高速公路隧道工程地质特征及水文地质条件分析

任洪靖

摘要：本文结合宜昭高速公路两河隧道工程建设实例，对该隧道工程地质特征及水文地质条件进行了相关探讨分析，并对隧道涌水量进行了计算预测，总体来说隧道工程地质、水文地质条件复杂，环境地质条件较差，但采取适当工程措施后，可进行公路隧道工程建设。

关键词：高速公路;隧道工程;地质特征;水文地质条件

隧道工程地质勘察是指为隧道工程的设计、施工等进行的专门工程地质调查工作。查明隧址区的工程地质及水文地质条件，为公路隧道的设计提供依据是隧道建设的需要也是隧道工程地质勘察工作的目的。

1.工程概况

拟建宜昭高速公路两河隧道长度4165m，为特长隧道。洞身平面上呈弧型，路面净宽llm。隧道轴线地面标高与设计路面标高最大高差约620m。隧道为单向纵坡，左线坡度为2.31%，右线坡度为2.35%。隧道区属于脊状中山地貌区，山脊走向与构造迹线基本一致，隧道穿越菁山山脊，山脊走向近南北向，地形起伏大，斜坡坡角20°-50°。总体地形进口低出口高，进口段为陡坡地形，出口段为山前堆积层地形，拟建洞身段沿堆积层下穿越。隧道进、出口段地表水较发育，山间沟谷为区内地表水汇集、排泄通道。隧道进出口均处斜坡地带，坡面地表水易于向沟谷排泄，地表坡面漫流不会对隧道工程产生浸淹危害。

2.工程地质特征

2.1地层岩性

根据地质调查、钻探及物探成果，参考区域地质资料，拟建隧道区范围内主要地层为第四系崩坡积（ Qcol+dl）层、滑坡积（Qdel+dl）层、坡残积（Qel+dl）层;二叠系上统宣威组（P2X）岩层;二叠系上统峨嵋山玄武岩组（P2B）岩层及二叠系下统栖霞、茅口组（P1q+m）。

2.2地质构造

（1）区域地质构造。拟建隧址区的大地构造位置处于杨子准地台（一级）滇东台褶带（二级）之滇东北台褶束（三级）。据云南省区域地质构造单元划分，所在区域上位于川滇经向构造带北段与“华夏式”构造的交接地带。区内构造复杂，属南北向构造与北东向构造交接部位，新構造运动强烈，地震活动较为频繁。

（2）隧址区地质构造。勘察区位于箐门背斜，大致呈NNE-SSW向延伸，均为隐伏，上部为玄武岩覆盖。距离隧道南侧lkm（放马坝）附近和北侧3km以外可见有二叠系下统栖霞、茅口组灰岩出露，岩层近直立。进口段宣威组（P2X）岩层产状119°∠58°，放马坝地面二叠系下统茅口组（P1m）岩层产状292°∠75°。

3.水文地质条件分析

隧址区地表水体较发育，洞身段主要表现为为季节性冲沟，进出口段表现为常年性溪沟;地下水主要有第四系孔隙潜水、碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩类岩溶水等几种类型。

3.1地表水

拟建隧道区地面未见地表水体，外围水系发育。隧道进出口位于河沟旁，均为常年性溪沟，发源于中山沟谷中，明显受构造控制，多属树枝状水系，局部也形成羽毛状水系。

3.2地下水

隧道区地下水主要有第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶水四类。

（1）第四系孔隙水。主要赋存在残坡积、崩坡积土层中，受地形和岩性控制，地下水水力联系差，水量较小，且动态不稳定，该类地下水主要接受大气降雨补给，多以潜水形式出露，分布在隧道进出口。

（2）碎屑岩类孔隙裂隙水。主要分布于二叠系上统宣威组（ P2X）地层中，地下水主要受大气降雨补给，在隧道段进口段出露岩性以泥质粉砂岩为主，多以坡面流形式向附近的沟谷径流排泄。

（3）基岩裂隙水。主要分布于峨眉山玄武岩组（P2B）地层中，为拟建隧道主要的地下水类型，该类型地下水赋存于受构造运动影响，岩体破碎，节理裂隙发育的基岩岩体中，地下水受岩体的风化厚度及完整性影响大。玄武岩属于岩浆岩类，本身岩体致密，风化后玄武岩节理裂隙发育，隐形节理张开，有利于地下水下渗径流，但是风化厚度有限，下部中风化至微风化岩体较完整一完整，为结晶类的致密岩石，其含水性差;加之隧道区地形陡峭，大气降雨以坡面流多向沟谷径流，向深部渗透较少。地下水随季节性变化明显，水量分布不均，深部该类含水岩组含水量不大。

