白彥波，余鵬程，陳孝兵，閆川

（四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，成都 610072）

1 引言

巖溶是可溶巖與地表水、地下水相互作用下的產(chǎn)物，巖溶發(fā)育強(qiáng)度及巖溶裂隙管道地下水均具有典型的不均一性。巖溶的發(fā)育嚴(yán)格受可溶巖地層巖性及巖性組合、地質(zhì)構(gòu)造、可溶巖與非可溶接觸界面特性及地下水循環(huán)分帶性等諸多因素的控制。

華鎣山隧道橫向穿越華鎣山背斜，主要穿越地層有侏羅系新田溝組、自流井組、珍珠沖組以及三疊系須家河組、雷口坡組。其中雷口坡組地層為灰?guī)r地層，為可溶巖，巖溶發(fā)育，地表落水洞、溶斗、溶溝、溶洞、地下暗河多出現(xiàn)在該段。由于其地下水補(bǔ)給條件好，地下水豐富、運(yùn)動(dòng)活躍，屬?gòu)?qiáng)透水、強(qiáng)富水巖溶溶隙溶洞含水層，構(gòu)成擬建隧道重要涌水層段，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

因此，對(duì)華鎣山隧道進(jìn)行巖溶地下水特征研究分析具有重要的科學(xué)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值，通過(guò)對(duì)華鎣山隧道巖溶地下水特征及發(fā)育規(guī)律的分析研究，可以為華鎣山隧道的開(kāi)挖提供指導(dǎo)性依據(jù)，對(duì)于預(yù)防隧道涌突水及防止人員傷亡事故具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

2 隧道洞身段穿越的可溶巖地層

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，華鎣山隧道洞身段穿越的可溶巖地層為三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T2l）和下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）。

2.1 中統(tǒng)雷口坡組（T 2l）

分布于背斜中部隧道洞身段，為灰色薄至中厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、鹽溶角礫巖及膏鹽組成。根據(jù)其巖性組合可分為三層段，即T2l3、T2l2、T2l1。總厚度281.96～577.35 m。

雷口坡組三段（T2l3）：厚0～275.72 m。上部為灰色薄至中厚層狀隱至微晶白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖，夾薄層鈣質(zhì)泥巖。下部為灰色厚層狀含泥灰?guī)r、灰?guī)r，夾薄層白云質(zhì)泥灰?guī)r，與下伏地層過(guò)渡接觸。

雷口坡組二段（T2l2）：厚153.09～282.64 m。上、下部為黃灰色、灰綠色薄層鈣質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖，夾薄層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r，中部為灰色中厚層狀含泥灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r夾薄層鈣質(zhì)泥巖。與下伏地層過(guò)渡接觸。

雷口坡組一段（T2l1）：厚36.92～124.53 m。頂部為鹽溶角礫巖，其下為白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，下部為鹽溶角礫巖，底部為深灰色泥巖，層中偶見(jiàn)灰綠色水云母粘土巖（綠豆巖）。

2.2 下統(tǒng)嘉陵江組（T 1j）

地表未出露，深埋于洞身地段。區(qū)域上劃分為4段，其中T1j1、T1j3段主要為石灰?guī)r；T1j2、T1j4段主要為白云巖、鹽溶角礫巖。厚度521.51～688 m。

嘉陵江組四段（T1j4）：厚22.31～228.93 m。頂、底部為鹽溶角礫巖，鹽溶角礫巖中見(jiàn)石膏礦層，中部為白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖。

嘉陵江組三段（T1j3）：厚142.95～228.85 m?；疑泻駥訝钍?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、含泥灰?guī)r組成。

其余嘉陵江組未進(jìn)洞身。

3 隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)地處川東褶皺帶中之華鎣山背斜中段，主體構(gòu)造為華鎣山背斜，區(qū)內(nèi)斷層稀少，僅在背斜西翼見(jiàn)一斷層（F1），并形成次級(jí)摺曲。構(gòu)造特征表述如下：

華鎣山背斜：為一箱狀褶皺，軸部開(kāi)闊平緩，兩翼不對(duì)稱(chēng)，北西翼陡，傾角60°～80°，南東翼緩，傾角20°～40°，軸向 N10°～25°E，軸部向北傾伏，傾伏角2°～7°。出露最老地層為三疊系雷口坡組，兩翼由須家河組、自流井組、新田溝組、沙溪廟組組成。

F1斷層：位于背斜西翼近軸部，走向N20°E～N30°E，傾向SE，傾角約60°～80°，與背斜軸部近于平行。斷層發(fā)生在雷口坡組二段地層中，上盤(pán)及下盤(pán)地層均為雷口坡組鈣質(zhì)泥巖夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，斷層附近地層較破碎，擠壓揉皺現(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)狀變化很大，破碎帶寬度2～10 m，在下盤(pán)形成一寬度300～450 m的褶皺帶，帶內(nèi)巖石擠壓強(qiáng)烈，次級(jí)背向斜發(fā)育。

