秦岭隧洞越岭段深层花岗岩地下水特征分析

2018-01-15李玉波

陕西水利 2017年6期

李玉波

（中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安 710043）

0 引言

秦岭地区各地质时期岩浆活动广泛，岩浆类型多样。侵入岩中大部分属于花岗岩类，部分为超基性，基性及碱性岩类，其喷发期自太古代直至第四纪。

近几年国家不断加大对基础工程建设领域投资力度，花岗岩类地区的隧洞工程数量也在逐年增多，如何较为准确预测地下水富水状态，以减少因地下水对施工的影响，是工程勘察的难点和重点。引汉济渭工程秦岭隧洞（以下简称秦岭隧洞）4号支洞，6、7号主洞及TBM施工段岭南工程花岗岩段落施工过程中，几次大涌水均不同程度的影响了施工进度，造成工期延误及工程投入增加的问题。本文试图通过对秦岭隧洞4号支洞，6、7号主洞及TBM施工段岭南工程的花岗岩段落地下水类型及涌水机制的分析。

1 工程概况

引汉济渭工程为规划的陕西省内南水北调跨流域调水工程之一，本工程地跨长江、黄河两大流域，穿越秦岭屏障，主要由黄金峡水利枢纽、秦岭隧洞（黄三段和越岭段）和三河口水利枢纽等三大部分组成。秦岭隧洞（越岭段）全长81.779 km，位于秦岭西部山区，区内山峰高耸，沟壑纵横，横穿秦岭山脉，最大海拔为2705m，进出口与主峰相对高差1900～2100 m，埋深在500 m以上的洞段长达35 km，最大埋深约2000 m，是我国首个从底部横穿秦岭山脉的工程。

花岗岩主要分布于秦岭隧洞岭北出口段黑河水库库区右岸党家阳坡，呈小岩株侵入，为燕山期侵入岩；岭南垭子沟至金砖沟、岭脊至萝卜峪沟之间，以及蒲河左岸，为印支期侵入岩；岭南金砖沟至构园沟一带、岭北虎豹河内松桦坪至岭脊一带，为华力西期侵入岩；岭北王家河内黄草坡以北及黑河两岸，为加里东期侵入岩。

秦岭隧洞4号支洞，TBM施工段岭南工程，位于安康市宁陕县四亩地镇，4号支洞斜长5820.21 m，洞身均位于花岗岩中，TBM施工段岭南工程施工段为K28+490～K46+360，其中花岗岩段落为K28+590～K42+330，均为印之期花岗岩。

秦岭隧洞6、7号主洞，位于西安市周至县陈河乡，6号主洞施工段落为K62+902.517～K67+163.517，7号主洞施工段落为K67+163.517～K75+286，其中花岗岩段落为K64+810～K69+500，为加里东期花岗岩。

1.1 地形地貌

4号支洞位于秦岭岭南高中山区，山高坡陡，地形起伏，最大高差约760 m，支洞洞身埋深约250～1430m。BM施工段岭南工程位于秦岭岭脊高中山区及岭南中低山区，地形起伏。高程范围1050～2200m，洞室最大埋深约1700m。

秦岭隧洞6、7号主洞工区均位于秦岭岭北中低山区，多为V字型峡谷，山高坡陡，地形起伏较大。高程范围750～1750m，洞室最大埋深约1230m。

1.2 地层岩性

印支期花岗岩（γ5）:灰白色，粒状变晶结构，块状构造，主要矿物为斜长石、钾长石、石英和少量黑云母及角闪石。

加里东期花岗岩（γ3）：浅灰白色，肉红色，中－细粒变晶结构，块状构造，主要矿物为石英、黑云母、角闪石。

1.3 地质构造

隧洞区在大地构造单元上属于秦岭褶皱系。秦岭褶皱系是一个古生代以来在中国古地台，主要由北秦岭地槽和南秦岭地槽组成，沉积巨厚，岩浆活动频繁，变质作用复杂，褶皱、断裂发育1。花岗岩段落无大的断裂构造通过。隧洞区受主构造系影响，洞室发育长大节理裂隙，多为宽张型裂隙，裂隙面填充物较少，多为钙质充填，呈大倾角近SN向展布。

1.4 水文地质特征

1.4.1 设计水文地质资料

综合大气降水入渗法、地下径流模数法及地下水动力学裘布依法三种方法计算的结果，提出各工区涌水量预测。

岭南4号支洞及TBM工区均位于贫水区（Ⅳ）；受构造影响轻微，岩体完整性好，浅层风化裂隙较发育，在断层接触带、侵入接触带中发育一些节理、裂隙，致使地下水储水空间很少，地下水相对贫乏，地下水天然露头（泉）出露很少，受大气降水影响较大，渗透系数0.007245 m/d，整体属基岩非含水层（体）或隔水层（体）。地下水均呈短距离运移，主要接受大气降水及冰雪融水补给，径流排泄条件良好，动态变化大，地下径流模数M=86 m3/d·km2。预测可能出现的最大涌水量7240 m3/d。

岭北6、7号支洞主洞工区位于弱富水区（Ⅲ），花岗岩浅层风化节理、裂隙不发育，构造节理裂隙较发育，节理、裂隙的充填性较好，地下水主要储存于风化及构造节理、裂隙中，节理裂隙的充填性较好，地下径流模数M=368m3/d·km2。预测可能出现的最大涌水量11692m3/d。

