浅析浙西隐伏岩溶区某高速隧道岩溶水文地质条件

龙森

摘 要：基于对浙西隐伏岩溶区某高速隧道地质背景条件的详细调查，文章系统总结了研究区内的地形地貌、地层岩性和地质构造特点；对研究区的地下水类型及赋存条件，地下水补给、径流、排泄条件等做出了分析；总结了研究区内的岩溶发育特点，计算了隧道的基本涌水量，并对隧道的岩溶问题进行了综合分析。从而为该高速隧道的工程建设提供了可靠的地质依据，也进一步保障了该公路后期的科学设计和安全施工。

关键词：隐伏岩溶；隧道；水文地质条件；岩溶

1 隧道概况

研究区隧道位于浙江省衢州市开化县境内，隧道区域地形地质条件复杂，山岭险峻，峰峦叠嶂。隧道设计为双洞分离式公路隧道，全长3060米，右线设计长度3057米，左线设计长度3102米，洞身最大标高663m，洞口标高在189～220m左右，高差大。

2 隧道区基本地质条件

2.1 地形地貌

隧道位于怀玉山脉芹源岭地区，属低山地貌，整个隧道沿N72°E方向展布。其进口处山脊走向为N45°E，出口处山脊走向变为N 0°～25°E，山体最高点为高峰洞，标高664.5米，山脊两侧坡度陡，沟谷深切。

2.2 地层岩性

隧道区地处杨子准地台东南部，属江南地层区，隧道主体处出露地层为海相硅质岩和碳酸盐岩沉积的寒武系上统华严寺组、中统杨柳岗组。下统荷塘组出露于隧道的北西向，上统西阳山组出露于隧道的东南向。

2.3 地质构造

研究区位于华夏系褶皱带内，隧道区在石门背斜东南翼通过，石门背斜，轴线呈北东60-70°方向展布，核部地层为震旦系灯影组，两翼地层为寒武系地层；受断层破坏较大，宽约10km，长约4km，总体宽大于长，为短轴背斜；枢纽产状240°∠20°。

隧址断裂构造较发育，主要断裂为F34，F35，F36，F37。其空间位置如图1所示。其中F36、F37两条张性断层对隧道影响比F34、F35两条压性断层大。

根据野外调查，受石门背斜及附近张性断层影响，山顶处裂隙较发育，主要发育顺层节理和倾向节理。实测一组顺层节理宽10-15厘米，走向226°，约1米/条。

3 水文地质条件

3.1 地下水类型

隧道通过区主要地下水类型为碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶水、裂隙水，富水性弱，含水层岩性为寒武系中统杨柳岗组（？着2y）深灰色中薄层状泥灰岩、白云质泥灰岩、条带状、饼状灰岩，夹含炭硅质页岩，上统华严寺组（？着3h）深灰色条带状灰岩夹饼状灰岩，西阳山组（？着3x）深灰色中厚层状泥灰岩、饼状、瘤状、条带状灰岩。岩溶发育一般，地下水赋存于岩溶裂隙中，富水性不均一，主要受构造及地貌控制。

3.2 补给、径流、排泄特征

综合来看，区内岩溶地下水主要接受大气降雨补给。主要通过节理构造、溶蚀裂隙及极少数小型溶洞下渗补给地下水，由于隧道沿分水岭方向展布，两边坡度大，水在自身重力的作用下，易于形成地表径流，大气降雨很大一部分无法有效补给地下水。

区内地下水径流主要受地势影响，总体上应为上图所示四个方向，向山下径流。又由于山顶处及山体北坡多出露岩层且顺层节理及切层节理发育，在局部形成优势通道，切层节理沟通多个层面，使得地下水渗流方向改变，在节理交汇处，运动更为频繁。

本区地下水在山脚下以泉的形式转化为地表水或是以潜流形式侧向补给其他含水层，最终汇入池淮溪、龙山溪。

3.3 隧道区岩溶发育状况

隧道区碳酸岩分布广泛，寒武系除大陈岭组外均可见露头，隧道区主要穿过中统杨柳岗组和上统华严寺组。从地表调查来看，岩溶主要形式有溶纹、溶沟、溶槽等，在上寒武统含泥质条带的泥晶灰岩中，由于差异性溶蚀作用，在断面上见到鱼鳞状或波纹状溶蚀沟纹。区内溶沟、溶槽等发育较浅。

