观斗山隧道水文地质条件分析及涌水量预测

杨彪山

（成都市地质环境监测站，成都 610072）

观斗山隧道水文地质条件分析及涌水量预测

杨彪山

（成都市地质环境监测站，成都 610072）

在对隧道两侧进行水文地质调查的基础上，结合调查区地质环境背景，查明该区水文地质条件。分析不同地层岩性的含水性和富水性，评价地下水的补给、径流和赋存特征，预测隧道开挖时可能发生涌突水的位置。采用狭长水平廊道法、大气降水入渗系数法、比拟法和大气降水入渗法对隧道涌水量进行预算，为隧道施工开挖预防涌突水灾害提供依据。

隧道；水文地质；涌水量

1 工程概况

观斗山隧道为国家高速公路成渝环线合江（渝川界）至宜宾段公路控制性工程，位于宜宾北约10 km的翠屏区象鼻镇及凉姜乡境内，横穿北东－南西向展布的观斗山背斜山中段。隧道设计为分离式，双洞四车道，隧道建筑限界（宽×高）10.25×5.00 m，隧道底板采用人字形坡。隧道左洞里程：K 146＋270～K 148＋780，隧道长2510 m，进、出口设计洞底标高333.24 m、332.36 m，隧道最大埋深220 m。隧道右洞里程：YK 146＋260～YK 148＋800，隧道长2540 m，进、出口设计洞底标高335.61 m、331.63 m，隧道最大埋深216 m。

2 地质环境背景

隧址区位于四川盆地南缘与云贵高原的过渡带，处于低山地貌区。隧道横穿观斗山背斜中段，区内地形相对高差325～340 m，观斗山北西坡为坡度较缓的顺层斜坡，地形坡角10°～20°，受冲沟切割的影响，局部地形呈鸡爪状。南东坡为陡坡、陡崖组成的反向坡，并形成地表分水岭，沟谷较密集，靠近山脊一带植被茂密。

区内地层除第三系、石炭系全区缺失，泥盆系多数区段缺失及峨眉山玄武岩部分区段缺失外，从第四系至寒武系均有出露。隧址区出露的地层主要为侏罗系珍珠冲组（J1zh）及三叠系须家河组（T3xj）。

观斗山隧道横穿观斗山背斜中段北西翼，隧址区总体为一单斜构造。F1断层区域上称观斗山断裂（凉姜沟断层）为压性逆断层，属华莹山断裂带一分支断层。分布于观斗山背斜核部，北起于金坪乡黄荆桥，南止于宜宾南西林家沟，全长24 km。断层走向与观斗山背斜构造线一致，大致N45°E，倾向NW，倾角30°～70°，断距450～500 m。该断层处于观斗山隧道进口附近通过。F2断层属逆断层，为F1分支断层，位于观斗山东坡陡崖脚，断层走向约N40°～50°E，倾向NW，倾角40°～50°。

3 水文地质条件

3.1 地表水特征

四系孔隙水含水层补给的井泉较大；另外，拟建隧道左洞里程K 147＋270附近地表出露的“半边山牛角塘”泉水（面流）和隧道右洞里程Y K147＋435北东侧65 m附近地表出露的“凤凰山牛角塘”泉水，勘测时流量分别为2.15666 l/s和1.22545 l/s，常年涌水量相对较稳定，为T3xj4砂岩孔隙裂隙层间水补给。观斗山两侧斜坡纵向冲沟发育，多为季节性流水沟，且沿沟多修筑池塘，冲沟中流水受季节和人为影响较大，冲沟中水流多汇集于象鼻河及两岔河。