4 隧址區(qū)含水層特征

根據(jù)本次野外調(diào)查情況，隧址區(qū)內(nèi)主要巖溶發(fā)育段的含水層為三疊系中統(tǒng)雷口坡組（T2l）灰?guī)r地層。

雷口坡組三段為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚度最厚可達(dá)276 m，巖石的可溶性好，巖溶發(fā)育，地表落水洞、溶斗、溶溝、溶洞、地下暗河多出現(xiàn)在該段。由于其地下水補(bǔ)給條件好，地下水豐富、運(yùn)動(dòng)活躍，屬?gòu)?qiáng)透水、強(qiáng)富水巖溶溶隙溶洞含水層，構(gòu)成擬建隧道重要涌水層段，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

雷口坡組二段以鈣質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥灰?guī)r為主，夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r組成，地表巖溶以溶隙為主，溶洞不發(fā)育，地下水補(bǔ)給條件較差，地下水受其阻隔作用，在頂部和底部泉水出露，為較弱透水、富水性較弱的溶孔、溶隙裂隙含水層。由于出露面積大，受大氣降雨補(bǔ)給范圍寬，對(duì)隧道充水影響較大。

5 隧址區(qū)巖溶地下水特征

5.1 地下水賦存特征

槽谷區(qū)地表巖溶由軸部向兩翼發(fā)育程度減小，地形坡度增大，補(bǔ)給條件減弱，大氣降水沿地表溶隙、溶縫、落水洞、溶斗滲入地下，大氣降水為地下水主要補(bǔ)給來(lái)源。淺部地下水接受補(bǔ)給后，以垂直運(yùn)動(dòng)為主，沿巖溶裂隙、溶縫、溶洞向深部逕流，水力梯度大，逕流速度快。由于可溶巖可溶性、排列組合及巖溶發(fā)育特征的差異，地下水逕流、排泄?fàn)顩r存在一定的差異。

在背斜兩翼T2l為石灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、白云質(zhì)灰?guī)r、鹽溶角礫巖，其灰?guī)r地下水補(bǔ)給條件、逕流條件好，泉水在巖溶發(fā)育帶出露，流量較大；鈣質(zhì)泥巖可溶性差，以溶隙為主，地下水受其阻隔作用，在頂部和底部泉水出露，但流量?。话自瀑|(zhì)灰?guī)r溶隙、溶縫發(fā)育，地下水補(bǔ)給條件、逕流條件較好，泉水主要在溶隙發(fā)育帶出露，數(shù)量較少，但流量較大。由于不同可溶性可溶巖相間排列，地下水在不同巖性接觸帶沿溶隙以泉的形式排泄出地表，但總體受溪谷地形的控制，隨標(biāo)高的降低，泉水流量逐漸增大。地表泉水特征見(jiàn)表1。

5.2 地下水運(yùn)動(dòng)特征

由以上資料結(jié)合巖溶發(fā)育特征分析，大氣降水為淺部巖溶地下水的主要補(bǔ)給水源。根據(jù)可溶巖立面投影示意圖見(jiàn)圖1和圖2。

表1 泉點(diǎn)、溪溝、老窯水統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of springs，creeks and goafs

圖1 華鎣山西翼巖溶立面投影示意圖Fig.1 Facade projection of the karst at Western Huaying

圖2 華鎣山東翼巖溶立面投影示意圖Fig.2 Facade projection of the karst at Eastern Huaying

西翼最低巖溶地下水水位標(biāo)高一般430～490 m，430～800 m為地下水垂直循環(huán)帶，380～430 m為地下水季節(jié)變動(dòng)帶，380 m以下為地下水水平循環(huán)帶，330 m以下為地下水深部滯流帶。

東翼最低巖溶地下水水位標(biāo)高一般500～650 m，500～1 000 m為地下水垂直循環(huán)帶，450～500 m為地下水季節(jié)變動(dòng)帶，450 m以下為地下水水平循環(huán)帶，400 m以下為地下水深部滯流帶。西翼設(shè)計(jì)隧道標(biāo)高366～389 m，處于地下水水平循環(huán)帶；東翼設(shè)計(jì)隧道標(biāo)高388～397 m，位于地下水深部滯流帶。設(shè)計(jì)隧道標(biāo)高地區(qū)地下水流平緩，巖溶發(fā)育受到限制，地下水滲透性中等－弱，富水性中等－強(qiáng)。為地下水靜儲(chǔ)量帶，巖溶地下水具承壓性，一旦揭穿該帶巖溶管道地下水，將會(huì)瞬間形成極大的涌水突泥現(xiàn)象，由于巖溶管道的連通性，當(dāng)靜儲(chǔ)量排泄后上方的地表動(dòng)儲(chǔ)量會(huì)長(zhǎng)期沿該通道排水。目前在建的華鎣山隧道就是因?yàn)榻掖┑叵滤熈鲙r溶管道而形成超過(guò)100×104m3涌水量的突水事故，其管道正是位于地下水逕流帶的靜儲(chǔ)水帶，并且每年的暴雨季節(jié)都有（30～40）×104m3／d的水量排出。故本隧道開(kāi)挖過(guò)程中也可能遇到超過(guò)100×104m3的突水事故。