溶蚀裂隙主要沿层面及一组与层面正交的节理面发育，外部宽度可达15cm，但溶隙规模受构造面控制，延展性有限，发育深度较浅，对大气降雨的导入作用不甚明显。

总体来说，野外调查表明芹源岭地区地表溶蚀现象并不明显，多为溶隙和顺构造面方向的小溶洞，规模和深度都十分有限，唯一发现的一处大规模溶洞并不能说明该区域具备发育群发性大规模溶洞的条件。

3.4 涌水量计算

3.4.1 涌水量预测分段确定

根据隧道区段地下水补、径、排特点及含水岩组富水性、岩溶发育特征，对隧道区进行分区段涌水量预测，各分段控制面积确定以1∶1万地形图为基础，结合野外调查并考虑隧道区高程的影响程度而圈定。

3.4.2 涌水量预测方法选择及参数选取

隧道涌水具有季节性变化，预测隧道涌水量时应分别计算正常涌水量与雨季最大涌水量值。涌水量预测正确性，主要取决对隧道充水条件的正确分析及计算参数和计算方法的合理选用。由于目前所获取的本区水文地质资料有限，拟采取降水入渗系数法整体上预测涌水量。

降水入渗系数法：

Qy=ηQa=1000ηαAF/365

式中：a-入渗系数；η-涌水系数；A-年均降水量（mm）；F-各区段汇水面积（km2）；Qa-采用大气降水渗入法计算的渗入补给量（m3/d）；Qy-采用大气降水渗入法计算的涌水量（m3/d）。

区内降水量数据通过开化县气象资料获取。对涌水系数来说，本区内含水岩层均为弱富水性，且岩溶水主要运移于岩溶裂隙中，η取值空间应在0.1到0.4之间。对入渗系数来说，以区域水文地质报告已有参数为基础，同时参考各分区段入渗特征，确定最终参数取值。

3.4.3 涌水量计算

根据涌水量计算结果，隧道区年最大涌水量444.8573m3/d，年最小涌水量202.6685m3/d，年正常涌水量304.8472m3/d。按开化县历年监测的日最大降雨量预测，可能产生的最大涌水量为13007.1m3/d。endprint

4 隧道岩溶问题综合分析

4.1 地层岩性对岩溶发育的控制

碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础，碳酸盐岩中的CaO含量越高时，则其可溶性就越强，反之，则越弱，即白云岩类、泥灰岩类、硅质泥质炭质石灰岩类岩溶发育较弱，纯灰岩类则岩溶发育最强。从岩性角度来看，工作区上覆地层为寒武系华严寺组、杨柳岗组，本地区寒武系岩层总体特点是泥质含量较高，且碳酸盐岩常与非碳酸盐岩互层发育，因此从岩性基础上分析，本区岩溶并不发育。从实际野外调查来看，除高峰洞附近出现一较大溶洞外，也未见有其他群发性大型溶洞或地下暗河存在。

4.2 地形地貌对汇水条件的控制

在不同地貌条件下，岩溶发育过程是不同的。因为岩溶发育在很大程度上受地表水和渗透条件的影响，而这两者又常受地貌条件的影响，如地面坡度、切割密度和深度、水系分布等。因此，岩溶发育过程常和地貌发育过程联系在一起。地面坡度的大小直接影响渗透量的大小。在比较平缓的地方，地面径流流速缓慢，渗透量就较大，岩滚较发育。反之，地面坡度愈大，径流流速愈快，渗透量就愈小，岩溶发育就较差。

从地形地貌来看，由于隧道穿过两大流域分水岭，地形坡度陡，使得补给区面积较小，径流速度较快，不利于地下水补给。

4.3 地质构造与岩溶发育关系

从构造角度来看，主要影响在于张性节理发育且张开度较好，主要分为顺层节理和倾向节理，其中顺层节理发育占主导，为入渗提供了良好的通道，而倾向节理沟通了多个层面的顺层节理，在其交汇地带，地下水循环活跃，往往为岩溶较发育提供了有利条件，调查中高峰洞附近的溶洞就是地下水顺着倾向节理垂直下渗，在顺层节理面处发育的一个较大的溶洞，其规模大小与此处节理大小密切相关。

5 结束语

通过本次调查，基本查明了隧道区段的水文工程地质条件与岩溶发育特征，对隧道区岩溶水文地质条件有了如下基本结论：（1）受地层岩性及汇水条件影响，本区岩溶地貌不发育，主要以表面的溶痕为主。（2）本区岩溶发育规模主要受构造影响，特别是张性裂隙，区内唯一较大溶洞就是在构造影响下发育而成的。（3）通过初步估算计算，区内涌水量并不大，正常降雨条件下，丰水年也仅为445m3/d，按历史最大日降雨量来算，则为13007m3/d，对隧道整体工程影响不大。

参考文献

[1]徐晓青.浙西北高速公路隐伏岩溶区岩溶发育特征及岩溶塌陷易发性指标体系研究[D].中国地质大学硕士学位论文，2012.