3.2 地下水的赋存与分布

调查区内，除零星分布的冲洪积层以外，主要为各类沉积岩，玄武岩仅分布在南部区。零星分布的冲洪积层有孔隙潜水，对区域地下水而言不具重要意义。白垩系夹关组（K2j）主要由砂岩组成，受降水补给条件好，以构造及层状裂隙充水为主，富水性中等。侏罗系（J）“红层”以泥质岩为主夹砂岩，浅层风化裂隙及砂岩裂隙充水，富水性较差。三叠系须家河组（T3xj）二、四、六段（T3xj2、T3xj4、T3xj6）由砂岩组成，砂岩层间裂隙及构造裂隙发育，裂隙充水，富水性中等，相间分布的一、三、五段（T3xj1、T3xj3、T3xj5）泥质岩为相对隔水层，富水性较差。从三叠系到寒武系，各类碳酸盐岩厚达2000 m以上。它们或者成厚数百米的所谓“纯层型”可溶岩单独产出，或者仅厚数米至数十米而夹于更厚的碎屑岩之间，即所谓的“夹层型”可溶岩产出。这些可溶岩在发育的构造裂隙的基础上，在湿润多雨的气候条件下，溶蚀作用强烈，岩溶发育，岩溶水丰富，是调查区富水性最好，地下水动、静储量最大的含水层系。其中，二叠系栖霞组茅口组（P1q＋m）富水性最好，三叠系雷口坡组嘉陵江组（T2l＋T1j）富水性次之。

3.3 地层、岩石及断裂构造含水性和相对隔水性

根据各岩层所处构造及地形部位以及含水介质、储水空间、地下水补径排条件等特征，将隧址区内含水层划分为第四系松散孔隙含水层、基岩风化裂隙含水带、侏罗系红层泥质岩孔隙裂隙含水岩组和三叠系须家河组碎屑孔隙裂隙含水岩组等4个含水岩组。

F1断层处于观斗山隧道洞口以外，与观斗山隧道相交的只有F2断层，破碎带宽8～10 m，由糜棱岩、破碎岩块等组成。据钻孔揭露，断层带岩体极破碎，井壁易垮塌，说明断层带裂隙及其两侧羽状张裂发育，断层具备一定的导水条件，断层两侧羽状张裂发育带利于地下水的储存和运动，富水性好。

3.4 地下水补给径流、排泄条件

隧址区地下水主要受大气降水补给，分水岭在观斗山山脊一带。分水岭北西坡地形较平缓，山坡表面植被发育，树叶、草枝对降水有阻滞作用，大气降水流失相对较缓，有利地表水渗入地下补给地下水；分水岭南东坡地形坡度大，受水面积小，地表水流泄快，地下水补给条件相对差。区内地下水主要储存于砂岩裂隙、孔隙中及第四系松散层孔隙中。地下水一般沿纵向构造裂隙及层间裂隙运移、径流，在最低侵蚀面附近以泉水形式排泄于地表。

4 隧道涌水量预测及涌、突水评价

4.1 涌水量计算

4.1.1 预算原则

经过对隧址区水文地质条件、隧道充水条件和区域水文地质资料的综合分析，大气降水入渗是地下水的主要来源。隧道穿越两个不同性质的含水岩系，不同含水岩组、同一含水岩系的不同层段和构造部位，地下水位不一，地下水渗透性亦存在一定差异。因此，本次依据隧址区地形地貌、地层岩性、构造及水文地质条件等对隧道涌水量采取3种方法分段进行预算。左、右隧道相距近、长度相差不大、水文地质条件基本一致，现选择左洞计算，预算涌水量为隧道双洞涌水量之和，若双洞同时掘进，则单洞涌水量为计算结果的一半。

4.1.2 预算方法及公式的选择

依据区域水文地质资料、钻孔水文地质试验参数、象鼻煤矿老窑、响滩子煤矿老窑、五板桥煤矿及苏家桥煤矿老窑主石门流量、气象等资料，采用狭长水平廊道法、大气降水入渗系数法、比拟法对隧道涌水量进行预算，隧道最大涌水量采用大气降水入渗法和比拟法计算。

