公路特长隧道富水向斜区岩溶发育特征及构造控制作用

吴铸 蓝宇骋 王 鹏 袁荷娟

（云南省交通规划设计研究院有限公司，云南 昆明 650200）

1 工程概况

杨林特长隧道是昆明绕城高速公路东南段关键重大工程，其设计长度9490m（左幅），最大埋深462.31m（左幅），隧址区位于滇中断陷盆地间的构造侵蚀溶蚀中山地貌区，相对高差540m。区内地质构造较复杂，断裂褶皱发育，穿越广泛分布的可溶岩地层二叠系阳新组，富水性强，发生涌水灾害风险较大。因此，分析区内岩溶发育特征及控制因素，对工程建设及后期运营管理意义重大。

2 隧址区地质环境

杨林特长隧道主要受南北向构造、入字型构造及东西向构造控制，隧道工程被夹持于嵩明～华宁大断裂与小江大断裂中。隧道进口处毗邻南冲断层，其北段为杨林第三纪盆地覆盖，南段经南冲、大木希村伸入阳宗海，大体以北东10°延展。隧道出口处一条长达30 余km 的万寿山冲断层，走向大体平行于宜良大断裂，致使东盘下震旦统向西冲覆在干龙潭向斜东翼的下古生界之上，如图1 所示。

从北面的老猴街向南到汤池，出现一系列北北东向褶皱，最突出的是老猴街向斜，但其轴向循北东40°延展，紧挨着宜良大断裂的西侧，主轴与大断裂斜交，槽部为新生界盆地所占，两翼由上古生界组成，倾角25～35°，向斜南端略向上翘起。由此向南，是一个干龙潭弧形向斜。始于上述老猴街向斜之南，以南南东延伸后转向南西190°到达雷子坡，形成一个向东微突起的弧形，为该处的斜交断层错移后，又以同样的方位出现另一个向东南突起更大的弧形，并向南西直指凤鸣村，长达25 km 以上。

杨林特长隧道穿越干龙潭向斜构造，其出露的地层相对较全，从元古界～新生界第四系均有出露，核部以二叠系阳新组和峨眉山组为主，由碳酸盐岩地层与非可溶岩地层组成。整体地形南部以下核桃箐、大松棵一线为地表分南北向水岭。隧道区位于该线以北至喷水洞总体向北倾斜，喷水洞以北地形以四营煤矿外围坡体以里向南倾斜；轴部位于小二河附近，其西翼于丫巴龙附近形成分水岭，西部向杨林盆地倾斜，东部向小二河倾斜；东部于小尖山一线形成分水岭，西部向小二河倾斜，东部向隧道出口区倾斜。可见，区内纵横切割、凌乱有序发育的断裂及褶皱构造行迹，控制着地下水赋存、运移、富集，控制着区域岩溶发育规模等。

3 向斜区岩溶发育特征

图1 向斜区构造形迹简图

向斜区岩溶形态丰富多样，地表正地形有石芽、石林、洼地、溶槽、落水洞；地下负地形有溶洞、暗河等。向斜区干龙潭弧形向斜北东翼侧发育一暗河管道，图2 所示为喷水洞地区构造与地下水关系图：多条走向北北西和走向北西西断裂是各类构造形迹相伴生的产物，断裂面多具有张性或张扭性的特点，虽规模较小，但却都起着良好的导水作用，致使各含水层的地下水发生水力联系。喷水洞地区P1d 和D2h砂泥岩等相对隔水层，由于受到该组张扭性断裂的错移，破坏其隔水作用，致使多个含水层发生水力联系，并集中在喷水洞村断层带排泄，出露了一个流量为367～6214 l/s 及另一个10 l/s 的泉水。由于地面相对上升不很剧烈，地下水虽然埋藏地下100～200m，但岩溶作用强度和山体抬升速度大致相适应，溶蚀成管道，形成地下管隙系统，仍产生了统一的潜水面，水力坡度9～10‰，泉流量动态变化很大，多尖峰、高峰态。

4 隧道围岩渗透特征

向斜区除发育岩溶暗河管道外，受构造控制及断裂活动影响，构造裂隙及风化裂隙发育。同时，广泛分布的细小孔缝、裂隙，渗透性弱而总容积相当大，是主要的贮水空间，具有相当的导水能力，联系着控水通道和贮水空间，如图3、4。在工程现场，根据裂隙水力参数（隙宽、间距、产状）的统计计算渗透张量，不仅在理论上是完备的，而且在实际应用方面也是可行的，只要按照一定的抽样原则大量测量裂隙的水力参数，便可获得大量的岩体渗透张量数据，获得不同位置空间的主渗透方向及主渗透系数，构成一个三维渗透系数张量场[1-3]。

图2 喷水洞暗河地区构造与地下水关系简图

图3 SZK4孔深134～135.3m段图像

图4 SZK5孔深189～191.8m段图像

图5 SZK4节理裂隙走向玫瑰花图

如图5、6，为隧道洞身段两钻孔的裂隙走向玫瑰花图，可见以北西、北西西走向为主，与喷水洞地区断裂走向一致，是本区内该两组构造裂隙具有良好的导水通道。渗透性计算结果如表1。

图6 SZK5节理裂隙走向玫瑰花图

表1 隧道围岩渗透张量计算结果

由于SZK5 孔勘探深度穿越隧道底板，靠近底板处的摄像片段较SZK4 清晰，受水流冲刷干扰较小，认为在K0=2.582 m/d 与实际钻孔岩芯岩体完整性较一致。但同时所代表的是岩体中残留的构造裂隙网络的渗透性，不能表征岩体在区域内的实际渗透性能。因为在整个测量、计算过程中没有考虑大型的构造裂隙，如张开度在1cm 级以上甚至更宽的裂隙等因素，以及尚未考虑大型的溶逢、管道及落水洞等。

可见，受测量尺度效应的影响，裂隙统计是以钻孔深度为单位，统计尺度粗糙，受裂隙发育不均匀的影响比较大；同时，这种通过统计裂隙而获取渗透张量的方法，随着试验深度不断增加，误差也会逐渐变小。这是因为隧道底板深部裂隙隙宽总体趋于狭小，通过图片像素估计并统计裂隙，获得的等效渗透系数误差小，而在浅层岩溶发育，偶时隙宽甚大，若通过像素估算亦不能充分考虑填充物的影响，所以结果会偏大[4]。

5 结语

干龙潭富水向斜是影响杨林特长隧道施工可能发生岩溶水灾害的关键地质因素。南北向及入字型构造形迹对隧址区的岩溶发育、含水层的空间展布具有控制作用，同时北北西及北西西断裂，虽规模较小，但具张性或张扭性，有良好的导水作用，致使不同含水层发生水力联系。