[2]袁道先.中国岩溶学[M]. 北京：地质出版社，1993.

[3]中国科学院地质研究所岩溶研究组.中国岩溶研究[M].北京：科学山版社，1979.

[4]罗明明.浙西北岩溶发育及分布特征探讨[D].中国地质大学学士学位论文，2012.

[5]张人权，梁杏，靳孟贵，等.水文地质学基础（第六版）[M]. 北京：地质出版社，2011.

[6]Andreas M， Franko JM.Identification of a karst system's intrinsic hydrodynamic parameters： upscaling from single springs to the whole aquifer， Environ Earth Sci（2012） 65：2377-2389

[7]Geyer T， Birk S， Liedl R， Sauter M （2008） Quantification of temporal distribution of recharge in karst systems from spring hydrographs. J Hydrol 348：452-463.endprint

4 隧道岩溶问题综合分析

4.1 地层岩性对岩溶发育的控制

碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础，碳酸盐岩中的CaO含量越高时，则其可溶性就越强，反之，则越弱，即白云岩类、泥灰岩类、硅质泥质炭质石灰岩类岩溶发育较弱，纯灰岩类则岩溶发育最强。从岩性角度来看，工作区上覆地层为寒武系华严寺组、杨柳岗组，本地区寒武系岩层总体特点是泥质含量较高，且碳酸盐岩常与非碳酸盐岩互层发育，因此从岩性基础上分析，本区岩溶并不发育。从实际野外调查来看，除高峰洞附近出现一较大溶洞外，也未见有其他群发性大型溶洞或地下暗河存在。

4.2 地形地貌对汇水条件的控制

在不同地貌条件下，岩溶发育过程是不同的。因为岩溶发育在很大程度上受地表水和渗透条件的影响，而这两者又常受地貌条件的影响，如地面坡度、切割密度和深度、水系分布等。因此，岩溶发育过程常和地貌发育过程联系在一起。地面坡度的大小直接影响渗透量的大小。在比较平缓的地方，地面径流流速缓慢，渗透量就较大，岩滚较发育。反之，地面坡度愈大，径流流速愈快，渗透量就愈小，岩溶发育就较差。

从地形地貌来看，由于隧道穿过两大流域分水岭，地形坡度陡，使得补给区面积较小，径流速度较快，不利于地下水补给。

4.3 地质构造与岩溶发育关系

从构造角度来看，主要影响在于张性节理发育且张开度较好，主要分为顺层节理和倾向节理，其中顺层节理发育占主导，为入渗提供了良好的通道，而倾向节理沟通了多个层面的顺层节理，在其交汇地带，地下水循环活跃，往往为岩溶较发育提供了有利条件，调查中高峰洞附近的溶洞就是地下水顺着倾向节理垂直下渗，在顺层节理面处发育的一个较大的溶洞，其规模大小与此处节理大小密切相关。

5 结束语

通过本次调查，基本查明了隧道区段的水文工程地质条件与岩溶发育特征，对隧道区岩溶水文地质条件有了如下基本结论：（1）受地层岩性及汇水条件影响，本区岩溶地貌不发育，主要以表面的溶痕为主。（2）本区岩溶发育规模主要受构造影响，特别是张性裂隙，区内唯一较大溶洞就是在构造影响下发育而成的。（3）通过初步估算计算，区内涌水量并不大，正常降雨条件下，丰水年也仅为445m3/d，按历史最大日降雨量来算，则为13007m3/d，对隧道整体工程影响不大。

参考文献

[1]徐晓青.浙西北高速公路隐伏岩溶区岩溶发育特征及岩溶塌陷易发性指标体系研究[D].中国地质大学硕士学位论文，2012.

[2]袁道先.中国岩溶学[M]. 北京：地质出版社，1993.