计算公式：

大气降水入渗系数法：Q＝1000 F·A·α/T

比拟法：Q＝Q0·L/L0

4.1.3 参数选用及预算结果

式中，Q为隧道涌水量（m3/d）；B为隧道分段长度（m）；K为渗透系数（m/d），根据钻孔抽水试验资料以及区域资料综合分析取用；H为水柱高度（m），为天然状态各层地下水水位至隧道设计路面的平均水柱高度；R为影响半径（m），采用经验公式R＝ 2 H求取。

根据区域水文地质资料、钻孔水文地质试验参数、地层岩性及含水层特征对其进行分段计算。涌水量计算结果见表1。

表1 狭长水平廊道法计算参数及计算结果Table 1 Calculation parameters and results by the level passage method

计算的结果：隧道涌水量Q＝2255.08 m3/d。

（2）大气降水入渗系数法Q＝1000 F·X·α/T式中，Q为隧道正常、最大涌水量，m3/d；F为汇水面积，由1∶10000平面图量测；X为多年平均降雨量，取1194 mm，最大月降雨量，取284.7 mm；T为年时间，365 d，月时间，30 d；α为入渗系数，根据区域资料采用经验值。

计算的结果：隧道正常涌水量Q＝2855.79 m3/d，最大涌水量Q＝6190.33 m3/d，见表2。

表2 大气降水入渗系数法Table 2 Method of precipitation infiltration coefficient

（3）比拟法

拟建隧道轴线两侧依次分布有象鼻煤矿老窑、响滩子煤矿老窑、五板桥煤矿生产井、苏家桥煤矿老窑，矿井石门均位于J1zh、T3xj6地层，主巷道均穿越J1zh、T3xj6地层至T3xj5地层下部。由于所处构造部位相同，水文地质条件与隧址区基本一致，在此采用各个煤矿矿井主井口涌水量计算拟建公路隧道涌水量。

计算公式：Q＝Q0·L/L0

式中，Q为隧道正常、最大涌水量，m3/d；Q0为煤矿矿井正常涌水量、最大涌水量，m3/d；L为隧道左洞长度（m）；L0为煤矿矿井主平洞长度（m）。

计算结果：由于象鼻老窑煤矿、苏家桥老窑煤矿属主井口自然流水，所测水量较稳定、可靠，五板桥煤矿生产井受生产影响，所测水量偏小，响滩子煤矿老窑主井口被象鼻镇自来水厂封闭抽水，无法实测出水量，其计算采用水量为水厂提供。经综合分析：五板桥煤矿计算数据可靠性较小，不予采用，结合象鼻老窑煤矿、苏家桥老窑煤矿及响滩子老窑煤矿计算数据，比拟拟建隧道正常总涌水量1706～2192 m3/d，最大总涌水量3071～3946 m3/d。由于煤矿主平洞断面较公路隧道小，根据经验，其比拟法计算涌水量应乘系数1.5，即隧道正常总涌水量2559～3288 m3/d，最大总涌水量4607～5919 m3/d。详见表3。

表3 比拟法计算结果Table 3 Calculations by the analogy method

4.1.4 涌水量评价

由以上3种方法预算得隧道涌水量见表4。

表4 隧道涌水量计算结果对比表Table 4 Calculations contrast of the tunnel's gush－water amount

从表4可以看出，狭长水平廊道法计算结果最小，由于水文试验渗透系数代表性有限，计算结果不予采用。降水入渗法与水文地质比拟法计算的隧道正常涌水量较接近。煤矿矿井主平洞随标高低于拟建公路隧道标高约28 m，断面小于拟建公路隧道，但其较短，穿越地层较少。该区域地下水主要受大气降水补给，大气入渗系数法主要建立在大气降水入渗的基础上，其计算结果真实性较高，建议采用大气入渗系数法计算结果作为设计依据，即拟建公路隧道正常涌水量Q＝2855.79 m3/d，最大涌水量Q＝6190.33 m3/d。如果双洞同时施工，则单洞涌水量为计算结果的一半。

