點調查統計表

主要暗河進出口標高分布在450m～505m，泉點出露標高分布在449m～500m。

3.3 水文地質特征

3.3.1 補給

大氣降雨是隧區地下水唯一補給來源，主要集中在5～8月份。地貌上主要灰巖構成的峰叢洼，局部地段形成開口或半開口的峰叢谷地，洼地、落水洞十分發育，大氣降雨通過這些地表巖溶形態垂直滲入補給地下。在峰叢洼地區，除了蒸發量（主要為陸面蒸發）以外，降雨量幾乎全部補給地下水，具有分散點狀灌入式補給特征，降雨入滲補給強度較大。在峰叢谷地區，枯水季節，降雨大多直接滲入地下補給地下水，而在豐水季節，谷地中則經常有地表溪流存在，在地表徑流運動過程中逐漸滲入地下，或者通過伏流形式轉入地下補給地下水。

3.3.2 徑流排泄

上韶隧道—大方山隧道右區為上忙地下河系統的東北部源頭地區，地貌上為峰叢谷地，地下水流以裂隙-管道流為主，主要是自北東（線路左側）向南西（線路右側）方向徑流運動，然后以地表徑流+伏流的形式從下南鎮下旦地區匯入上忙地下河，在打狗河左岸排泄，打狗河為區域內的排泄基準面（標高約240m）。

大方山隧道左區東北部的里臘—下灘地區，構成一個獨立的地下河系統—下灘地下河系統，以裂隙-管道流為主，地下水流方向為自北向南，于下灘西北部出流于地表，為地表小河的源頭，向東徑流進入東部分散流系統中。地下河為一小型單管狀地下河，長4km，出口標高450m，枯期流量17.2L/s，雨季常見流量36.7L/s。

測區地質構造，巖性是控制地下水的發育內在因素，具體如下：

上韶隧道位于里臘向斜NW翼，受進口非可溶巖控制，地下水不能向小里程方向（下南洼地）排泄，受阻于接觸帶向大里程方向返流，后經右側槽谷向右側排泄，當洼槽中積水較高時才向小里程端洼地漫流。上韶隧道出口及右側的溝槽（上納至上丟溝槽）內洼地標高485m～510m，為徑流區內一高位排泄面，溝槽內有多處溶潭、泉點出露，地下水出露后通過地表溝渠徑流及伏流的形式朝線路右側的下任洼地方向排泄，之后轉入地下最終匯入打狗河（標高約240m）。

大方山隧道位于里臘向斜NE翼受出口非可溶巖控制，地下水不能向大里程方向（水源洼地）排泄，受阻于接觸帶向小里程方向返流，線路右側為打狗河排泄區，地下水總體由小里程向大里程從左側向右側排泄。

綜上所述分析，上韶隧道、大方山隧道位于巖溶水徑流補給區，小里程端（上韶隧道進口）及大里程端（大方山隧道出口）受非可溶巖控制，右側為打狗河排泄區，總體從小里程向大里程，從左側向右側方向排泄。

4.選線建議

經大面積區域地質繪及勘探揭示：標高在433m以上為石炭系中統（C2）灰巖、白云巖，屬含水層，地表溶洞、暗河、天窗極為發育；標高433m以下為石炭系下統大唐階（C1d1+2）頁巖、砂巖夾炭質頁巖，屬弱含水層，相對隔水層。暗河出口標高在450m～505m，多數分布在468m標高。

建議線位標高進出口非可溶巖段控制在430 m左右，向斜中部可溶巖段控制在510m以上最佳。線路平面建議垂直里臘向斜軸沿E-W地勢較高的山脊通過，盡量避開或少穿大型洼地及水平循環帶。

5.方案調整對照表

依據地質專業提供的地下水位標高及含水層情況，上韶隧道單面坡25%上，大方山隧道采用“人”字坡，進口標高424.44m，比最初方案375.3m抬高49.14m，出口標高380.16m，比最初方案347.42m抬高32.74m；坡率亦相應調整（見表2）；進口設泄水洞，出口設橫通道兼排水功能。

表2 方案調整對照表

6.施工揭示情況

（1）上韶隧道涌水段主要集中在DK254+666～+630m、DK254+246～+234m及DK254+090～+030m段，連續大雨或暴雨后，左右兩側邊墻中下部多處均有股流狀出水點，DK254+090～+030m左側出水點具有一定的承壓性，最大涌水量約13375m3/h。未揭示溶洞及暗河。

（2）大方山隧道施工中共揭示溶洞26個，其中：暗河天窗5處，突水涌泥4次，施工中主要暗河水面高程與內軌面高程見表3。

表3 施工中主要暗河水面高程與內軌面高程表

7.結語

西南地區可溶巖選線中對地下暗河、洼地、出水點標高調查，地下水的補給、徑流、排泄區找分，判識巖溶水垂直循環帶、季節變動帶、水平循環帶，提出合理化建議，對穩定線路方案至關重要。在鐵路建設中，方案比選、投資控制、風險控制等方面，地質選線越來越引起人們的高度重視。