隧道洞身段巖層產(chǎn)狀平緩，地下水流動(dòng)緩慢，封閉性好，水中的CO2含量會(huì)增高，形成對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，因此在隧道施工期間，應(yīng)對(duì)該段地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采取防護(hù)措施。

地表泉水受巖性組合的控制，多出露于不同巖性接觸帶，背斜東翼盧家壩的泉群正位于T2l3的灰?guī)r與T2l2鈣質(zhì)泥巖接觸帶附近，隧道施工到該界面時(shí)應(yīng)預(yù)防地下巖溶水的涌突。

另外，隧道將穿越F1斷層。F1斷層切穿隧道圍巖段，斷層上、下盤(pán)均為可溶巖。該斷層為陡傾角走向逆斷層，露頭線(xiàn)位于地表走向嶺脊線(xiàn)附近，降水補(bǔ)給條件雖然不好，地表無(wú)泉水出露，斷層破碎帶具一定阻水作用，但斷層兩盤(pán)影響帶溶隙發(fā)育，甚至可能發(fā)育溶洞，儲(chǔ)存有豐富的地下水，在穿越斷層時(shí)，應(yīng)預(yù)防地下水的涌突。

5.3 地下水化學(xué)特征

本次對(duì)隧址區(qū)內(nèi)溪溝水、泉水及老窯水分別進(jìn)行了取樣并進(jìn)行了水質(zhì)檢測(cè)分析，其水質(zhì)特征如下：

地下水總硬度161.17～238.33 g／l，永久硬度11.36～99.22 mg／l，總堿度149.81～139.11 mg／l，游離CO24.51～4.83 mg／l，p H 值7.73～7.65，屬中性水，無(wú)腐蝕性CO2存在，地下水類(lèi)型為硫酸鹽碳酸氫鹽鈉鈣水。

水樣中SO24含量53.4～90.89 mg／l，Na＋K含量28.98～31.51 mg／l，二者含量偏高，分析認(rèn)為與本區(qū)泉水有關(guān)，區(qū)內(nèi)巖溶地下水流經(jīng)T2l1和T1j4地層時(shí)，將該層中的石膏及鹽類(lèi)溶解，形成SO24和Na＋K含量增高。巖溶泉水為溝水的源泉，巖溶泉水通過(guò)溝谷排泄，在流經(jīng)煤系地層時(shí)因采煤形成的冒落垮塌裂隙注入采空區(qū)，由采空區(qū)流入煤礦巷道，再流出或水泵排出，由此使區(qū)內(nèi)泉水、溝水、煤礦水化驗(yàn)指標(biāo)接近一致。

取樣分析的水質(zhì)對(duì)砼無(wú)腐蝕性，但據(jù)區(qū)域資料在隧道洞身段T2l1和T1j4存在膏鹽及鹽溶角礫巖，膏鹽及其地下水對(duì)砼具一定的腐蝕性，因此在隧道施工和運(yùn)營(yíng)期間，應(yīng)對(duì)該段巖石及其地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采取一定的防護(hù)措施。

6 結(jié)論

（1）華鎣山隧道洞身穿越雷口坡組灰?guī)r地層段屬?gòu)?qiáng)透水、強(qiáng)富水巖溶溶隙溶洞含水層，構(gòu)成擬建隧道重要涌水層段，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

（2）西翼最低巖溶地下水水位標(biāo)高一般430～490 m，430～800 m為地下水垂直循環(huán)帶，380～430 m為地下水季節(jié)變動(dòng)帶，380 m以下為地下水水平循環(huán)帶，330 m以下為地下水深部滯流帶。

東翼最低巖溶地下水水位標(biāo)高一般500～650 m，500～1 000 m為地下水垂直循環(huán)帶，450～500 m為地下水季節(jié)變動(dòng)帶，450 m以下為地下水水平循環(huán)帶，400 m以下為地下水深部滯流帶。

（3）西翼設(shè)計(jì)隧道標(biāo)高366～389 m，處于地下水水平循環(huán)帶，東翼設(shè)計(jì)隧道標(biāo)高388～397 m，位于地下水深部滯流帶。設(shè)計(jì)隧道標(biāo)高地區(qū)地下水流平緩，巖溶發(fā)育受到限制，地下水滲透性中等－弱，富水性中等－強(qiáng)。

［1]王孔偉，周金龍.工程地質(zhì)及水文地質(zhì)［M].黃河水利出版社，2009.8.

［2]劉正峰.水文地質(zhì)手冊(cè) ［M].銀聲音像出版社，2010.

［3]四川省渠縣龍峽子～大峽口普查區(qū)煤田地質(zhì)普查報(bào)告［R].四川省煤炭局煤田地質(zhì)勘探公司普查隊(duì)，1969.12.

［4]1∶20萬(wàn)達(dá)縣幅水文地質(zhì)圖及《區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》［R].四川省地質(zhì)局，1979.