淺析巖溶及瓦斯對觀音巖隧道的危害及影響

文∕張艷、陳清泉、陳華

1 前言

筠連至巡司快速通道觀音巖隧道位于四川省筠連縣境內(nèi)，隧道為分離式隧道，進(jìn)口在筠連鎮(zhèn)龍懷壩，出口在古樓鄉(xiāng)龍洞灣。工程區(qū)處在四川盆地中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖、降水充沛、四季分明、冬暖春早、夏長秋短、霜雪較少。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

工程區(qū)位于四川盆地南部邊緣與云貴高原的過渡地帶，隧址區(qū)為構(gòu)造剝蝕—溶蝕低山地貌，山體渾厚，地表植被茂密，洞身地形中部高，進(jìn)、出口地段地形較低，地形起伏較大，局部地形呈鋸齒狀，海拔高程478～702m，相對高差約224m，局部成陡崖狀，隧道最大埋深220m，因此此隧道為越嶺隧道[1]。

2.2 地層巖性

2.2.1 紅粘土

黃色；可塑狀；廣泛分布于隧道附近的斜坡以及沖溝內(nèi)；在巖溶發(fā)育地段，溶蝕裂隙中常常有殘積的紅粘土充填。

2.2.2 二疊系下統(tǒng)（P1）

灰?guī)r：灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中～厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)堅硬。巖體的風(fēng)化程度主要受溶蝕裂隙發(fā)育控制，在溶蝕裂隙發(fā)育地段常常形成囊狀風(fēng)化帶，而在基巖裸露且溶蝕裂隙不發(fā)育的地段，一般都是中風(fēng)化。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺上揚(yáng)子臺坳的川東南陷褶束，且為北東向構(gòu)造與南北向構(gòu)造的復(fù)合部位，工程區(qū)內(nèi)未見有斷層，主要為褶皺構(gòu)造，工程區(qū)內(nèi)未見有斷裂通過。工程區(qū)巖層產(chǎn)狀為320°∠43°，主要發(fā)育2 組裂隙。

2.4 新構(gòu)造及地震

工程區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動不明顯，且以間歇性抬升為主，測區(qū)地震動峰值加速度為0.05g；地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s，地震基本烈度為VI 度。

3 水文地質(zhì)條件

3.1 地表水

隧道進(jìn)口附近出露溶洞，常年有水，測時流量約3L/s。洞口為鄉(xiāng)村公路，水流通過涵管排泄到泄洪渠內(nèi)，再通過泄洪渠排泄到定水河。據(jù)向當(dāng)?shù)卮迕裾{(diào)查，暴雨時該處流量暴漲，所修涵管不能滿足其泄洪，流水溢出鄉(xiāng)村公路路面。該溶洞主要由石灰坳漏斗所匯集的雨水補(bǔ)給，由小龍懷方向的溶洞向該洞口延伸，其地板高程和隧道大致相當(dāng)。

3.2 地下水

隧址區(qū)地下水可分為第四系松散覆蓋層孔隙水和巖溶裂隙水。

第四系覆蓋層孔隙水主要分布于殘坡積、殘積的紅粘土之中，受大氣降水補(bǔ)給影響，就近排泄，局部可能形成上層滯水，且該類地下水的水量總體上欠豐富。

巖溶水分布于灰?guī)r裂隙之中，該區(qū)域巖溶非常發(fā)育，地表發(fā)育了大量的峰叢及巖溶洼地，地下發(fā)育豐富的溶洞及溶管。溶洞、溶管中在枯季時絕大多數(shù)干枯，雨季暴雨出現(xiàn)后，大量地表水由落水洞灌入地下進(jìn)入巖溶管道，再由溶管排出形成洪流。此外，在隧址區(qū)發(fā)現(xiàn)大量的水平干溶洞，在隧道底板以上高程的水平溶洞較為發(fā)育，在古樓壩西側(cè)小灣龍洞坡立谷陡壁上可見大量的垂向溶管，分布高程為510～540m，因此推測隧址區(qū)巖溶垂向溶管也較為發(fā)育[2]。在雨季施工時，施工單位應(yīng)該做好超前預(yù)報和支護(hù)措施，防止發(fā)生突水突泥事故。

觀音巖隧道穿越定水河和巡司河兩個一級巖溶水文地質(zhì)單元，隧道前段位于定水河巖溶水文地質(zhì)單元I 中，后段位于古樓壩-小魚洞巖溶水文地質(zhì)單元II-1 范圍內(nèi)。以牛背上-石灰垇-羊參包為地下水分水嶺，西側(cè)以定水河為排泄基準(zhǔn)面，高程約為445m；東側(cè)以巡司河為排泄基準(zhǔn)面，排泄高程為431m。區(qū)內(nèi)巖溶呈現(xiàn)出顯著的臺階狀洼地分布詳見圖1和圖2。

觀音巖隧道的進(jìn)口至石灰垇段地下巖溶管道發(fā)育，且管道順層發(fā)育，因此推測隧道線與該巖溶管道在進(jìn)口處斜交，故此段在雨季發(fā)生涌水事故的可能性較大。隧道中間段穿越定水河水文地質(zhì)單元和巡司河水文地質(zhì)單元之間的分水嶺，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)分水嶺部位地下巖溶并不是很發(fā)育。隧道此段主要是防止發(fā)生涌水事故。隧道的出口端510～540m 高程處出露大量的垂向溶管，出口端高程在497m 左右，處于垂向溶管的下方，枯季發(fā)生涌突水危險性較小，但雨季容易發(fā)生集中式的涌突水。暴雨后地表水通過負(fù)地形的匯聚進(jìn)入落水洞，進(jìn)而進(jìn)入地下巖溶管道，原本有粘土充填的垂向溶管可能因?yàn)樗能浕爸亓ψ饔枚l(fā)生坍塌，巖溶管道得以疏通，進(jìn)而誘發(fā)突水、突泥事故。

