地质选线案例分析

杨世福

（中铁二院地勘岩土工程设计研究院，四川成都 610031）

0.引言

上韶隧道、大方山隧道位于广西环江毛南县水源镇境内，进口位于下南乡，出口位于水源镇。上韶隧道中心里程为D1K253+427.50，全长3324m，最大埋深约470m，单面坡。大方山隧道中心里程D1K260+095，全长9647m，最大埋深约375m，为双线单洞隧道，设计为“人”字坡，隧道设置1个泄水洞，1个平导。上韶隧道+上韶大桥+大方山隧道方案原方案为下南隧道，全长11950m，勘察过程中地质专业对测区工程地质、水文地质做了大量调查、勘探及分析工作，经多次会商后提出线路平面、标高需进行调整。线路标高抬升使一隧变为二隧一桥。在施工过程中多次遇到暗河、溶潭，但未出现较大的突水涌泥风险，很大程度上避免了地质灾害的发生，赢得各方好评。

1.自然地理概况

1.1 气象

隧区属于亚热带季风湿润气候区，年平均气温18.86℃～20.38℃，7月最高，平均气温27℃～28℃，元月最冷，平均气温8.6℃～10.6℃左右，多年极端最高气温38.5℃，最低气温-3.2℃，无霜期长达300d～340d。

根据河池气象站降雨资料统计，多年（1955—2014年）平均降水量为1475.2mm，每年5～8月为降水量高峰期，占全年降水量的50%左右，年均每月达210.6mm～287.7mm（见图1）。雨季平均长160.9d，5～8月各月降水日数最多为17d～22d，日降水量≥25mm为17.95d/a，≥5mm为5.25d/a，24h最大降水量242.4mm，连续降雨量最大为2d 374.9mm。

图1 河池气象站1955—2014年月均降雨量分布图

1.2 水文

隧区位于打狗河流域和环江流域分水岭地带，分水岭东北侧地表水主要通过溪沟汇入古宾河（大环江支流）及大环江，分水岭西南侧地表水、地下水主要通过暗河径流汇入远处的打狗河及龙江；下南至水源隧道区水文概图如图2所示。隧道附近无大的自然河流，仅有一些自然的或经人工修砌的溪沟。上韶隧道进口端附近D1K251+350左侧500m为南川水库。

图2 下南-水源隧道区水文概图

2.主要地质构造及地层岩性

2.1 里腊向斜

轴部位于大方山隧道D1K259+800m附近，该褶皱与线路相交角约76°，经干峒门-里腊-布峒一带，走向N30°E，长约36 km，宽约13km，呈短轴分枝状，轴部地层为石炭系中统（C2）可溶岩，两翼为石炭系下统大塘阶（C1d1+2）、岩关阶（C1y）非可溶岩。（注：向斜NW翼为上韶隧道进口，石炭系下统（C1y）、（C1d1+2）非可溶岩与石炭系中统（C2）可溶岩地层接触，向斜NE翼为大方山隧道出口，石炭系中统（C2）可溶岩与石炭系下统（C1y）非可溶岩接触。）向斜两翼岩层倾角较缓，为一缓倾斜向斜，向斜SE翼代表产状N—S/ 18°W，向斜NW翼产状N87°W/18°SW。可溶岩段地下暗河、天窗、泉点极为发育，受两翼非可溶岩控制，向斜呈储水“盆状”构造，地下水对隧道影响极大。向斜构造及岩性分布见地质剖面图（图3）。

图3 地质剖面图

2.2 地层岩性

上韶隧道进口、大方山隧道出口（向斜两翼）：地层岩性为石炭系下统大塘阶（C1d1+2）灰岩、页岩夹炭质页岩及砂岩，岩关阶（C1y）页岩夹砂岩、炭质页岩。隧道洞身（向斜部）：地层岩性为石炭系中统（C2）灰岩、白云岩。

3.水文地质

3.1 岩溶洼地调查

据陈国亮[1]岩溶地貌及演化形式[2]，隧区位于贵州高原与桂中平原过渡带[3]，属岩溶化山地[4]，为构造岩溶峰丛洼地地貌，山峰簇立，基座大部相连，基岩裸露。地形起伏大，相对高差大；峰丛、洼地相嵌，洼地多呈多边形、椭圆形、长条形等；在隧道两侧2km范围，统计洼地总计52个，平均1.04个/km2，主要发育于石炭系中统（C2）白云岩及灰岩中，洼地底部高程在460m～805m，一般在450m～650m，占88.5%，洼地及洼地标高、个数分布见图4和图5。

图4 下南-水源隧道2km范围内洼地分布图（红线为隧道最低和最高高程）

图5 隧道区典型洼地

3.2 岩溶水

隧道洞身含水岩组为石炭系中统（C2）灰岩、白云岩，属于岩溶溶隙-管道水。由于地表洼地、落水洞、溶洞、消水洞发育，推测隧区岩溶中等—强烈发育，岩溶水丰富，但其具不均一性，分布无规律性。在向斜核部附近和节理密集发育带由于岩体破碎，为地下水的富集提供了良好的径流空间，岩溶水更加丰富。

