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本文作者：程傳軍作者單位：中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

水文地質(zhì)條件和巖溶發(fā)育特征

1．水文地質(zhì)條件

隧址區(qū)背斜軸部的碳酸鹽巖為巖溶含水巖組，屬強(qiáng)富水巖組。背斜兩翼三疊系上統(tǒng)須家河組的長石石英砂巖、長石巖屑砂巖，為層間承壓孔隙裂隙含水巖組，屬中等富水巖組。隧址區(qū)內(nèi)的斷裂帶F3、F4、F5斷裂帶及影響帶發(fā)育了部分張扭性裂隙帶，沿?cái)嗔褞芪g裂隙、溶洞、落水洞發(fā)育，具有強(qiáng)的富水性和滲透性。這些斷裂帶為導(dǎo)水構(gòu)造。三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）泥、頁巖夾煤層層位，滲透性和富水性差，為相對隔水層。背斜軸部嘉陵江組碳酸鹽巖直接出露于巖溶槽谷，為地下水補(bǔ)給天窗，主要接受大氣降水和地表水補(bǔ)給，兩側(cè)斜坡地帶接受大氣降水補(bǔ)給后，一部分在槽谷兩側(cè)以泉點(diǎn)形式排泄，沿河溝排出槽谷外。槽谷底部接受大氣降水補(bǔ)給后，直接沿巖溶裂隙、落水洞下滲形成地下水，沿巖溶管道運(yùn)移。

2．巖溶出露形態(tài)

隧址區(qū)背斜軸部縱張裂隙發(fā)育，為地下水對可溶巖地層產(chǎn)生溶蝕作用創(chuàng)造了十分有利的地質(zhì)條件，巖溶形態(tài)表現(xiàn)為溶蝕槽谷、溶蝕洼地、落水洞、水平溶洞和溶隙等，巖溶發(fā)育規(guī)模極不均一，最大有數(shù)米落水洞，小至數(shù)毫米的溶隙和溶孔。從對核部隧道南部采石場的地表調(diào)繪可知，地表張裂隙發(fā)育，張開度寬3~5cm，局部可達(dá)10cm，可見發(fā)育深度最大達(dá)30m，局部段為粘土充填。另外，洞身段有三條斷層通過，地面調(diào)查和物探信息顯示，在這些斷層及影響帶范圍內(nèi)有巖溶裂隙和溶洞發(fā)育。

3．巖溶發(fā)育規(guī)律

（1）巖溶發(fā)育的呈層規(guī)律。隧址區(qū)由南向北可見魏家槽、韓家槽、魏家槽、趙家灣、周家槽（南側(cè)）、干田壩、周家槽（北側(cè)）等條狀串珠狀溶蝕洼地組成的溶槽。溶蝕洼地、槽谷、落水洞系統(tǒng)都集中分布于含鹽溶角礫巖層的三疊系下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）第四段層位，而以灰?guī)r、白云巖為主，不含鹽溶角礫巖層的三疊系下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）第三段灰?guī)r溶蝕現(xiàn)象則以溶丘、殘丘、溶蝕裂隙為特征。巖溶形態(tài)及巖溶化程度的差異，顯示可溶性碳酸鹽巖類中可溶性成分的種類、含量對溶蝕現(xiàn)象發(fā)生的難易程度有突出影響，巖溶在嘉陵江組頂部第四段內(nèi)鹽溶角礫巖與白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r接觸帶、第四段白云巖與第三段灰?guī)r接觸帶發(fā)育最為強(qiáng)烈。（2）溶蝕現(xiàn)象受地質(zhì)構(gòu)造影響顯著。在瀝鼻峽背斜核部呈條帶狀分布的串珠狀溶蝕洼地與干谷壩斷裂帶（F3）走向一致。而在背斜西翼分布的巖溶槽谷形態(tài)，明顯受區(qū)域橫張裂隙控制的侵蝕、溶蝕溝谷影響，槽谷呈等間距平行排列。

