某隧道岩溶水文地质特征及方案的选择

谭 家 华

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)



某隧道岩溶水文地质特征及方案的选择

谭 家 华

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)

通过调研某岩溶隧道的水文地质条件，从岩溶发育、岩溶水补给、径流、岩溶水文地质单元等方面，阐述了隧道区岩溶水文地质特征，并分析了其对隧道的影响，提出了隧道合适位置的建议方案，为类似岩溶隧道选线工程提供参考。

隧道，岩溶，地下水，线路方案

1 隧道工程概况

拟建隧道位于恩施市屯堡附近，为一公路双线隧道，长约1.88 km，隧道最大埋深680 m，纵坡为单面坡，坡度2.5%，穿越强岩溶发育区。

2 隧道区地貌及地质特征

2.1 地貌特征

项目区为构造侵蚀溶蚀中高山区，南西侧为清江，呈典型的山地台原—陡崖—山前缓坡地貌，台原区地面标高为1 400 m～1 800 m，植被较发育，为馒头山间岩溶槽谷，槽谷内多被开垦为农田，种植农作物；陡崖近直立，高度400 m～500 m，无植被发育；陡崖底部山地斜坡地面标高700 m～1 100 m，坡度10°～20°，多为堆积体覆盖，植被较发育，局部开垦为农田。

2.2 地质特征

隧道穿越一小型向斜，走向约240°，向南(清江方向)倾覆，核部为T1d3厚层灰岩，两翼为T1d1～2泥质灰岩夹页岩、P2灰岩，北西翼产状170°～210°∠14°～17°，南东翼产状355°∠15°，清江岸边陡坡地段地层产状紊乱，近水平，区域岩层产状235°∠8°，裂隙发育，岩体较破碎(见图1)。

3 隧道区岩溶水文地质特征

3.1 岩溶发育特征

1)隧道的岩性、岩组及对岩溶发育的控制作用。隧址区地层主要为T1d灰岩，可细分为上部厚层、巨厚层灰岩(T1d3)和下部泥质灰岩夹页岩(T1d1～2)。厚层、巨厚层灰岩为岩溶好发育岩组，为岩溶发育提供了良好的介质空间，在下部泥质灰岩夹页岩阻水层的作用下，大气降水入渗形成的地下水在该层聚集，为岩溶提供充足的水动力条件，因此，该层局部岩溶非常发育，易形成水平向展布的溶洞、暗河等，大量的岩溶漏斗、洼地、落水洞也多发育于该层。

2)地质构造对岩溶发育的控制作用。隧址区为小型宽缓式向斜构造，受构造影响，向斜核部裂隙发育，岩体破碎，加之核部进一步汇集了各方地下水，因此向斜核部岩溶非常发育，在地下水的不断侵蚀作用下，溶洞逐渐贯通，最终形成地下水暗河系统。

此外，隧址区主要发育两组垂直节理，沿两组节理面，岩溶发育。

3)地下水对岩溶发育的控制作用。地下水为岩溶发育提供动力条件，地下水运移特征不同，岩溶发育存在很大差异。根据地下水运移特征差异，可将地下岩溶空间分为垂直渗流带、季节变动带、水平径流带、深部循环带。

垂直渗流带：地下水主要以垂直下渗运动为主，岩溶发育主要为垂直型的溶洞和溶蚀裂隙为主，在地表主要表现为漏斗、落水洞、竖井、天坑等。由于地下水流相对比较分散，水力作用有限，溶洞之间的连通性相对较差，地表被水流带走的土石等杂物多停留在这一层，溶洞多充填粉质黏土及块石。

季节变动带：洪水位与平水位之间的岩溶空间称为季节变动带，受大气降水影响，雨季时，地下水位上升到达洪水位，地下水流运动以水平运动为主，旱季时，地下水位下降，到达平水位，地下水以垂直型运动为主。水动力条件对岩溶发育非常有利，岩溶发育最强烈，往往发育成层的水平及垂直的溶洞及暗河系统，溶洞多为无充填的空洞。

水平径流带：位于最低地下水位以下，其下限为当地侵蚀基准面，地下水以水平运动为主，大量的溶洞、暗河、地下湖泊等都产生于此带。

深部循环带：位于水平岩溶发育带之下，在区域构造作用下，地下水做更长更远的区域性流动，水位埋深大，水循环交替缓慢，岩溶发育很弱，主要为溶隙及溶孔。

根据水文地质条件以及本次勘察成果分析，水平径流带大概处于标高700 m～1 100 m范围内，其上为垂直渗入带，其下为深部循环带。隧道洞身处于水平径流带中。

3.2 岩溶水的补给、径流、排泄特征

研究区岩溶地下水的主要补给来源为大气降水，补给区主要为隧道北部的山地台原区，地形地貌为馒头山间岩溶槽谷，发育大量岩溶洼地、天坑、落水洞等，无地表河流，大气降水在洼地汇集后，通过落水洞流入地下，入渗极快，地下水的补给方式以集中式的点状补给为主，隧道区总的补给区面积约30 km2。