对隧区内地下水的补排水点进行了调查，其出露特征统计见表1。

表1 暗河、泉点调查统计表

主要暗河进出口标高分布在450m～505m，泉点出露标高分布在449m～500m。

3.3 水文地质特征

3.3.1 补给

大气降雨是隧区地下水唯一补给来源，主要集中在5～8月份。地貌上主要灰岩构成的峰丛洼，局部地段形成开口或半开口的峰丛谷地，洼地、落水洞十分发育，大气降雨通过这些地表岩溶形态垂直渗入补给地下。在峰丛洼地区，除了蒸发量（主要为陆面蒸发）以外，降雨量几乎全部补给地下水，具有分散点状灌入式补给特征，降雨入渗补给强度较大。在峰丛谷地区，枯水季节，降雨大多直接渗入地下补给地下水，而在丰水季节，谷地中则经常有地表溪流存在，在地表径流运动过程中逐渐渗入地下，或者通过伏流形式转入地下补给地下水。

3.3.2 径流排泄

上韶隧道—大方山隧道右区为上忙地下河系统的东北部源头地区，地貌上为峰丛谷地，地下水流以裂隙-管道流为主，主要是自北东（线路左侧）向南西（线路右侧）方向径流运动，然后以地表径流+伏流的形式从下南镇下旦地区汇入上忙地下河，在打狗河左岸排泄，打狗河为区域内的排泄基准面（标高约240m）。

大方山隧道左区东北部的里腊—下滩地区，构成一个独立的地下河系统—下滩地下河系统，以裂隙-管道流为主，地下水流方向为自北向南，于下滩西北部出流于地表，为地表小河的源头，向东径流进入东部分散流系统中。地下河为一小型单管状地下河，长4km，出口标高450m，枯期流量17.2L/s，雨季常见流量36.7L/s。

测区地质构造，岩性是控制地下水的发育内在因素，具体如下：

上韶隧道位于里腊向斜NW翼，受进口非可溶岩控制，地下水不能向小里程方向（下南洼地）排泄，受阻于接触带向大里程方向返流，后经右侧槽谷向右侧排泄，当洼槽中积水较高时才向小里程端洼地漫流。上韶隧道出口及右侧的沟槽（上纳至上丢沟槽）内洼地标高485m～510m，为径流区内一高位排泄面，沟槽内有多处溶潭、泉点出露，地下水出露后通过地表沟渠径流及伏流的形式朝线路右侧的下任洼地方向排泄，之后转入地下最终汇入打狗河（标高约240m）。

大方山隧道位于里腊向斜NE翼受出口非可溶岩控制，地下水不能向大里程方向（水源洼地）排泄，受阻于接触带向小里程方向返流，线路右侧为打狗河排泄区，地下水总体由小里程向大里程从左侧向右侧排泄。

综上所述分析，上韶隧道、大方山隧道位于岩溶水径流补给区，小里程端（上韶隧道进口）及大里程端（大方山隧道出口）受非可溶岩控制，右侧为打狗河排泄区，总体从小里程向大里程，从左侧向右侧方向排泄。

4.选线建议

经大面积区域地质绘及勘探揭示：标高在433m以上为石炭系中统（C2）灰岩、白云岩，属含水层，地表溶洞、暗河、天窗极为发育；标高433m以下为石炭系下统大唐阶（C1d1+2）页岩、砂岩夹炭质页岩，属弱含水层，相对隔水层。暗河出口标高在450m～505m，多数分布在468m标高。

建议线位标高进出口非可溶岩段控制在430 m左右，向斜中部可溶岩段控制在510m以上最佳。线路平面建议垂直里腊向斜轴沿E-W地势较高的山脊通过，尽量避开或少穿大型洼地及水平循环带。

5.方案调整对照表

依据地质专业提供的地下水位标高及含水层情况，上韶隧道单面坡25%上，大方山隧道采用“人”字坡，进口标高424.44m，比最初方案375.3m抬高49.14m，出口标高380.16m，比最初方案347.42m抬高32.74m；坡率亦相应调整（见表2）；进口设泄水洞，出口设横通道兼排水功能。

表2 方案调整对照表

6.施工揭示情况

（1）上韶隧道涌水段主要集中在DK254+666～+630m、DK254+246～+234m及DK254+090～+030m段，连续大雨或暴雨后，左右两侧边墙中下部多处均有股流状出水点，DK254+090～+030m左侧出水点具有一定的承压性，最大涌水量约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个，其中：暗河天窗5处，突水涌泥4次，施工中主要暗河水面高程与内轨面高程见表3。

表3 施工中主要暗河水面高程与内轨面高程表

7.结语

西南地区可溶岩选线中对地下暗河、洼地、出水点标高调查，地下水的补给、径流、排泄区找分，判识岩溶水垂直循环带、季节变动带、水平循环带，提出合理化建议，对稳定线路方案至关重要。在铁路建设中，方案比选、投资控制、风险控制等方面，地质选线越来越引起人们的高度重视。