圖1 觀音巖隧道與巖溶地下水關(guān)系

圖2 K 線觀音巖隧道剖面投影

4 巖溶發(fā)育情況及對隧道影響

隧道區(qū)出露基巖為灰?guī)r，巖溶主要發(fā)育為溶溝、石芽、溶孔、溶洞和溶管。溶溝和石芽發(fā)育于地表，在基巖出露地方均十分發(fā)育，溶溝寬度一般約2～3m，深度3～5m，底部一般為殘積紅粘土充填。

隧道區(qū)內(nèi)發(fā)育大量溶洞（局部為溶洞群）、溶孔及溶管。溶孔直徑約10cm，溶洞直徑約0.5～4m。在隧道進(jìn)口處，多為溶洞群，底板高程約478～495m，溶洞形狀均不規(guī)則，大多為半充填，個別為全充填，充填物為紅粘土，個別溶洞頂部與落水洞相連。溶洞在枯季時絕大多數(shù)干枯，除進(jìn)口處一溶洞有常年流水溢出。雨季暴雨后，大量地表水由落水洞灌入地下進(jìn)入巖溶管道，再由溶管排出形成洪流，此類情形在隧道進(jìn)出口處尤其突出。在隧道底板附近的水平溶洞較為發(fā)育，而這些溶洞均高于隧道線，因此在隧道開挖時要注意盡量選擇大角度通過。在古樓壩西側(cè)小灣龍洞坡隧道出口附近立谷陡壁上可見大量的垂向溶管，分布高程為510～540m，由此推測隧址區(qū)巖溶垂向溶管也較為發(fā)育。在雨季施工應(yīng)該做好支護(hù)措施，防止發(fā)生突水突泥事故[3]。

5 瓦斯對隧道影響

隧道位于筠連背斜與雙河背斜的復(fù)合部位，圍巖為二疊系下統(tǒng)灰?guī)r，其下伏地層為銅溪礦組，巖性為黑色炭質(zhì)頁巖夾砂巖及煤線，炭質(zhì)頁巖和煤層均具有一定的生烴可能性，同時是可能產(chǎn)生瓦斯的地層；除此之外，還可能沿背斜核部的張裂隙上升，然后通過巖溶管道形成瓦斯氣體的深部補(bǔ)給。另外，在二疊系上統(tǒng)龍?zhí)睹合档貙樱嬖诘耐咚箽怏w會沿背斜核部的垂直向張裂隙或背斜翼部巖層與巖層之間的“虛脫”空間上升到隧道附近，通過巖溶管道連通至隧道內(nèi)，形成瓦斯深部或遠(yuǎn)程補(bǔ)給。

隧道中巖溶發(fā)育具有隨機(jī)性，因此不論是銅礦溪組還是龍?zhí)睹合档貙拥耐咚寡a(bǔ)給，在隧道附近的補(bǔ)給通道仍然是巖溶管道。由于巖溶發(fā)育具有隨機(jī)性，即瓦斯補(bǔ)給通道具有隨機(jī)性，在鉆孔中也未能揭露瓦斯，只能對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行定性判斷，因此該隧道仍然存在發(fā)生微瓦斯的可能，那么在施工中就要加強(qiáng)監(jiān)測和通風(fēng)。

6 結(jié)語

6.1 工程區(qū)內(nèi)隧道進(jìn)口附近一溶洞有常年流水溢出，其補(bǔ)給源主要為石灰坳，小龍懷方向亦有部分補(bǔ)給；特別在夏季天降暴雨時，流量較大，隧道的設(shè)計應(yīng)充分考慮該因素。

6.2 溶洞多有紅粘土填充，且隧道洞身段亦有空溶洞或充土溶洞發(fā)育的可能，在溶洞發(fā)育段在施工過程中遇到涌突泥的可能性較大，應(yīng)提前做好安全施工應(yīng)急預(yù)案，并加強(qiáng)施工超前地質(zhì)預(yù)報及其他施工地質(zhì)工作，制定一套嚴(yán)密的預(yù)防措施及危險發(fā)生時的應(yīng)急預(yù)案，從而有效預(yù)防突水、突泥的發(fā)生對人員、工程結(jié)構(gòu)的危害。

6.3 隧道圍巖為二疊系下統(tǒng)灰?guī)r，其下伏地層為銅溪礦組，是可能產(chǎn)生瓦斯的地層；此外，二疊系上統(tǒng)龍?zhí)睹合档貙樱嬖诘耐咚箽怏w通過巖溶管道連通至隧道內(nèi)，形成瓦斯深部或遠(yuǎn)程補(bǔ)給。因此，隧道可能產(chǎn)生微瓦斯，建議在施工過程中加強(qiáng)通風(fēng)、杜絕火源，并制定一套嚴(yán)密的預(yù)防措施及危險發(fā)生時的應(yīng)急預(yù)案。