滬昆客專(zhuān)茅坪山隧道水文地質(zhì)條件及涌水量研究

何海平

摘要： 本文基于茅坪山隧道地形地貌、氣候特征、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地表水徑流條件、地下水類(lèi)型、地下水補(bǔ)給及排泄條件的研究，對(duì)茅坪山隧道施工涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)最大涌水量72000m3/d。結(jié)合勘察階段涌水量預(yù)測(cè)資料和配合施工階段涌水量觀測(cè)資料對(duì)比分析，提出隧道分段涌水量，為隧道排水能力評(píng)估及是否增加泄水洞提供可靠依據(jù)。

Abstract： Based on the study of topography， climate， lithology， geological structure， surface water runoff conditions， groundwater types， groundwater recharge and discharge conditions in the Maoping Mountain Tunnel， this paper predicts the water inflow of Maoping Mountain Tunnel construction， the largest inflow of 72000m3/d. Combined with the forecast data of the water inflow in the exploration stage and the comparative analysis of the observation in the construction stage， it proposed sectional tunnel water inflow to provide a reliable basis for evaluating tunnel drainage capacity and increasing drainage hole or not.

關(guān)鍵詞： 客運(yùn)專(zhuān)線；茅坪山隧道；隧道涌水量；對(duì)比分析

Key words： passenger dedicated line；Maoping Mountain Tunnel；water inflow in tunnels；comparative analysis

中圖分類(lèi)號(hào)：U452.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）13-0117-02

0 引言

茅坪山隧道全長(zhǎng)7713m，是滬昆客運(yùn)專(zhuān)線黔東南段的重點(diǎn)控制性工程，縱坡為單面上坡，洞身設(shè)1#、2#橫洞。隧道洞身穿越區(qū)域全為碳酸鹽巖分布區(qū)，同時(shí)隧道發(fā)育4條斷層，分別為隆昌斷層、后山斷裂、茅坪山斷層及魚(yú)沖斷裂。因巖溶、斷層、大型節(jié)理交替發(fā)育，造成茅坪山隧道圍巖極差，施工非常困難。施工過(guò)程中，孔隙水、基巖裂隙水發(fā)育，多呈滴水、線狀或小股狀發(fā)育，危害性較小，造成隧道施工困難，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)物危害最大的主要為巖溶水，隧道開(kāi)挖揭示溶洞發(fā)育密集，巖溶管道與地表溶槽、溶蝕洼地連通，十分有利于降雨等進(jìn)行滲入式或注入式補(bǔ)給。結(jié)合中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司會(huì)同監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)簽字確認(rèn)的“茅坪山隧道涌水記錄”、“三角堰斷面流量記錄”分析，隧道涌水及流量具有明顯的季節(jié)性特征。結(jié)合勘察階段涌水量預(yù)測(cè)資料和配合施工階段涌水量觀測(cè)資料對(duì)比分析，提出隧道分段涌水量，為隧道排水能力評(píng)估及是否增加泄水洞提供可靠依據(jù)。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

隧道穿越區(qū)域全為碳酸鹽巖分布區(qū)，具構(gòu)造剝蝕～溶蝕槽谷地貌特點(diǎn)。隧址區(qū)位于云貴高原斜坡地帶，區(qū)內(nèi)地形總體為中部高四周低，隧址區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)位于隧道軸線中部的羊羔山山頂，海拔高程1199m，最低點(diǎn)位于隧道進(jìn)口東側(cè)的河谷谷底，海拔高程653m，相對(duì)高差545m。

1.2 氣象特征

沿線屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，雨量充沛，陰雨天多，四季不甚分明。年平均降雨量1200～1500mm，5～10月份為雨季，占年降雨量的80%。