1.4.2 实际水文地质特征

实际开挖工程中，隧洞多次出现突涌水或集中涌水，衰减速度不一，其中几次较大涌水对施工的影响较大，造成短暂停工。地下水类型主要有节理裂隙水、构造裂隙水两种，主要以线状、面状、股状等形式出露。主要出水点段集中在结构面发育地带附近，各工区涌水段落统计详见表1、表2、表3。

表1 秦岭隧洞4号支洞主要出水点段落统计表

表2秦岭隧洞3号支洞TBM正洞主要出水点段落统计表

表3 秦岭隧洞6、7号主洞工区花岗岩段落主要出水点段落统计表

2 花岗岩段落地下水特征分析

2.1 地下水的赋存条件与分布特征

地下水的分布规律和赋存条件主要受气候、构造、岩性及其地貌控制。隧洞区山体岩层历经多次构造运动，褶皱、断裂、节理裂隙均较发育，其接触带、片理、原生层理裂隙等构成了地下水储存的基本条件，决定了其地下水多以裂隙水存在为主。基岩裂隙水受其所处地貌位置、构造部位和岩性特征的控制，并因补给条件的不同，地下水的分布亦有明显的差异性[3]。

花岗岩岩石中的地下水主要赋存于岩体的裂隙中，花岗岩中发育的裂隙主要有构造裂隙和风化裂隙两种。构造裂隙主要包括断层构造裂隙、节理构造裂隙及侵入接触构造裂隙。花岗岩洞段，断层构造不发育且岩性单一，主要为节理构造裂隙。风化裂隙多在地表附近发育，随埋深增加而快速减弱，较大涌水段落埋深多大于300 m，且洞内岩石色泽新鲜，因此洞内所揭露地下水多为节理构造裂隙水。

2.2 隧洞区区域地下水补、径、排特征

秦岭隧洞通过区地下水以潜水为主，局部具有弱承压性。但由于其含水介质的各向异性，使地下水的补给、径流、排泄条件十分复杂。地下水在运动过程中不但受地下通道控制还受到多种水文地球化学作用的影响，如溶滤作用、离子交换吸附作用、氧化还原作用、混合作用等，这些作用在隧洞区这一复杂地质体中均有所表现。

秦岭隧洞通过区地下水分为岭南、岭北两大水流系统，并根据断裂构造及地形地貌条件分为若干子水流系统，两大水流系统之间及其内部各子水流系统之间水力联系微弱，基本无统一的地下水面。因此，地下水补给、径流、排泄主要受地层、岩性、地质构造的控制。

岭南属汉江水系，发育的较大河流有蒲河及其一级支流椒溪河、木河、石板沟，流量较大，其它一级支沟还有萝卜峪沟、九关沟、里长沟、古里沟、石桥沟等，沟中地表水流量较大；岭北属渭河水系，发育的较大河流有黑河及其一级支流王家河和虎豹河，常年有水。同时，这几条河流也为测区最低的地下水排泄基准面，使得地下水以近南北向径流排泄。此外，各主要有水支流也形成各自的小流域系统。受构造断裂及局部地形地貌的影响，各子水流系统（即支流水系）地下水径流方向与区域径流方向有所不同。

在地貌上岭脊属高中山地形，岭南、岭北属中低山区。由于山区大气降水充沛，植被茂密，为地下水的形成提供了良好的补给条件。基岩山区的大气降水及冰雪消融水通常以风化裂隙、构造裂隙作为主要通道，渗透于基岩层间，形成基岩裂隙水，经短暂的径流汇集以泉的形式排泄于沟谷中，汇成地表径流，补给沟谷地下水。地下水受季节性控制明显，雨季循环交替积极，泉水出露较多，水量较大，枯水期，泉水水量小，甚至干枯。

地下水的排泄方式，除以河流、沟谷作线状排泄外，还以泉点作点状排泄。秦岭隧洞通过区出露有许多泉点，多数分布于断层附近，并多以串珠状产出，也说明这些断层属阻水断层[4]。

2.3 花岗岩段落的地下水补给

花岗岩本身一般不含地下水，其补给与气候、地形、构造等有密切关系。秦岭隧洞的地下水来源主要依靠大气降水。秦岭岭脊以南地区，为暖温带山地气候区，降水充沛，7~10月份为集中降雨期。秦岭岭脊以北地区，为南方湿润型与北方大陆型的过渡型气候，8~9月份为多雨期。

该区属暖温带半干旱半湿润大陆性季风气候，四季分明，冬夏温差大，具有春暖干燥，夏季燥热，秋季湿润，冬寒少雪的气候特点。降水主要集中在7～10月，7～10月的降水量占全年降水量的59.5%，地表径流条件差，降水主要通过渗入的方式汇入风化裂隙及构造裂隙中，同时风化裂隙中的水又对构造裂隙进行补充，使得地下水主要存储在构造裂隙中。涌水段洞室附近均有常年流水的河流存在，且洞室均位于河床以下百米以上，长大裂隙发育，延伸几十米的裂隙发育数条，虽然排除河水直接联通补给的可能性（氚分析），但常年累月的下渗河水应是地下水的主要补给来源。