巖溶工程地質(zhì)問題及處理措施

1．塌方和冒頂

隧道碳酸鹽巖按巖溶化程度可分為強(qiáng)巖溶化巖體和巖溶化巖體。強(qiáng)巖溶化巖體發(fā)育層位主要是三疊系下統(tǒng)嘉陵江組四段（T1j4）、二段（T1j2）和嘉陵江組三段（T1j3）季節(jié)交替帶、三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T2l）和斷層破碎帶和影響帶。三疊系下統(tǒng)嘉陵江組四段（T1j4）和三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T2l），其巖體為含鹽溶角礫巖、角礫狀灰?guī)r可溶性碳酸鹽巖。其中鹽溶角礫巖巖體強(qiáng)度低，該層部分段呈泥質(zhì)膠結(jié)狀，少量為泥夾石狀，強(qiáng)度低，完整性差。嘉陵江組三段（T1j3）斷層破碎帶及影響帶，巖體為可溶性碳酸鹽巖，巖體破碎，溶孔、溶隙和垂直溶隙發(fā)育。巖溶化巖體發(fā)育層位主要是三疊系下統(tǒng)嘉陵江組四段（T1j4）、三段（T1j3），該層位巖性為灰?guī)r、白云巖。圍巖級別取決于巖塊堅(jiān)硬程度、巖體完整性、構(gòu)造和地下水條件。巖溶對圍巖級別的影響主要表現(xiàn)為降低了巖體完整性和存在大量的巖溶地下水，從而降低了圍巖級別［3］。強(qiáng)巖溶化巖體中存在大量的Ⅴ級和Ⅳ級圍巖，巖溶化巖體中也存在大量的Ⅳ級圍巖，這些區(qū)段在施工過程中易塌方、冒頂。

2．涌水、突水和突泥

地質(zhì)測繪、鉆探、鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)、高密度電法高密度電法物探均顯示，在強(qiáng)巖溶化巖體區(qū)段存在大量的巖溶裂隙，局部還存在溶洞，滲透系數(shù)大。鉆孔抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)顯示滲透系數(shù)K=0.45~4.5m/d。利用地下水徑流模數(shù)法和大氣降水入滲法對隧道各區(qū)段的平水期和豐水期涌水量進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測。結(jié)果顯示，隧道平水期涌水量達(dá)14,880m3，豐水期涌水量達(dá)52,080m3。強(qiáng)巖溶化巖體、中等巖溶化巖體段總長約1,610m，占隧道總長的48%，但其平水期涌水量約14,400m3，約占隧道總涌水量的97%?？梢姡趯硎┕み^程中，該隧道的涌水量絕大部分將來源于強(qiáng)巖溶化和中等巖溶化巖體，巖溶大大增加了該隧道的涌水量。另外洞頂?shù)乇泶嬖谒?、水田，局部可能存在?lián)通至洞身的地下水通道（溶洞、巖溶裂隙等），因此隧道開挖過程中將易突水、突泥。初步估算，在強(qiáng)巖溶化巖體和巖溶化巖體段，隧道外水壓力可達(dá)0.66MPa~0.95MPa，最大突水量可達(dá)106,000m3/d。

3．巖溶可能引發(fā)隧道施工過程中的環(huán)境地質(zhì)問題

隧道建設(shè)將降低地下水位，尤其是在和嘉陵江組碳酸鹽巖含水層分布區(qū)，成為隧道區(qū)及其鄰近的排泄基準(zhǔn)面，并可能貫通裂隙與地表水體連通，影響甚至疏干地表水體。

4．巖溶地質(zhì)問題處理措施

（1）對巖溶引起的隧道崩塌、冒頂?shù)葒鷰r穩(wěn)定性問題，建議在施工過程中加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，推行信息化設(shè)計(jì)、新奧法等先進(jìn)的施工方法和施工工藝，對Ⅲ、Ⅳ級圍巖分布大力推行光面爆破，努力維護(hù)圍巖穩(wěn)定性。組成V級圍巖的嘉陵江組四段鹽溶角礫巖夾白云質(zhì)灰?guī)r和斷層破碎帶及影響帶，施工時(shí)應(yīng)采用導(dǎo)洞或臺階分部開挖，二次復(fù)合支護(hù)。（2）對于強(qiáng)巖溶花和巖溶化巖體大量涌水、突水、突泥和地表水疏干問題，應(yīng)加強(qiáng)施工過程中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)超前預(yù)報(bào)信息，采取合適的防治措施。對強(qiáng)巖溶化巖體和巖溶化巖體采取短進(jìn)尺掘進(jìn)、小藥量爆破。對可能發(fā)生大量又涌水、突水和突泥地段進(jìn)行鉆孔泄水或者提前圍巖灌漿處理。施工中的涌水應(yīng)采取以堵為主進(jìn)行處理，防止大面積涌水、突水、突泥和地表水體疏干。