高黎贡山隧道高地温热源分析

李 茹

(河南理工大学安全科学与工程学院，河南 焦作 454003)

以高黎贡山特长隧道为例，深埋特长隧道在施工过程中，高温围岩和地下热水使隧道内温度超过28 ℃，产生的高地温问题严重影响施工安全和人员健康。地温一般随着隧道埋深和长度的增加而升高。国内外隧道在施工过程中已多次遇到高地温问题，如四川乡城娘拥水电站引水隧道1号支洞有热水突出，最高温度为78 ℃[1]；新疆布伦口—公格尔电站引水隧道围岩最高温度82 ℃[2]；新疆齐热哈塔尔水电站引水隧道施工过程中高温气体喷出，温度达到98 ℃[3]。王楚骄[4]总结了国内外隧道高地温情况，确定了高地温现象存在于特殊热源和地下水对流导热并存的情况。焦国锋[5]通过对拉萨—日喀则铁路的地质条件分析，得到地热分布主要受断裂的影响。赵国斌等[6]通过对喀喇—昆仑山区引水发电洞高地温现象的分析，指出造成高地温问题的条件是高热流背景值、岩体的良好导热性以及分布密集的断层和裂隙。因此，对高黎贡山隧道的地质水文特征进行深入研究，探讨造成高地温环境的本质原因，为隧道施工建设提供较好指导作用。

1 高黎贡山隧道概况

1.1 地理位置

大瑞铁路东起大理站，西至瑞丽站。高黎贡山隧道位于怒江车站至龙陵车站区间，全长为34.538 km，其中进口紧邻怒江特大桥，隧道出口从1 100余米深的地下穿过松山抗战遗址和龙陵县城后，进入德宏州芒市。研究区主要位于云南省保山市龙陵县境内，北起腾冲县，南过潞西市，东起怒江，西至龙川江，横穿高黎贡山南部。研究区交通图如图1所示。

1.2 气候条件

研究区属热带—亚热带季风气候区，光照充足，降水量充沛，气温年温差小，日温差大。且受孟加拉湾暖温气流影响，降雨量较大。

1.3 地质构造

研究区位于板块碰撞结合带，为青、藏、滇、缅巨型“歹”字型构造，西支中段弧形构造带与经向构造带之“蜂腰部”南段。在研究区内，怒江断裂带和泸水—瑞丽断裂带在北部被紧密挤压成平行索状，向南逐渐散开，由SN向向SE或SW向偏转，呈帚状形态。两断裂带间三角地带为侵入的花岗岩体。研究区内的构造体系主要包括SN向转SW向弧形构造带、SN向构造带及NE向构造带，构成了区内基本骨架。构造带主要由若干个长期活动的南北及近南北向及与之平行的褶皱、次级断裂以及断层组成。其中腾冲和保山两条褶皱带发育，基本构造为复式背斜。怒江断裂带、泸水—瑞丽断裂带、NE向断裂带、NW向断裂带夹持于怒江和龙川江之间自东向西分布，研究区断裂构造如图2所示。

研究区内地层不发育，从老到新主要有：中、上元古界深变质岩系高黎贡山群(Ptgl)、下泥盆统关上组(D1)、上石炭统勐洪群(Cmh)以及二叠、三叠系地层。研究区内预测共有19条断层与高黎贡山隧道相交，与断层交角普遍较大，多以压扭性为主，断层附近岩体破碎，产状紊乱，糜棱岩、碎裂岩发育。断层与隧道相交长度分别在22 m～229 m之间，对隧道施工影响较大。

1.4 水文地质条件

研究区地势东北高西南低，高黎贡山夹持于怒江水系和伊洛瓦底江水系之间，南宽北窄的地势构成地表分水岭。

地表水主要为怒江、龙川江及山间盆地之河水及地表水库水。区内水系多表现为树枝状及放射状。地表水受大气降水控制明显，汛期水量大，枯水期水量小。

地下水根据补给、径流、排泄条件以及径流路径，主要分为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶水三种类型。

地下水靠大气降水渗入补给和地下水侧向径流补给。其径流条件严格受地形地貌控制，在其重力的作用下沿构造断裂带及其附近裂隙由斜坡至谷底侧向运移。排泄方式：以蒸发形式排泄，通过径流补给河水，沿龙川江、怒江沿岸及断裂带交汇处、侵入岩体与围岩的交界部位进行排泄。

2 高地温状况

高黎贡山越岭段处于地中海—南亚地热异常带，研究区内热流值高，热水活动频繁，该段出露温泉群数量达123个，低温泉85处，中温泉25处，高温泉12处，沸泉1处。根据高黎贡山越岭地段地质研究工作成果，研究区内与隧道线路相关的温泉、热泉、高温热泉和沸泉达20多处。与线路关系密切的导热断裂主要为邦迈—邵家寨断层、邦迈—邵家寨次级断层、怒江断裂、镇安断层，导热断裂附近可能会出现局部热水突出情况。导热水断裂特征、热害分级[7]及工程影响评价见表1。

