潘長貴，蔣長興

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

大堰塘隧洞為黔西片區(qū)輸水線路工程北干渠其中的一個隧洞，隧洞長1.29 km，走向127°，進(jìn)口高程1 250.6 m，出口高程為1250 m，隧洞開挖斷面為馬蹄形，尺寸為4.7×5.1 m，主要穿越地層巖性為三疊系茅草壩組(T1m)碳酸鹽巖，三疊系夜郎組(T1y3)碎屑巖。地表巖溶發(fā)育，主要有洼地、落水洞等。

1 地質(zhì)簡述

1.1 地形地貌

黔西片區(qū)位于貴州第二階梯面上，高程900～1 200 m，該片區(qū)為烏蒙山向黔西溶原盆地過渡地帶，為夾巖水利樞紐工程的主要受水灌面，干渠線路基本環(huán)繞烏蒙山脈東斜坡近南北向布置，大堰塘隧洞穿越地貌為溶蝕寬谷、低山地貌，地表洼地、落水洞等巖溶發(fā)育密集，地表發(fā)育有17個巖溶洼地，據(jù)統(tǒng)計洼地總面積占積域面積比例約3%，洼地多沿地表沖溝展布，長軸方向與沖溝方向一致。

1.2 地層巖性

大堰塘隧洞穿越地層巖性主要為：(1)三疊系茅草鋪組第二段(T1m2)，深灰色薄至中厚層白云巖夾泥質(zhì)白云巖，厚度20～50 m；(2)三疊系茅草鋪組第一段(T1m1)，灰色中至厚層灰?guī)r，厚度大于120～240 m；(3)三疊系夜郎組第三段(T1y3)，薄至中厚層紫紅色夾雜色泥巖夾灰色泥質(zhì)灰?guī)r，厚度63～380 m。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于揚子準(zhǔn)地臺-黔滇臺隆-遵義斷拱三級構(gòu)造單元內(nèi)，區(qū)內(nèi)有F119、F126斷層發(fā)育，位于黔西附廓水庫一帶，斷層整體走向NE、傾向NW，隧址區(qū)地處黔西附廓水庫NE方向，受該斷層影響，洞內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育密集，主要有2組陡傾角裂隙發(fā)育：(1)N10°W/NE∠80°；(2)N80°W/NE∠80°該節(jié)理裂隙走向與斷層走向近平行。隧洞巖層產(chǎn)狀125～175°∠5～10°，巖層傾角平緩，巖層走向與洞軸線走向交角約40°～89°。

1.4 水文地質(zhì)

研究區(qū)內(nèi)為烏蒙山向黔西溶原盆地過渡地帶，黔西以東地勢相對平緩，沿線河流平緩，河谷淺切，六沖河為灌區(qū)最低浸蝕基準(zhǔn)面，受六沖河控制，灌區(qū)地表支流、地下呈橫向徑流流排泄。但多為碳酸鹽分布區(qū)，巖溶發(fā)育，河流明暗交替，多屬雨源型河流。在谷地及洼地中，地下水埋藏較淺，一般潛水埋深小于20 m，分布差異性大。本地區(qū)地下水補給主要來自于谷岸斜坡地帶的大氣降水入滲，降雨至地面后除少量部分消耗于蒸騰作用外，大部分入滲補給地下水。降雨入滲的形式主要有以下兩種形式：(1)降雨直接通過地形坡面上的裂隙及溶蝕裂隙入滲補給；(2)降雨先形成地表片流、溝流以及一些小型的季節(jié)性河流，然后再沿巖溶洼地、巖溶槽谷、巖溶漏斗中匯聚，通過落水洞、水塘或傾斜溶洞集中注入式補給下伏巖溶含水層，后者是本地區(qū)地下水獲得補給的主要方式。本地區(qū)地下水的徑流與排泄主要受當(dāng)?shù)氐叵滤呐判够鶞?zhǔn)控制，即六沖河一級支流，也就是皮家河控制，地下水在最優(yōu)水力梯度控制下向新田煤礦暗河系統(tǒng)的形式集中排泄至皮家河。

本區(qū)主要的巖溶發(fā)育部分是三疊系茅草鋪組第一段(T1m1)、三疊系茅草鋪組第三段(T1m3)為強巖溶含水層；三疊系茅草鋪組第二段(T1m2)、三疊系茅草鋪組第四段(T1m4)為弱巖溶含水層；三疊系夜郎組第三段(T1y3)為相對隔水層。

