齊岳山隧道629溶腔地下水分析與判斷

汪繼鋒

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司, 湖北武漢 430063)

齊岳山隧道位于湖北省利川市西北23 km處,全長10 528 m,最大埋深670 m,為單面下坡。其進口段4.7 km穿越齊岳山背斜,為灰巖地段,巖溶、巖溶水發育。自2004年開工以來,多次遭遇溶腔及地下水,施工困難,是宜萬鐵路重大風險隧道之一。

1 629溶腔水文地質條件

齊岳山隧道進口段屬于“山地背斜兩翼斜坡分流、順層富集、縱向排泄型”巖溶水動力類型。在背斜兩翼形成德勝場暗河系統和大魚泉、小魚泉暗河系統,在背斜核部發育有縱向暗河通系統(629溶腔)。其中大魚泉、小魚泉暗河系統進隧道前已跨越,對隧道無影響；而背斜核部暗河系統和德勝場暗河系統分布在隧道中部,對隧道施工形成威脅,也是風險較大且引起關注的地方(如圖1所示)。

圖1 齊岳山隧道暗河系統分布

齊岳山隧道629溶腔發育于二疊系上統長興組(P2c)灰巖中,近垂直隧道發育,溶腔埋深約650 m。溶腔東側為吳家坪(P2w)頁巖及煤系地層,西側為大冶組(T1d)頁巖、泥灰巖,處于兩相對阻水層之間,地表為巖溶槽谷,槽谷匯水面積6.1 km2(如圖2所示)。

圖2 629溶腔段地質縱斷面

2 629溶腔超前探測及放水試驗

2.1 溶腔超前探測

隧道從正反兩個方向施工至“629溶腔”附近,在正、反向不同工作面對溶腔進行了共60孔超前鉆探,探明溶腔發育在正洞下部,從線路右上方向向左下方發育(如圖3所示)。

圖3 溶腔平面示意

溶腔在隧道縱向發育長度為左邊墻6～8 m,溶腔處在隧道右拱腰至左邊墻腳的下方；橫向寬度大于60 m；線路右側14.5 m探測的溶腔高于隧底13 m，左側10 m探測的溶腔低于隧底10 m，線路中心溶腔發育至隧底以下10 m。

在60孔超前鉆探過程中,共29孔遇溶腔、涌水,主要為清水,溶腔水監測的含泥量為1％。

分析認為,該溶腔以充水為主,充填物少或基本沒有充填物,在風化和溶蝕裂隙間存在少量稀泥,隧底以下(溶腔底部)沉積少量泥砂。

2.2 水壓測試及放水試驗

2006年9月1日8時至9月9日15時，對629溶腔進行了試驗性放水及水壓監測,9月1日8時至9月5日24時連續放水32.7萬 m3,放水量從開始的3 000 m3/h至最終穩定2 500 m3/h，溶腔地下水壓力水頭從43 m最終穩定在18 m,這期間地下水未受降雨影響；9月5日降雨40.1 mm(大雨)后,穩定流量放水過程中地下水就開始抬升,在9月7日8時停止放水后,地下水位迅速抬升,水頭壓力最高升至68 m；降雨影響結束后,9月9日15時水頭壓力降至52 m。

2009年11月正式進行釋能降壓放水。

3 629溶腔水量分析與判斷

溶腔地下水接受大氣降雨補給,匯水面積約6.10 km2,降雨經溶蝕洼地、漏斗及槽谷匯集后補給溶腔,地下水由隧道右側向左側徑流。

3.1 放水試驗數據分析及預測

通過2006年9月的放水試驗數據及2009年11月放水前期放水試驗數據,對放水量與水壓變化進行了相關分析,并預測了放水量與水壓的變化。溶腔放水量與水壓關系曲線如圖4所示。

圖4 溶腔放水總量與水壓關心曲線

預測溶腔水壓下降的放水水量及排放時間如表1所示。

通過對2009年11月與2006年9月的放水試驗相關分析預測,當水壓降至0.01 MPa時,放水量分別為572 513 m3、529 560 m3,與實際排水量540 665 m3分別相差3.1萬m3,預測結果基本符合實際。同時預測出在放水條件沒有變化的情況下通過11.1 d放水,水壓基本沒有,與實際11.9 d也基本一致。

3.2 溶腔段涌水量預測

629溶腔段處于兩隔水層之間,地表為封閉巖溶槽谷,地下水主要為大氣降水補給,水文地質單元明確,適用大氣降水入滲法(降雨入滲法(巖溶水)：Q=1 000·α·X·F·η)預測涌水量。

通過收集齊岳山隧道的降雨資料,預測溶腔段的涌水量如表2所示。

目前隧道629溶腔正常涌水量2萬m3/d左右,與預測正常涌水量基本一致；該溶腔揭示還沒有經受雨季,最大涌水量有待進一步觀測。

表1 629溶腔放水時間、水壓—放水量相關分析及預測

表2 溶腔涌水量預測

4 結論

通過對齊岳山隧道629溶腔放水試驗的數據分析,在不考慮溶腔的形態和復雜的水文地質條件,可以預測溶腔的放水量與水壓下降的關系,對隧道施工采用釋能降壓法具有重要的參考價值。

通過對溶腔的水文地質條件分析,對洼地匯集大氣降水補給的地段,采用降雨入滲法預測隧道涌水量,符合實際,對隧道排水設計能提供可靠的依據。

[1]中國地質科學院巖溶地質研究所.新建鐵路萬宜線齊岳山隧道區巖溶水文地質調查報告[R].桂林：中國地質科學院巖溶地質研究所，2002

[2]鐵道第四勘察設計院.宜昌至萬州段長大巖溶隧道專項地質勘察-齊岳山隧道工程地質勘察報告[R].武漢：鐵道第四勘察設計院，2004

[3]中鐵第四勘察設計院集團有限公司.齊岳山隧道水文地質分析報告[R].武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2009