各段涌水量建议值见表5。

表5 隧道涌水量建议值Table 5 Proposed values for the tunnel's gush－water amount

4.2 突水可能性分析

经对隧址区水文地质条件、隧道涌水量预测和结合区域水文地质资料的综合分析，大气降水是地下水的主要补给来源。隧址区构造较简单，总体为一单斜构造，含水层与相对隔水层相间分布，含水层中砂岩孔隙率：T3xj6为1.76%～7.85%、T3xj4为2.34%～13.2%、T3xj2为5.9%～20.2%，节理裂隙较发育，且由于J1zh、T3xj5－3、T3xj5－1、T3xj3、T3xj1相对隔水层与砂岩含水层相间分布，形成T3xj6、T3xj5－2、T3xj4、T3xj2单斜储水构造，砂岩中存在地下水静水储量，当隧道施工由J1zh、T3xj5－3、T3xj5－1、T3xj3相对隔水层掘进揭穿至T3xj6、T3xj5－2、T3xj4、T3xj2砂岩含水层时，预计拟建隧道存在突水的可能性。

另外，地下水的补给、径流、赋存特征主要受岩性、构造、地形地貌特征以及老窑水的影响，以下部位也易发生突水：

不同岩性（层位）接触带及层间裂隙发育带发生突水的可能性较大。

T3xj5－1层段可能有煤坑道积水，开挖初期存在发生突水的可能性。

F2断层带附近可能发生涌水甚至突水。

5 结语

（1）隧址区处于四川盆地南缘低山地貌区，属长江水系，分水岭位于观斗山山顶红旗茶场一带山脊，山脊两侧多发育季节性冲沟，冲沟沟水均分别汇于象鼻沟、两岔河，而后流入黄沙河后最终汇入长江。隧址区为一单斜构造，相对含、隔水层相间产出，在构造走向上相对含水层呈一敞开的储水构造。

（2）根据各岩层所处构造及地形部位以及含水介质、储水空间、地下水补径排条件等特征，将隧址区内含水层划分为第四系松散孔隙含水层、基岩风化裂隙含水带、侏罗系红层泥质岩孔隙裂隙含水岩组和三叠系须家河组碎屑孔隙裂隙含水岩组等4个含水岩组。

（3）地下水的补给、径流、赋存特征主要受岩性、构造、地形地貌特征以及老窑水的影响，隧道突水位置主要位于隧道穿越不同岩性的接触带、构造发育带及采空区，建议隧道施工时对易突水段采用物探、超前钻探等手段进行超前预报并采取有效的防治措施。

（4）采用狭长水平廊道法、大气降水入渗系数法、比拟法对隧道涌水量进行预算，隧道最大涌水量采用大气降水入渗法和比拟法计算。计算结果：隧道正常涌水量Q＝2855.79 m3/d，最大涌水量Q＝6190.33 m3/d。如果双洞同时施工，则单洞涌水量为计算结果的一半。隧道最大涌水量不包括老窑采空区突水的数量。

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HYDRO－GEOLOGICAL CONDITIONS AND GUSH WATER AMOUNT FOR THE GUANDOUSHAN TUNNEL

Yang Biao－shan
（Chengdu Geo－environmental Monitoring Station，Chengdu 610072，China）

The hydro－geological conditions are identified on the basis of the hydro－geological investigation on both sides of the tunnel and its geo－environmental background analysis.Level passage method，precipitation infiltration coefficient method，analogy and precipitation infiltration method are used to calculate gush water amount，which offers a basis for the tunnel excavation.

tunnel；hydrogeology；gush water amount

U459；P641

:A

1006－4362（2012）02－0095－05

杨彪山（1977－ ），男，甘肃古浪人，学士，工程师，主要从事水文地质、工程地质工作。

2012－04－23改回日期:2012－05－23