1.5 推測巖溶管道

研究區(qū)總體位于山盆期剝夷面上，地表大部分出露的地層巖性為三疊系茅草鋪組(T1m)純碳酸鹽巖，巖溶較發(fā)育，地下水主要接受大氣降水補給，補給量受地表巖溶洼地發(fā)育程度(集雨面積)及大氣降水量控制。入滲后的雨水受下伏地層三疊系夜郎組第三段(T1y3)泥巖的阻隔，沿溶蝕裂隙、溶孔、NE向節(jié)理等向最低排泄面SN向皮家河排泄，總體呈水平方向運移，這就形成第一期，這時期水平溶洞以溶蝕、侵蝕為主；地殼抬升后，排泄基準(zhǔn)面急劇下降后又穩(wěn)定下來，那么第一期水平溶洞就轉(zhuǎn)入以重力為主的階段，同時又是第二期水平溶洞的溶蝕，侵蝕為主的階段，最后呈現(xiàn)出千姿百態(tài)的多層水平溶洞。隨著時間的推移，隔水層阻隔地下的垂向運動，且受NEE向F126斷層的影響，最下層水平溶洞逐漸形成了一個完整的巖溶管道系統(tǒng)即是新開田暗河系統(tǒng)，最終排泄至六沖河支流皮家河。

2 巖溶和淺埋隧洞段對工程的影響

大堰塘隧洞區(qū)巖溶形態(tài)發(fā)育比較齊全，地表發(fā)育有落水洞、巖溶洼地、巖溶槽谷，施工揭露有較大規(guī)模溶洞，淺埋隧洞段發(fā)生有冒頂現(xiàn)象。根據(jù)地表調(diào)查及開挖揭露顯示，隧洞1.3 km2范圍內(nèi)地表發(fā)育有17個巖溶洼地，洞內(nèi)揭露有16處溶洞，其中發(fā)育較大規(guī)模型的溶洞就有3處，冒頂3處，這些巖溶問題給工程施工帶來了極大的危害。

2.1 落水洞和巖溶洼地

該隧洞地表發(fā)育最多的巖溶現(xiàn)象主要是巖溶洼地、落水洞，分布在隧洞兩側(cè)地表巖溶洼地和巖溶槽谷內(nèi)，前者一般直徑1.0～2.0 m，深度5～10 m；后者規(guī)模較大，洞口一般大于2.0 m，多數(shù)在5.0～8.0 m，深一般大于10 m。

落水洞和巖溶洼地主要對隧洞的影響是洞內(nèi)揭露的溶洞、泥槽、溶蝕寬縫較發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育密集導(dǎo)致圍巖破碎，需短進(jìn)尺支護(hù)對施工進(jìn)度較為緩慢，同時洞室穩(wěn)定性差和安全問題。

2.2 較大規(guī)模溶洞

該隧洞從2017年7月開始開挖至2021年1月為止，揭露溶洞多達(dá)16處溶洞，其中發(fā)育較大規(guī)模型的溶洞就有3處，分別在樁號隧0+479～0+487、0+585～0+595、0+999～1+013。如樁號0+585～0+595溶洞呈倒八字形向隧洞底部延伸，沿洞軸線方向延伸10 m、隧洞頂拱以上大于9.0 m、底部可見深度大于20.0 m、向洞身左側(cè)延伸約15 m、向洞身右側(cè)延伸約30 m，為半充填型溶洞，粘土夾塊石充填，受施工干擾后，充填物隨時可能掉落，且溶洞壁上切割裂隙較發(fā)育，與水平巖層切割后形成了倒懸體，對施工和作業(yè)人員造成困難和安全問題。

2.3 淺埋隧洞段

該隧洞淺埋段有407 m，埋深小于20 m，約占整條隧洞比例的33.7%，且隧洞大多處于茅草鋪組二段與茅草鋪組一段附近，覆蓋層一般在2～3 m，其部位巖溶發(fā)育強烈，隧洞極易冒頂，處理起來一般比較棘手，也對當(dāng)?shù)卮迕裨斐刹簧儆绊憽?/p>

總之，以上簡述的幾種情況只是工程中經(jīng)常遇見或常見的工程地質(zhì)問題之一，我們根據(jù)前期勘察、現(xiàn)場調(diào)查以及路線選擇上應(yīng)盡量避讓這些工程地質(zhì)問題，以免在施工期帶來不必要的麻煩和增加工程投資。