1.3 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

隧道范圍內(nèi)第四系不發(fā)育，主要分布于巖溶洼地、溶蝕槽谷、零星分布于溪谷兩側(cè)平緩及低洼地帶，厚度一般小于6m，與下伏地層均呈角度不整合接觸。下伏基巖為寒武系杷榔組、清虛洞組、高臺(tái)組一套淺海臺(tái)地相地層，其中清虛洞組、高臺(tái)組為可溶巖，隧道通過(guò)地段可溶巖段長(zhǎng)7403m，占隧道全長(zhǎng)的96%，隧道巖溶水發(fā)育。隧址區(qū)總體為單斜構(gòu)造，構(gòu)造線的展布方向主體為北東向，少部呈近東西向（北部）展布，區(qū)內(nèi)發(fā)育4條斷層。

2 巖溶水文地質(zhì)條件

2.1 地表水徑流條件

隧址位于長(zhǎng)江流域?yàn)踅登逅嫌危匦慰傮w為中部高四周低，地表水主要通過(guò)大的地表溪溝，以地表徑流或巖溶管道的形式直接匯入東部的清水江，具暴漲暴落的特點(diǎn)。

2.2 地下水類(lèi)型

隧址基巖多裸露，地下水類(lèi)型分為主要為基巖裂隙水和碳酸鹽巖類(lèi)巖溶水。

①基巖裂隙水。基巖裂隙水賦存于隧道進(jìn)口端316m頁(yè)巖地層中，受降雨滲入式補(bǔ)給，并賦存于巖體的孔隙和裂隙網(wǎng)絡(luò)中。分布范圍小，對(duì)隧道影響較小。

②碳酸鹽巖類(lèi)巖溶水。賦存于白云巖、灰?guī)r地層，溶蝕現(xiàn)象以地表巖溶溝槽和帶狀分布的溶蝕洼地等垂直溶蝕現(xiàn)象為特征，有利于降雨等進(jìn)行滲入式或注入式補(bǔ)給。地下水豐富，徑流復(fù)雜，對(duì)隧道的影響極大。

2.3 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

地下水的補(bǔ)給主要來(lái)源于大氣降水、地表溝槽水，地下水動(dòng)態(tài)隨季節(jié)而變化。白云巖分布區(qū)，巖溶裂隙、溶洞較發(fā)育，地下水多集中于地下巖溶裂隙或管道中徑流，并以巖溶泉的形式于河谷中或沿與非可溶巖的接觸帶排出地表；灰?guī)r區(qū)多以巖溶管道形式排泄。因地下分水嶺基本在隧道中部，地下水由中部分別向東西方向徑流，沿地表溪溝徑流或地下巖溶管道排泄。隧道進(jìn)出口可溶巖段隧道處于巖溶水水平循環(huán)與垂直循環(huán)交替帶內(nèi)，隧道中部可溶巖段隧道處于巖溶水水平循環(huán)帶內(nèi)，地下水量豐富。

3 隧道涌水量預(yù)測(cè)評(píng)估

隧道涌水量預(yù)測(cè)不僅影響隧道施工組織及施工方法，還影響突水突泥等應(yīng)急救災(zāi)預(yù)案的安排及實(shí)施。本文隧道洞身地形地貌、地層巖性、構(gòu)造及水文地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育特征、巖溶地下水系統(tǒng)和巖溶補(bǔ)給條件，采用大氣降雨入滲法、地下水徑流模數(shù)法對(duì)茅坪山隧道采取分段預(yù)測(cè)隧道涌水量。

經(jīng)綜合比較，考慮可溶巖局部存在巖溶管道，降雨入滲法預(yù)測(cè)的涌水量做為隧道推薦涌水量，隧道正常涌水量Q=36000m3/d，豐水期最大涌水量Q=72000m3/d。

隧道穿越區(qū)地下水分布受構(gòu)造、巖性控制，隧道洞身DK595+890～DK595+940、DK597+030～DK597+070、DK599+825～ DK599+905及DK599+950～DK600+020段為斷層破碎帶，為隧道地下水富集區(qū)，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，做好突水、突泥防范及應(yīng)急措施。