（4）碳酸盐岩类岩溶水。分布于二叠系下统栖霞、茅口组（P1q+m）地层中。隧道区岩溶水受特殊的地质条件控制，受后期玄武岩覆盖，以及区域构造新寨断裂及放马坝断层交错，将地下水分块切割，地下水循环系统受到限制。根据本次调查及结合初勘成果发现，隧道5km范围内未见岩溶水出露。

3.3隧道涌水量预测

隧道穿越二叠系上统宣威组（ P2X）泥质粉砂岩夹泥岩、底砾岩;二叠系上统峨嵋山玄武岩组（P2β）玄武岩;二叠系下统栖霞、茅口组（P1q+m）灰岩夹白云岩，强风化层裂隙发育，岩体呈碎裂～散体结构，透水性较好;中风化层岩石较完整，透水性较差。

（1）地下径流模数法。Q=M·∑F=16848m3/d=0.195m3/s

式中：Q——隧道通过含水地段的正常涌水量（m3/d）;M——平均地下径流模数（ m3/d.km2），取值为432.OOm3/d.km2; F——隧道通过含水体地段的集水面积39.OOkm2。

（2）水均衡法。按年降水有效渗入时间系数估计该段地下水的因渗入补给量，计算公式为：

Q=λ×X×Fi/Ai==0.15×0.873×39×1000000/200=25535.25（ m3/d）

式中：入一渗A系数，取0.15;X——年降水量，X=0.873;Ai——年降水有效渗入时间，按Ai=200天计。

（3）地下水动力学计算方法。根据隧道钻孔水文地质试验结果，参考区域水文地质条件，取渗透系数k=0.038m/d，渗透性等级属中等透水层。采用隧道工程地质问题分析与评价推荐的计算公式进行单位长度隧道正常涌水量计算

计算所采用的地质概化模型见图1。

由上式计算出单位涌水量q为6.934m3/d.m。隧道长度按4165m计，隧道总涌水量约为28879.85m3/d，该值为近似估算值，如出现岩溶涌突水或导水断层与地表水联通，涌水量会倍增。

上述三种计算方法中，第（1）、（2）种为概化计算，第（3）种为解析计算。

地下径流模数法和水均衡法中的计算结果，反映的是区域性水文地质条件下的“平均”稳定涌水量，计算结果表明隧道正常涌水量为16848m3/d，最大涌水量约25535.25m3/d。

解析计算结果反映的是正常情况下区域水文地质条件下的隧洞涌水量，不仅包含有降水人渗产生的涌水量，也包括地下径流形成的涌水量。因此大于仅考虑降水人渗水均衡法的涌水量。计算结果表明，隧洞正常涌水量约为28879.85m3/d。

4.结语

隧址区穿越构造剥蚀中山地貌区，山体由二叠系上统宣威组（P2X）泥质粉砂岩夹泥岩、底砾岩;二叠系上统峨嵋山玄武岩组（P2β）玄武岩;二叠系下统栖霞、茅口组（P1q+m）灰岩夹白云岩构成，属坚硬岩至软岩。隧道洞身段，受新寨斷裂（F7）及放马坝断层影响，岩体较破碎，局部发育地层接触带、软弱结构面、不利裂隙组合对隧道围岩有一定影响。

隧址区地下水主要为碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩类岩溶水，地下水及地表水对混凝土微腐蚀性;通过对隧道涌水量的估算，隧洞正常涌水量约为Q=28879.85m3/d;如出现岩溶涌突水或导水断层与地表水联通，涌水量会倍增。

隧址区岩性较为复杂，对节理裂隙发育、断裂构造发育及其影响带部位施工掘进时，一般会出现侧壁及拱部松动崩落或冒顶坍塌现象，特别是在雨季或暴雨时有可能产生突发性漏水，对隧道的掘进及支护极不利，建议做好超前地质预报工作和预防措施，加强排水措施及施工阶段的地质监测工作，防止突水，突泥等地质灾害。同时应及时采取加固支护措施，采用网喷为主，辅以必要的锚杆和相应的施工防护措施，以确保隧道的安全施工。

参考文献：

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