3 巖溶發(fā)育特征

研究區(qū)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育密集，巖體中各類結(jié)構(gòu)面，尤其是垂向延伸的溶蝕裂隙和張性裂隙是巖溶發(fā)育的有利場所，為地表水流的下滲及裂隙水的賦存、運移、巖體溶蝕作用創(chuàng)造了有利條件，特別是淺埋隧洞段沿層面方向水平溶洞發(fā)育強烈，且發(fā)育巖溶大多具有洞壁完整，規(guī)模較大和冒頂現(xiàn)象等特征。所以地質(zhì)構(gòu)造本身與區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育程度和巖溶作用強度存在空間上的聯(lián)系，地質(zhì)構(gòu)造與區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育起到一定的影響和控制作用；巖性是巖溶發(fā)育的基本影響條件之一，大堰塘隧洞穿越地層為三疊系茅草鋪組一段(T1m1)中至厚層灰色灰?guī)r，為貴州省黔西北地區(qū)主要巖溶發(fā)育地層，如CBZK644鉆孔從26 m直接掉鉆至31 m，掉鉆高度達(dá)5 m，溶洞揭露底部高程為1 245 m，新開田暗河系統(tǒng)進(jìn)口高程1 218 m，出口高程1 022 m，由此說明巖溶發(fā)育具有多層水平溶洞特點；此外，地形地貌對巖溶的發(fā)育有重要影響，主要是通過大氣降雨垂直滲入補給地下水控制匯水條件和徑流狀態(tài)來控制巖溶的發(fā)育,地形地貌不僅控制巖溶形態(tài)組合，而且控制其發(fā)育規(guī)模，客觀的反應(yīng)了巖溶發(fā)生、發(fā)展的歷史階段。因此，巖溶發(fā)育主要受水文地質(zhì)條件、地形地貌征、巖性以及地質(zhì)構(gòu)造等因素影響和控制。

4 處理措施

溶洞規(guī)模及充填物質(zhì)多樣性導(dǎo)致溶洞處理形式多樣化，常見的處理方式有灌漿加固充填物、地下拱橋、管橋通過、換填充填物等。針對工程中遇到各類溶洞應(yīng)充分調(diào)查分析其特點如是否過水，充填物質(zhì)，發(fā)育空間、規(guī)模、對建筑物影響等，并結(jié)合工程的用途選擇合理經(jīng)濟的處理方式。

通對大堰塘隧洞地表巖溶調(diào)查及揭露溶洞發(fā)育的空間、規(guī)模情況分析看，溶洞類型分別為半充填型溶洞、全充填型溶洞、無充填型溶洞，經(jīng)研究對溶洞處理方式如下：有充填物的先清除充填物，隧洞底板以下采用塊石(直徑60～80 cm)回填約2.0 m深度后，用石渣回填至隧洞底板高程處(需碾壓平整)，溶洞段頂拱范圍內(nèi)采用掛網(wǎng)+噴C20混領(lǐng)土(厚60 mm)進(jìn)行處理，加大原來鋼筋直徑，改變伸縮縫位置；對隧洞冒頂、突泥、泥槽采取處理方案如下：先對隧洞內(nèi)清渣，查看隧洞底板情況，視情況決定是否進(jìn)行基礎(chǔ)處理；然后采用14號工字鋼間距30 cm支撐，并排拱，鋼支撐連接筋間距采用0.5 m，掌子面前方采用超前錨桿Ф25鋼筋長度為4.5 m+噴10 cm混凝土進(jìn)行支護(hù)；對頂拱以上塌空區(qū)回填砼厚度2.0 m，并預(yù)埋排水孔；對有地表塌空區(qū)采取周圍修建排水溝，300 mm×200 mm，用M7.5砂漿抹面，周邊架設(shè)安全防護(hù)網(wǎng)和警示標(biāo)志。

5 結(jié)語

通過現(xiàn)場調(diào)查與地質(zhì)分析對淺埋隧洞巖溶分布情況、巖溶發(fā)育特征、巖溶空間展布、規(guī)模及巖溶發(fā)育深度等有了較全面的了解，為設(shè)計提供出可靠的依據(jù)，印證了隧洞區(qū)地表出露的巖溶形態(tài)與揭露的地下巖溶發(fā)育分布情況基本吻合。

巖溶山區(qū)修建地下淺埋隧洞對水利水電工程帶來了不少難題，既影響到工程地質(zhì)安全，也影響到工程投資增加。由于巖溶發(fā)育具有不均勻性特點，需要更多的去發(fā)現(xiàn)和分析，結(jié)合水工建筑物的特點，找出既經(jīng)濟性又合理的方案去處理。