[3]中国科学院地质研究所岩溶研究组.中国岩溶研究[M].北京：科学山版社，1979.

[4]罗明明.浙西北岩溶发育及分布特征探讨[D].中国地质大学学士学位论文，2012.

[5]张人权，梁杏，靳孟贵，等.水文地质学基础（第六版）[M]. 北京：地质出版社，2011.

[6]Andreas M， Franko JM.Identification of a karst system's intrinsic hydrodynamic parameters： upscaling from single springs to the whole aquifer， Environ Earth Sci（2012） 65：2377-2389

[7]Geyer T， Birk S， Liedl R， Sauter M （2008） Quantification of temporal distribution of recharge in karst systems from spring hydrographs. J Hydrol 348：452-463.endprint

4 隧道岩溶问题综合分析

4.1 地层岩性对岩溶发育的控制

碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础，碳酸盐岩中的CaO含量越高时，则其可溶性就越强，反之，则越弱，即白云岩类、泥灰岩类、硅质泥质炭质石灰岩类岩溶发育较弱，纯灰岩类则岩溶发育最强。从岩性角度来看，工作区上覆地层为寒武系华严寺组、杨柳岗组，本地区寒武系岩层总体特点是泥质含量较高，且碳酸盐岩常与非碳酸盐岩互层发育，因此从岩性基础上分析，本区岩溶并不发育。从实际野外调查来看，除高峰洞附近出现一较大溶洞外，也未见有其他群发性大型溶洞或地下暗河存在。

4.2 地形地貌对汇水条件的控制

在不同地貌条件下，岩溶发育过程是不同的。因为岩溶发育在很大程度上受地表水和渗透条件的影响，而这两者又常受地貌条件的影响，如地面坡度、切割密度和深度、水系分布等。因此，岩溶发育过程常和地貌发育过程联系在一起。地面坡度的大小直接影响渗透量的大小。在比较平缓的地方，地面径流流速缓慢，渗透量就较大，岩滚较发育。反之，地面坡度愈大，径流流速愈快，渗透量就愈小，岩溶发育就较差。

从地形地貌来看，由于隧道穿过两大流域分水岭，地形坡度陡，使得补给区面积较小，径流速度较快，不利于地下水补给。

4.3 地质构造与岩溶发育关系

从构造角度来看，主要影响在于张性节理发育且张开度较好，主要分为顺层节理和倾向节理，其中顺层节理发育占主导，为入渗提供了良好的通道，而倾向节理沟通了多个层面的顺层节理，在其交汇地带，地下水循环活跃，往往为岩溶较发育提供了有利条件，调查中高峰洞附近的溶洞就是地下水顺着倾向节理垂直下渗，在顺层节理面处发育的一个较大的溶洞，其规模大小与此处节理大小密切相关。

5 结束语

通过本次调查，基本查明了隧道区段的水文工程地质条件与岩溶发育特征，对隧道区岩溶水文地质条件有了如下基本结论：（1）受地层岩性及汇水条件影响，本区岩溶地貌不发育，主要以表面的溶痕为主。（2）本区岩溶发育规模主要受构造影响，特别是张性裂隙，区内唯一较大溶洞就是在构造影响下发育而成的。（3）通过初步估算计算，区内涌水量并不大，正常降雨条件下，丰水年也仅为445m3/d，按历史最大日降雨量来算，则为13007m3/d，对隧道整体工程影响不大。

参考文献

[1]徐晓青.浙西北高速公路隐伏岩溶区岩溶发育特征及岩溶塌陷易发性指标体系研究[D].中国地质大学硕士学位论文，2012.

[2]袁道先.中国岩溶学[M]. 北京：地质出版社，1993.

[3]中国科学院地质研究所岩溶研究组.中国岩溶研究[M].北京：科学山版社，1979.

[4]罗明明.浙西北岩溶发育及分布特征探讨[D].中国地质大学学士学位论文，2012.

[5]张人权，梁杏，靳孟贵，等.水文地质学基础（第六版）[M]. 北京：地质出版社，2011.

[6]Andreas M， Franko JM.Identification of a karst system's intrinsic hydrodynamic parameters： upscaling from single springs to the whole aquifer， Environ Earth Sci（2012） 65：2377-2389

[7]Geyer T， Birk S， Liedl R， Sauter M （2008） Quantification of temporal distribution of recharge in karst systems from spring hydrographs. J Hydrol 348：452-463.endprint