新疆天山胜利隧道水文地质条件研究

陈 鹏

(中国建筑材料工业地质勘查中心青海总队，青海 西宁 810000)

新疆自治区是新亚欧大陆桥的重要通道，也是逐步实现“一带一路”倡议布局和振兴“丝绸之路”的核心区，其交通枢纽的建设意义重大。新疆天山胜利隧道是G0711乌鲁木齐至尉犁段高速公路建设中的重要组成部分，对该交通网的贯通影响较大。为顺利推进该隧道的施工，本文对拟建区的水文地质条件进行了研究，为进一步制订治理方案提供基础依据。

1 区域地质概况

拟建区区域地质较为复杂，构造—岩浆活动较强烈，受区域断层影响较为明显，且两侧发育次级破碎带及韧性剪切变形，导致断裂破碎带两侧的岩石节理发育，岩石破碎，富水性较好，在施工开挖过程中容易引起坍塌、涌水、突泥现象。同时，拟建区褶皱构造也较发育，主要赋存于上古生界志留系和泥盆系地层中，褶皱总体走向与构造迹线基本一致，呈北西西—南东东向展布。核部地层挤压变形强烈，线路区表层被第四系坡积物覆盖，构造形迹不明显。本段线路以隧道的形式通过，受北西西—南东东向背斜的影响，核部岩体较破碎，推测背斜节理密集带中赋水。

隧道拟建区出露地质体(见图1)主要包括：① 第四系全新统以卵石、碎石和含粉土碎石等为主，主要分布在隧道进口附近冲沟及沟谷两侧表层；② 上泥盆统天格尔组凝灰质砂岩[1]，是拟建区主要的地质单元，受断裂及皱褶影响较大，岩石整体较破碎；③ 志留系阿河布拉克组石英片岩，岩石具片状构造[2]，节理发育，岩石破碎；④ 华力西期花岗闪长岩，主要分布在隧道洞身段地表，节理发育，岩石破碎；⑤ 华力西期花岗石，分布范围较广，节理发育，岩石破碎。其中，华力西期花岗岩和花岗闪长岩向深部逐渐节理裂隙减少，岩石逐渐完整。

图1 研究区地质简图1—第四系；2—上泥盆统天格尔组中风化凝灰质砂岩；3—上泥盆统天格尔组强风化凝灰质砂岩；4—志留系阿河布拉克组强风化石英片岩；5—志留系阿河布拉克组中风化石英片岩；6—志留系阿河布拉克组弱风化石英片岩；7—华力西期花岗闪长岩；8—华力西期花岗岩；9—地质界线；10—断裂破碎带；11—隧道位置

2 水文地质条件

2.1 水文地质单元

根据拟建区地形地貌及地质构造条件，沿山岭高处及构造线方向将地下水划分出地下水分水岭，再结合地下含水岩组类型、补径排条件等，将拟建区划分为3个水文地质单元，编号分别为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。3个水文地质单元的地下水主要接受大气降水和高山雪融水入渗补给。

(1)Ⅰ号水文地质单元。区域内地形切割强烈，地形坡度大，多形成陡崖，基岩大面积裸露。大气降水及冰雪融水顺坡面向地势低洼处运移，集于溪沟，地下水多沿风化节理裂隙、构造线方向往东西两侧的溪沟径流、排泄，最终汇入乌鲁木齐河，排泄基准面为乌鲁木齐河。由于区内断层、褶皱发育和花岗闪长岩体的侵入，岩体破碎程度不具均一性，导致隧道穿越各段的赋水程度存在差异，地下水分布和富集的规律性相对较差，故该区水文地质条件较复杂。

(2)Ⅱ号水文地质单元。区域内地形坡度大，大气降水及高山雪融水顺坡面向地势低洼处运移，集于溪沟，地下水多沿风化节理裂隙、岩体侵入接触面往南北两侧的溪沟进行径流、排泄，最终汇入阿拉希公京沟。由于该区岩体破碎程度不具均一性，导致隧道穿越各段岩体赋水程度存在差异，地下水分布和富集的规律性相对较差，故该区水文地质条件较复杂。

(3)Ⅲ号水文地质单元。区域内地形坡度大，大气降水及高山雪融水顺坡面向地势低洼处运移，集于溪沟，地下水多沿风化节理裂隙、构造线方向及岩体侵入接触面往南北两侧的溪沟进行径流、排泄，最终汇入乌拉斯台河。由于该区岩体破碎程度不具均一性，导致隧道穿越各段岩体赋水程度存在差异，地下水分布和富集的规律性相对较差，故该区水文地质条件较复杂。

2.2 地下水类型及埋藏条件

拟建区地下水类型根据出露的地层岩性、地质构造等特征，结合含水介质中不同裂隙类型等，可分为松散岩类孔隙水、基岩风化裂隙水、构造裂隙水。其中，松散岩类孔隙水主要赋存于沟谷两侧冰水堆积、崩坡积松散层中；基岩风化裂隙水主要赋存于岩体表层风化带中；构造裂隙水主要赋存于断层、构造节理或裂隙、岩体侵入接触带中。

(1)松散岩类孔隙水：主要为多年冻土区冻结层上水。分布于萨尔萨依沟、钦达旺萨依沟、新达坂沟、阿拉希公京沟及乌斯托沟沟谷及两侧台地，含水层的岩性主要为第四系冲积、洪积、崩坡积、冰水堆积成因的卵石、砾石和碎石。在不同地貌单元和同一地貌单元的不同部位地下水埋深和含水层的厚度差异较大，离河流越远，水位埋深越大。根据水文地质调绘和钻探资料，隧址区覆盖层厚度一般为3.0～30.0 m，冻融区普遍较松散。

