沪昆客专茅坪山隧道水文地质条件及涌水量研究

何海平

摘要： 本文基于茅坪山隧道地形地貌、气候特征、地层岩性、地质构造、地表水径流条件、地下水类型、地下水补给及排泄条件的研究，对茅坪山隧道施工涌水量进行预测，预测最大涌水量72000m3/d。结合勘察阶段涌水量预测资料和配合施工阶段涌水量观测资料对比分析，提出隧道分段涌水量，为隧道排水能力评估及是否增加泄水洞提供可靠依据。

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.

关键词： 客运专线；茅坪山隧道；隧道涌水量；对比分析

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

中图分类号：U452.1+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0117-02

0 引言

茅坪山隧道全长7713m，是沪昆客运专线黔东南段的重点控制性工程，纵坡为单面上坡，洞身设1#、2#横洞。隧道洞身穿越区域全为碳酸盐岩分布区，同时隧道发育4条断层，分别为隆昌断层、后山断裂、茅坪山断层及鱼冲断裂。因岩溶、断层、大型节理交替发育，造成茅坪山隧道围岩极差，施工非常困难。施工过程中，孔隙水、基岩裂隙水发育，多呈滴水、线状或小股状发育，危害性较小，造成隧道施工困难，对隧道结构物危害最大的主要为岩溶水，隧道开挖揭示溶洞发育密集，岩溶管道与地表溶槽、溶蚀洼地连通，十分有利于降雨等进行渗入式或注入式补给。结合中铁十七局集团第三工程有限公司会同监理工程师现场签字确认的“茅坪山隧道涌水记录”、“三角堰断面流量记录”分析，隧道涌水及流量具有明显的季节性特征。结合勘察阶段涌水量预测资料和配合施工阶段涌水量观测资料对比分析，提出隧道分段涌水量，为隧道排水能力评估及是否增加泄水洞提供可靠依据。

1 工程地质概况

1.1 地形地貌

隧道穿越区域全为碳酸盐岩分布区，具构造剥蚀～溶蚀槽谷地貌特点。隧址区位于云贵高原斜坡地带，区内地形总体为中部高四周低，隧址区内最高点位于隧道轴线中部的羊羔山山顶，海拔高程1199m，最低点位于隧道进口东侧的河谷谷底，海拔高程653m，相对高差545m。

1.2 气象特征

沿线属亚热带湿润季风气候，雨量充沛，阴雨天多，四季不甚分明。年平均降雨量1200～1500mm，5～10月份为雨季，占年降雨量的80%。

1.3 地层岩性及地质构造

隧道范围内第四系不发育，主要分布于岩溶洼地、溶蚀槽谷、零星分布于溪谷两侧平缓及低洼地带，厚度一般小于6m，與下伏地层均呈角度不整合接触。下伏基岩为寒武系杷榔组、清虚洞组、高台组一套浅海台地相地层，其中清虚洞组、高台组为可溶岩，隧道通过地段可溶岩段长7403m，占隧道全长的96%，隧道岩溶水发育。隧址区总体为单斜构造，构造线的展布方向主体为北东向，少部呈近东西向（北部）展布，区內发育4条断层。

2 岩溶水文地质条件

2.1 地表水径流条件

隧址位于长江流域乌江水系清水江上游，地形总体为中部高四周低，地表水主要通过大的地表溪沟，以地表径流或岩溶管道的形式直接汇入东部的清水江，具暴涨暴落的特点。

2.2 地下水类型

隧址基岩多裸露，地下水类型分为主要为基岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶水。

①基岩裂隙水。基岩裂隙水赋存于隧道进口端316m页岩地层中，受降雨渗入式补给，并赋存于岩体的孔隙和裂隙网络中。分布范围小，对隧道影响较小。

②碳酸盐岩类岩溶水。赋存于白云岩、灰岩地层，溶蚀现象以地表岩溶沟槽和带状分布的溶蚀洼地等垂直溶蚀现象为特征，有利于降雨等进行渗入式或注入式补给。地下水丰富，径流复杂，对隧道的影响极大。