岩溶地下水的径流，在不同岩溶发育带具有不同特征。垂直渗流带以溶蚀裂隙、溶缝、管道的纵向渗流、管流为主，浅层多垂直型的落水洞、天坑；季节变动带以溶洞、管道及地下河紊流为主；水平径流带以管道、溶隙的层流为主，多发育暗河；深部循环带以溶隙、裂隙渗流为主。

研究区的侵蚀基准面为清江，为地下水总的排泄点，地下水在清江附近多以泉的形式出流，通过地表溪沟流入清江，隧道附近的主要泉点为七眼出泉、龙洞泉及五龙水泉，七眼出泉常年有水，测时流量0.5 m3/s，随季节变化较大；龙洞泉为季节性泉水，测时无水，下大雨时有水，3 h～4 h达到峰值，雨停后消退快；五龙水泉常年有水，测时流量约5 m3/s，雨时水量涨落明显。

3.3 主要岩溶水文地质单元

根据边界条件，岩溶发育规律，以七渡河、屯堡河、清江之间形成的地表分水岭所对应的地下分水岭为界，将隧址区划分为一个水文地质分区，发育五龙水暗河系统和砂锅洞暗河系统(见图1)，其中砂锅洞暗河系统对隧道基本无影响，下面就五龙水暗河系统做简要介绍。

3.3.1 暗河的补给、径流、排泄特征

五龙水暗河系统无明显的暗河入口，补给区主要为隧道北部的山地台原区，台原区地形地貌为馒头山间岩溶槽谷，发育大量岩溶洼地、天坑、消水洞等，无地表河流，大气降水入渗极快。暗河的补给方式以集中式的点状补给为主，总的补给区面积约30 km2。

岩溶地下水的径流，在不同岩溶发育带具有不同特征。垂直渗流带以溶蚀裂隙、溶缝、管道的纵向渗流、管流为主；季节变动带以溶洞、管道及地下河紊流为主；水平径流带以管道、溶隙的层流为主；饱水缓流带以溶隙、裂隙渗流为主。

五龙水暗河系统的总的排泄点为五龙水，最终排泄区为本区侵蚀基准面——清江(标高约600 m)。据调查，龙洞、七眼出均与五龙水暗河相通，为暗河内部排泄点，水量随降雨变化较大，一般在雨后3 h～4 h出现峰值，其中龙洞的水量可达20 万m3/d。

3.3.2 暗河与隧道空间位置关系分析

4 岩溶地下水对隧道的影响评价

从前文分析可知，目前线路位于地下水的水平径流带中，施工过程中极有可能遭遇暗河主管道，加之地下水水头高，易诱发突水突泥灾害，同时隧道修建形成新的排泄基准点，可造成地下水位下降，存在表水枯竭、岩溶地面塌陷等风险。

5 隧道位置方案选择

目前线位方案存在较大的施工风险，应从平面上和剖面上进行优化。平面上线路应尽量往南侧暗河排泄方向偏移，避开暗河主管道；剖面上线路应尽量抬高，降低隧道水头，条件允许的情况下走行于地下水的垂直入渗带中。

[1] 毛烨峰,伍 进.岩溶发育控制因素及发育规律浅析[J].西部探矿工程,2009(15):80-82.

[2] 铁道部科学研究院西南分院.既有隧道环境地下水变化规律以及对环境生态平衡影响的评估[Z].1996.

[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：科学出版社，1979.

[4] TB 10049—2004，铁路工程水文地质勘察规范[S].

On hydrogeological features of karst in some tunnel and its scheme selection

Tan Jiahua

(China Railway No.4 Survey and Design Institute Group Co., Ltd, Wuhan 430063, China)

According to the survey and study on the hydrogeological condition of some karst tunnel, the paper illustrates the hydrogeological features of the karst in tunnel areas from the karst development, water complementation of karst, runoff, hydrogeological unit of the karst, analyzes its influence on the tunnel, and points out the suggestions for the proper location of tunnels, so as to provide some reference for similar route selection for tunnels in karst.

tunnel, karst, underground water, route scheme

1009-6825(2017)08-0172-02

2017-01-10

谭家华(1985- )，男，硕士，工程师

U455.49

A