孔隙水主要接受大气降水补给和高山雪融水补给，在沟谷浅埋带地下水与地表水联系密切，互相补给。覆盖层中的地下水一般顺岩面下流，在坡脚或者覆盖层被切割的地段多以散流的形式排泄，局部以下降泉的形式集中排泄。在平缓的地段降水及雪融水易渗入，但在坡面较陡的地段，降水及雪融水大部分以面流的形式向下排泄，对地下水补给较弱。地下水位随气候的变化较明显：在冬季，地层冻结，水体以固态形式存在于地层中，成为相对隔水层；在夏季，地层中的季节性冻土融化，地下水以液态形式存在。在雨季，地表水富集于地表，难以排出场地，形成冻土沼泽。

(2)基岩风化裂隙水：主要赋存于志留系、泥盆系的变质岩系风化网状、脉状裂隙以及华力西期侵入岩的块状裂隙中，隧址区分布较广。主要依靠大气降水及高山雪融水通过风化节理裂隙、岩石层面垂直入渗补给，其水量大小常与补给范围大小、岩石性质、风化裂隙发育程度等有关。在山区，风化裂隙因地形切割强烈，径流、排泄条件好，不利于地下水的聚积和储存，水量不是很大。隧址区不同岩性、不同位置岩体风化程度差异较大，据钻孔岩芯反映，石英片岩强风化层厚度为4.20～15.30 m，岩体破碎，风化裂隙发育，为地下水的运移提供了良好的条件，但储水条件较差。中等风化岩体相对较完整，在钻探过程中冲洗液渗漏量很少，部分孔段基本不渗水，岩芯较破碎，说明节理较密闭，其透水性较弱，裂隙中赋存少量地下水。该类地下水具有埋藏浅、含水层厚度不大、透水性随深度增加而减弱等特点，常为裂隙潜水。

(3)构造裂隙水：可根据赋存介质的差异将其分为断层破碎带内的裂隙水、褶皱裂隙密集带内的裂隙水和岩体侵入接触破碎带内的裂隙水三大类。

断层破碎带内的裂隙水：主要受断层构造作用控制，具有呈带状分布的特点；主要接受大气降水、高山雪融水入渗补给和基岩风化裂隙水的补给，局部段接受冲沟溪水的补给。断层破碎带内的地下水循环相对独立，隧道开挖后，会使原有的补给排泄循环系统破坏，施工过程中可能会发生涌水、突泥、坍塌等现象，施工前应做好防护措施。

褶皱裂隙密集带内的裂隙水：主要受褶皱类型、褶皱规模大小、裂隙发育程度及两翼产状等条件控制，背斜核部岩石揉皱强烈，节理裂隙发育密集，为地下水的补给和径流提供了有利条件，推测背斜节理密集带中可能赋水。根据物探解译成果可知，在拟建区向斜北翼处为低电阻率，推测北翼节理密集带可能赋水。

岩体侵入接触破碎带内的裂隙水：主要赋存于花岗闪长岩侵入凝灰质砂岩接触破碎带和花岗岩侵入石英片岩接触破碎带中。该部位岩石相对破碎，节理裂隙发育，为接触带地下水的富集提供了有利空间。该类裂隙水主要接受大气降水、高原雪融水和基岩风化裂隙水的补给，补给范围小，补给条件相对较差，围岩富水程度弱—中等。

2.3 地下水的补给、径流、排泄条件

拟建区地下水主要靠大气降水、高山雪融水和地表溪沟水补给，且属地下水补给区。其补给程度除受降水的强度、持续时间、融雪水量及地形地貌、地质构造、地表节理裂隙发育程度的控制外，还与含水层出露面积及浅层风化裂隙发育程度等因素密切相关。此外，区内基岩大面积出露，地表风化节理裂隙发育，岩体破碎，为地下水的补给和赋存提供了有利条件，直接造就含水层出露面积较大，为大气降水、雪融水的入渗补给创造了有利条件。

由于隧址区山体地势较为陡峻，地形坡度大，加之侵蚀基准面低，故有利于地下水的径流和排泄。各类地下水在接受补给后，经短距离运移，一部分在地形低洼处以散流或者泉的形式排泄于沟谷或地表，另一部分沿裂隙带继续向斜坡下部径流，最终排泄至溪沟内。

总之，隧址区地下水类型较复杂，岩体富水性及渗透性差异较大，含水层的富水性弱—中等，透水性不高，地下水的补给主要受季节控制，径流和排泄条件较好，隧道开挖至断层破碎带、节理密集带等部位时有集中涌水可能。

2.4 地下水动态变化

隧址区内地下水动态变化主要受水文、气象等因素影响，动态类型为气候型。拟建区每年4—5月份积雪开始融化，6—8月份气温上升，雷雨天气增多。当发生降雨、降雪时，落到地面上的雨水、融雪水一部分沿着坡面向沟谷汇集，一部分耗于大气蒸发。剩下的雨水全部入渗到松散堆积层及风化节理裂隙中，首先进入非饱和带，其中一部分停留在此(最终耗于蒸发)，一部分进入饱和带，形成地下径流，地下水位较高。每年10月到次年3月份山区主要以降雪为主，天气寒冷，降雪难以融化，堆积于坡面及坡脚处，表层冻结，地下水位下降。

3 结语

综上所述，拟建区具有相对独立的三个水文地质单元，各水文地质单元之间存在一定的差异，表现出地下水类型具多样性，不同类型地下水的补给、径流、排泄位置、方向等均不一致，具有独立的水文地质系统，水文地质条件较复杂。拟建区地下水类型主要为松散岩类孔隙水、基岩风化裂隙水和构造裂隙水，地下水主要接受大气降水、高山雪融水和冲沟溪水的补给，补给条件受气候的控制较为明显。