4 施工過(guò)程水量觀測(cè)

4.1 施工概況

茅坪山隧道于2010年12月8日開(kāi)工， 2014年1月25日全隧關(guān)鍵線路最終貫通， 2014年5月6日完成二次襯砌施工，2014年9月10日完成無(wú)碴軌道施工，2014年11月26日完成二次襯砌施工。

4.2 貫通前水量觀測(cè)

根據(jù)2011、2012、2013年茅坪山隧道水量觀測(cè)資料分析，2011、2012年單口最大出水量分布月份及排水口不盡相同，出水點(diǎn)多而分散，初步判斷隧道突水量多為地下水凈儲(chǔ)量；茅坪山隧道2014年1月底貫通，因此2013年隧道涌水量可做隧道貫通后的涌水量，這一年的隧道貫通前各排水口流量變化情況詳見(jiàn)圖1。

4.3 貫通后水量

2015年1月12日在施工單位對(duì)茅坪山隧道中心排水溝、左右側(cè)排水進(jìn)行疏通，1#、2#橫洞隧道涌水量分流的基礎(chǔ)上，對(duì)關(guān)鍵部位（進(jìn)口、1#橫洞上下游、2#橫洞上下游）排水溝進(jìn)行水量觀測(cè)（詳見(jiàn)表2）。

5 結(jié)論及建議

①鑒于茅坪山隧道巖溶裂隙水、斷層附近地下水發(fā)育，正洞中心水溝必須與橫洞排水溝連通，將正洞排水于1#橫洞、2#橫洞分流排出洞外，具體可在橫洞與主洞相交位置埋設(shè)鋼筋混凝土排水涵管，最小直徑0.5m，數(shù)量2～3根。按永久排水結(jié)構(gòu)設(shè)置。②隧道發(fā)育4條斷層，且斷層附近地表發(fā)育溶蝕洼地，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的雨水沖刷，洼地巖溶漏斗與隧道內(nèi)巖溶管道連通，可能形成連通水系，高水頭進(jìn)入襯砌背后，使隧底及邊墻背后水壓急劇增大，形成水害。鑒于以上可能發(fā)生情況，隧道洞身DK595+790～DK596+040、DK596+930～DK597+170、DK599+725～DK600+120斷層影響段中心水溝兩側(cè)布置降壓孔，鉆孔設(shè)于中心水溝與道床板之間，單側(cè)間距10m，左右側(cè)交錯(cuò)布置，孔徑75mm，深度入巖0.5m，總長(zhǎng)約2.8m；同時(shí)于以上段落左右邊墻水溝蓋板以上0.5～1.0m打降壓孔，仰角約5°，孔深以鉆至圍巖為準(zhǔn)，原則上每板二襯設(shè)一組鉆孔，左右各3孔，共6孔，邊墻降壓孔水直接引入側(cè)溝。以上減壓孔按永久孔設(shè)置。③鑒于茅坪山隧道水文質(zhì)地的復(fù)雜性，建議對(duì)全隧道進(jìn)行水文自動(dòng)觀測(cè)，主要對(duì)關(guān)鍵段落實(shí)時(shí)水位、水量及水壓變化進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，并通過(guò)通信手段實(shí)現(xiàn)在隧道外進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、整理分析。通過(guò)2到5個(gè)雨季觀測(cè)，依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析是否與2#橫洞至出口、進(jìn)口至1#橫洞段增加泄水洞，進(jìn)行體系外排水釋能降壓。

參考文獻(xiàn)：

[1].李曉凡，張會(huì)剛.茅坪山隧道工程地質(zhì)說(shuō)明書(shū)[R].2010.

[2].許模，張強(qiáng)，李光輝，喻洪平.茅坪山隧道巖溶涌突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[R].2009.

[3]晁江琴，徐世光，范柱國(guó)，尚利康.云南省某巖溶隧洞涌水量預(yù)測(cè)[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2013（06）.