表1 隧道导热断裂特征及热害程度

3 地质活动对高地温的控制作用

3.1 水热活动对高地温的控制作用

研究区内水热活动受岩浆长期大规模的持续侵入和活动断裂系统影响，其空间分布明显与区域构造带密切相关。按照地貌和构造，高黎贡山地区水热活动以怒江大断裂、泸水—瑞丽断裂带为界划分为三个水热活动带：1)怒江南北向构造水热活动带出露温泉数量31个，水温范围在20 ℃～62 ℃之间，平均水温31.8 ℃。温泉主要沿怒江河岸以及南北向的怒江大断裂带呈带状分布。2)高黎贡山—三台山弧形构造水热活动带内：a.邦腊掌—黄草坝区出露温泉数量为26个，水温范围在20 ℃～100 ℃之间，平均水温51.5 ℃，温泉的分布主要受EW向的香柏河断裂和NE向泸水—龙陵断裂带的控制；b.朝阳—平达区出露温泉28个，水温范围在20 ℃～81 ℃之间，平均水温51 ℃，多数温泉出露于喜山期—华力西期的花岗岩中，受近南北向的断层控制，部分温泉沿苏帕河两岸呈东西向分布，受侵蚀地貌影响较大；c.潞西盆地出露温泉26个，水温范围在20 ℃～62 ℃之间，平均水温28.6 ℃。3)腾冲—梁河弧形构造水热活动带出露温泉35个，水温范围在20 ℃～76 ℃之间，平均水温39 ℃。东部温泉出露受控于隐伏的同沉积断裂和龙川江断裂，西部温泉出露主要受控于腾冲—梁河弧形断裂带。

3.2 活动断裂对高地温的控制作用

在研究区内绝大部分温泉沿活动断裂与次级断裂交汇部位分布，部分温泉分布于较强活动性的构造复合位置。在研究区有3条总体上的活动构造带，它们由一系列隆起带、断陷带及断裂带组成，自东向西为瑞丽—龙陵—龙川江断裂、小陇川—腾冲—瑞滇断裂和盈江—梁河—占永断裂。

高黎贡山山区的大气降水量充沛，雨水沿着风化花岗岩及变质岩原生裂隙和后期构造断裂带下渗到盆地深部，经深部热源加热后，沿盆地内有利断裂部位上涌至形成出露于地表的温泉。活动断裂是良好的热水聚集区和热水上涌通道，温泉温度随活动断裂深度而加深。

3.3 岩浆活动对高地温的控制作用

研究区位于青藏高原东南缘挤出、走滑构造带内，新生代构造对火山和岩浆活动的控制是十分明显的。研究区内岩浆岩以花岗岩为主，主要发育于怒江大断裂与龙陵—瑞丽断裂相夹持的三角地带，具有重叠性。研究区内火山岩主要为两类：熔岩和火山碎屑岩。在龙川江河谷沿龙川江断裂由北向南线性分布，基本在空间位置上与龙川江断裂契合。

火山喷发间歇期遗留的岩浆囊成为区内高热异常区良好的热源供应体，上地幔物质上涌减压熔融产生的原始玄武质岩浆底侵，发育有较强的深部热流活动。深部热流在地壳中形成岩浆房，伴随着岩浆喷发和侵入作用之后，在中上地壳形成残留的岩浆囊，研究区高温岩石提供源源不断的热能来源。

4 结语

本文以高黎贡山隧道高地温情况为研究对象，对该地区水热活动、活动断裂及岩浆活动对高地温环境的控制作用作了系统的分析，对研究区热源做了初步讨论，得出以下结论：研究区岩浆活动强烈，构造断裂比较发育，地下水量丰富。大气降水沿补给区基岩裂隙网络下渗,再汇集于规模较大的导水断裂带中进行深部循环地下水和岩体接受岩浆冷凝释放的余热和深部对流热能的辐射，在循环过程中，深部热水与炙热岩体不断地进行水热交换，再加上岩浆中大量高温气体，挥发组分和放射热也能溶于水中，并顺岩石的原生裂隙、构造裂隙和侵入面上升和释放，使岩体温度更高，形成高水温和高岩温的状态。

[1] 苏 舟,曾继练.娘拥水电站地热成因及解决办法[J].技术与市场,2012,19(8):138.

[2] 陈 蕾,袁 媛.布仑口—公格尔水电站发电引水隧洞高地温洞段爆破技术研究[J].黑龙江水利科技,2012,40(9):107-108.

[3] 赵国斌,程向民,孙旭宁.齐热哈塔尔水电站引水隧洞高地温表现与对策[J].资源环境与工程,2013,27(4):566-567.

[4] 王楚骄.东缘进藏交通廊道地温分布及隧址区地温分析方法[D].成都：西南交通大学,2013.

[5] 焦国锋.拉萨—日喀则铁路高地温分布特征研究[J].铁道建筑,2013(8):101-104.

[6] 赵国斌,徐学勇,刘顺萍.喀喇—昆仑山区引水发电洞高地温现象及成因探讨[J].工程地质学报,2015(6):1196-1201.

[7] 姚志勇.中尼铁路高地温分布特征及地质选线探析[J].铁道标准设计,2017,61(8):21-26.