桐梓特长隧道水文地质条件分析及涌水量预测

刘朝跃，石天文，周 松

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550001)

1 引 言

桐梓隧道是兰海高速重庆至遵义段扩容工程的重点工程，为双向六车道高速公路隧道，全长10 497 m，最大埋深649 m，单向上坡，纵坡坡率1.75%，单洞建筑限界为17.65m×5 m，设计速度100 km/h；荷载等级为公路-Ⅰ级。隧道地处黔北高原北部大娄山脉延伸偏转部位，山峦起伏，沟谷纵横，区内主要山脊走向基本保留了早期隆起雏形，地势总体特征为中部高两端低，最高点海拔1 729.9 m，最低点高程592.3 m。

2 区域地质特征

隧址区复式褶皱及断裂发育，断裂有4条。隧道穿过的地层单元共17套、累计穿越不同岩性34次，其分布特征受构造控制明显，因复式褶皱及断裂作用，分别在隧道进口、洞身及出口段穿越了相同地层单元，岩性有灰岩、泥岩、煤系地层等。场区碳酸盐地段岩溶发育，在分水岭地带岩溶以洼地、落水洞为主；斜坡地带洼地、落水洞加大；河谷及沿河地段为溶洞、地下河，从分水岭至河谷明显增强，如区内的龙洞塘及马打洞地下暗河；厚层灰岩岩溶形态较大，地下洞穴发育，岩溶化程度高；陡倾褶皱中的碳酸盐岩与碎屑岩呈条带状相间分布，岩溶多沿构造线走向发育；岩溶发育程度随深度增加而减弱，一般0～100 m岩溶发育强烈，以洼地、落水洞为主；100～250 m发育中等，以溶隙为主；250 m以下发育较弱，主要为溶蚀孔洞。

3 水文地质特征

隧址区地处綦江、赤水河及乌江水系分水岭部位。大气降水是场区地下水的主要补给源，补给方式为降水形成的片流、地表迳流通过裂隙、溶隙、落水洞等下渗补给。从全区情况看，地形较陡峻，降水渗入后，形成的水力坡度较大，虽然溶隙溶洞及管道曲折多变，但地下迳流普遍迅速；排泄区为谷地及河流，地下水大都沿岩层面分布。隧址区浅埋区地下水埋深小于50 m；深埋区下水埋深50～100 m，局部地段大于200 m。

区内发育两条暗河，其中龙洞塘暗河整体位于隧道区东侧，管道全长13.5 km，尾部从隧道上侧200 m处通过，隧道开挖存在袭夺暗河水体的风险；龙洞塘地下暗河位于隧道区西侧，全长2.8 km，暗河与隧道之间受泥岩层阻隔，对隧道影响小。

4 水文地质单元分区

依据地表分水岭及水文网所起的控制作用，将区内分为3个水文地质区7个亚区。

I1区：面积25.65 km2。含水岩组主要有P2q、P2m、T1m灰岩及S1l、S1sh等粉砂岩，分别形成裂隙溶洞水、溶洞裂隙水和基岩裂隙水，以P2m最为突出，其洼地落水洞发育，补给范围跨过分水岭形成水量较大的龙洞塘地下河。受背斜控制，地下水沿背斜两翼及倾伏端弯转径流，自南而北再转向西顺层排往松坎河。

I2区：面积17.75 km2。含水岩组为P3c、P3l、P2m、P2q灰岩、泥岩等为岩溶裂隙溶洞水、溶洞裂隙水，以P2m为主，其洼地落水洞发育，有马打洞地下暗河分布。地表分水岭与地下分水岭一致，地下水沿向斜轴部和两翼由南往北排泄。

II1区：面积11.48 km2。含水岩组有P2q、P2m、T1m灰岩及S1l、S1h、P3l、P3c、T1y泥质粉砂质，形成裂隙溶洞水、溶洞裂隙水和基岩裂隙水。受洼地落水洞影响，P2m地下水反向越过分水岭进入龙洞塘地下河，少部份向南运移。除此，地下水总体顺背斜轴和层面由北向南径流。

II2区：面积4.42 km2。含水岩组以T1m、T1y、P3c、P3l、P2m、P2q、S1l等灰岩、泥岩为主，为裂隙溶洞水、溶洞裂隙水和基岩裂隙水。向斜轴部较特殊，地层产出平缓，有走向断层切割，T1m灰岩顶托于浅表，下面为T1y泥岩，断层浅部导水，下部泥质含量重，沟通性差。区内地下水以裂隙及部份断裂为导水脉络，一方面就近出露，另一方面排往外面桐梓河。

II3区：面积14.45 km2。含水岩组为T1m、T1y、P3c灰岩、泥岩，主要为基岩裂隙水。地下水补给面有限，富水性差。

II4区：面积16.83 km2。含水层为ε2-3ls、O1t+h、O1m、O2b、O3j、O3w白云岩、灰岩、泥岩，地下水较丰富。

III1区：面积约6.59 km2。含水岩组为T1y、P3c、P3l、P2m、P2q、S1l等灰岩、泥岩，轴部有断层穿切。地下水由南往北顺层运移，排往沟谷和河谷内。

III2区：面积约3.02 km2。地下水主要为ε2-3ls、O1t+h、O2b，岩溶裂隙溶洞水、溶洞裂隙水，循坏交替较好。

5 隧道涌水量预测

区内碳酸盐岩发育，裂隙溶洞、暗河系统等错综复杂，形成了复杂的地下水网络系统。预测隧道涌水量时，用虚拟的等效介质场近似代替复杂的网络介质场，将隧道洞身视为处于一无水隔水底板，左右无限延伸的潜水含水层中。为较为准确评价隧道涌水量，采用了多种方法：(1)大气降雨入渗法，最大涌水量Qmax=194 592 m3/d；(2)地下径流模数法，最大涌水量Qmax=119 119 m3/d；③地下水动力学法192 373 m3/d。结果显示存在差异，考虑前两者方法局限性，因此设计按照地下水动力学法计算结果作为隧道涌水预测值。

6 水文地质问题预测

(1)涌水、突泥：隧道碳酸盐岩占60%，岩溶发育强烈，存在丰富的地下水，隧道穿越时易造成突水、突泥；隧道出口侧临近团圆煤矿上部采区，需重视预留巷道串通老窑积水问题；茅坝向斜轴部灰岩，含水层叠置于隧道顶板以上，地下水赋存丰富，易形成承压水，施工中应加强监测和预报。

(2)地下水漏失及泉点干涸：隧道开挖将形成较大的集水廊道，势必对隧址区水文地质条件产生影响，改变原有的地下水径流场。在影响范围内可能出现地下水水位降低、地表部分井、泉干枯等现象，隧道施工过程视涌水程度可采用堵排结合处治。

7 结 论

(1)隧址区可溶岩与非可溶岩交替出现，分布有多处富水构造，可溶岩段岩溶强烈，工程地质及水文地质条件复杂。场区地下水主要靠大气降水补给，隧道开挖揭露隐伏岩溶及富水带产生大规模涌水、突泥的风险高。

(2)隧址区依据地表分水岭及水文网所起的控制作用，将区内分为3个水文地质区7个亚区。隧道预测最大涌水量为192 373 m3/d。黔北地区极端天气频发，隧道开挖涌水量大，易带来涌水、突泥、地下水漏失及泉点干涸等水环境地质问题，设计及施工可采用堵排结合的形式处治。