2.3 地下水补给、径流、排泄条件

地下水的补给主要来源于大气降水、地表沟槽水，地下水动态随季节而变化。白云岩分布区，岩溶裂隙、溶洞较发育，地下水多集中于地下岩溶裂隙或管道中径流，并以岩溶泉的形式于河谷中或沿与非可溶岩的接触带排出地表；灰岩区多以岩溶管道形式排泄。因地下分水岭基本在隧道中部，地下水由中部分别向东西方向径流，沿地表溪沟径流或地下岩溶管道排泄。隧道进出口可溶岩段隧道处于岩溶水水平循环与垂直循环交替带内，隧道中部可溶岩段隧道处于岩溶水水平循环带内，地下水量丰富。

3 隧道涌水量预测评估

隧道涌水量预测不仅影响隧道施工组织及施工方法，还影响突水突泥等应急救灾预案的安排及实施。本文隧道洞身地形地貌、地层岩性、构造及水文地质条件、岩溶发育特征、岩溶地下水系统和岩溶补给条件，采用大气降雨入渗法、地下水径流模数法对茅坪山隧道采取分段预测隧道涌水量。

经综合比较，考虑可溶岩局部存在岩溶管道，降雨入渗法预测的涌水量做为隧道推荐涌水量，隧道正常涌水量Q=36000m3/d，丰水期最大涌水量Q=72000m3/d。

隧道穿越区地下水分布受构造、岩性控制，隧道洞身DK595+890～DK595+940、DK597+030～DK597+070、DK599+825～ DK599+905及DK599+950～DK600+020段为断层破碎带，为隧道地下水富集区，施工时应加强超前地质预报，做好突水、突泥防范及应急措施。

4 施工过程水量观测

4.1 施工概况

茅坪山隧道于2010年12月8日开工， 2014年1月25日全隧关键线路最终贯通， 2014年5月6日完成二次衬砌施工，2014年9月10日完成无碴轨道施工，2014年11月26日完成二次衬砌施工。

4.2 贯通前水量观测

根据2011、2012、2013年茅坪山隧道水量观测资料分析，2011、2012年单口最大出水量分布月份及排水口不尽相同，出水点多而分散，初步判断隧道突水量多为地下水净储量；茅坪山隧道2014年1月底贯通，因此2013年隧道涌水量可做隧道贯通后的涌水量，这一年的隧道贯通前各排水口流量变化情况详见图1。

4.3 贯通后水量

2015年1月12日在施工单位对茅坪山隧道中心排水沟、左右侧排水进行疏通，1#、2#横洞隧道涌水量分流的基础上，对关键部位（进口、1#横洞上下游、2#横洞上下游）排水沟进行水量观测（详见表2）。

5 结论及建议

①鉴于茅坪山隧道岩溶裂隙水、断层附近地下水发育，正洞中心水沟必须与横洞排水沟连通，将正洞排水于1#横洞、2#横洞分流排出洞外，具体可在横洞与主洞相交位置埋设钢筋混凝土排水涵管，最小直径0.5m，数量2～3根。按永久排水结构设置。②隧道发育4条断层，且断层附近地表发育溶蚀洼地，经过长期的雨水冲刷，洼地岩溶漏斗与隧道内岩溶管道连通，可能形成连通水系，高水头进入衬砌背后，使隧底及边墙背后水压急剧增大，形成水害。鉴于以上可能发生情况，隧道洞身DK595+790～DK596+040、DK596+930～DK597+170、DK599+725～DK600+120斷层影响段中心水沟两侧布置降压孔，钻孔设于中心水沟与道床板之间，单侧间距10m，左右侧交错布置，孔径75mm，深度入岩0.5m，总长约2.8m；同时于以上段落左右边墙水沟盖板以上0.5～1.0m打降压孔，仰角约5°，孔深以钻至围岩为准，原则上每板二衬设一组钻孔，左右各3孔，共6孔，边墙降压孔水直接引入侧沟。以上减压孔按永久孔设置。③鉴于茅坪山隧道水文质地的复杂性，建议对全隧道进行水文自动观测，主要对关键段落实时水位、水量及水压变化进行自动观测，并通过通信手段实现在隧道外进行数据收集、整理分析。通过2到5个雨季观测，依据观测数据分析是否与2#横洞至出口、进口至1#横洞段增加泄水洞，进行体系外排水释能降压。

参考文献：

[1].李晓凡，张会刚.茅坪山隧道工程地质说明书[R].2010.

[2].许模，张强，李光辉，喻洪平.茅坪山隧道岩溶涌突水危险性评价[R].2009.

[3]晁江琴，徐世光，范柱国，尚利康.云南省某岩溶隧洞涌水量预测[J].水资源与水工程学报，2013（06）.