收稿日期：2024-01-19

作者簡介：王超（1986—），男，本科，工程師，從事工程建設(shè)工作。

摘要 巖溶隧址區(qū)的復(fù)雜巖溶特征和地下水環(huán)境成了西南地區(qū)隧道工程建設(shè)面臨的主要問題之一。文章以梁王山隧道為例，通過現(xiàn)場調(diào)查分析隧址區(qū)的巖溶發(fā)育特征，并對地下水資源進(jìn)行了評價。結(jié)果表明：隧址區(qū)巖溶特征按巖組可分為3種類型，按地貌可分為2種類型，按形態(tài)可分為6種類型；地下水天然補(bǔ)給量為2 162.4萬立方米/年；天然排泄量為391萬立方米/年；地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及內(nèi)部鋼筋具有微腐蝕性。

關(guān)鍵詞 隧道工程；現(xiàn)場調(diào)查分析；巖溶發(fā)育特征；地下水評價

中圖分類號 U453.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0146-03

0 引言

隨著交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，西南地區(qū)的隧道工程也日益增多，巖溶隧址區(qū)的復(fù)雜巖溶特征和地下水環(huán)境成了西南地區(qū)隧道工程建設(shè)面臨的主要問題之一，對隧道建設(shè)造成了嚴(yán)重影響[1-3]。張登科等[4]以呂梁山隧道工程作為工程實(shí)例，根據(jù)勘察設(shè)計(jì)資料，對隧道涌水量進(jìn)行了詳細(xì)分析。朱小兵等[5]以重慶某隧道為依托工程，研究了20～100 m水位高度、不同圍巖等級及不同截面條件下隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力規(guī)律。胡顥等[6]利用數(shù)值仿真，模擬了隧道工程對地下水環(huán)境的影響，并對隧道進(jìn)行最大涌水量預(yù)測。彭宇肸[7]等采取大氣降雨入滲系數(shù)法及比擬法等預(yù)測了隧道的涌水量。但由于不同區(qū)域水文地質(zhì)條件相差較大，不同地質(zhì)環(huán)境對隧道施工的影響也不盡相同。

該文以梁王山隧道為例，通過現(xiàn)場調(diào)查分析隧址區(qū)的工程概況和巖溶發(fā)育特征，并對隧址區(qū)地下水的補(bǔ)給量、排泄量進(jìn)行計(jì)算，最后對地下水水質(zhì)進(jìn)行了評價，研究結(jié)果可為梁王山隧道的安全建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 隧址區(qū)工程概況

1.1 地形地貌

隧址區(qū)位于云貴高原東南斜坡，地勢北西高南東低。受南盤江切割，地形高差大，高原面被強(qiáng)烈剝蝕、分割。測區(qū)屬滇東南高原低中山地貌地勢起伏較大，高程為1 700～2 330 m，相對高差約630 m，自然坡度為15 ?～50 ?，局部較陡。根據(jù)區(qū)內(nèi)地貌特征以及成因和形態(tài)的不同，將研究區(qū)劃分為構(gòu)造侵蝕山地地貌、溶蝕地貌、湖泊盆地地貌、構(gòu)造剝蝕溶蝕地貌等四種地貌類型。

1.2 地層巖性

隧址區(qū)內(nèi)出露地層較為復(fù)雜，巖性種類較多，主要為：震旦系上統(tǒng)燈影組（Zbdn）；寒武系下統(tǒng)筇竹寺組（?1q）、滄浪鋪組（?1c）、龍王廟組（?1l）；泥盆系上-中統(tǒng)（D2-3）；石炭系下統(tǒng)大唐組（C1d）；二疊系下統(tǒng)倒石頭組（P1d）、棲霞組、茅口組（P1q+m）；二疊系上統(tǒng)峨嵋山組（P2β）；新生界第四系（Q）地層。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)地處滇東臺褶帶中部，地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜，尤其是斷裂構(gòu)造十分復(fù)雜。按其延伸方向及各構(gòu)造體系之間的相互關(guān)系，區(qū)內(nèi)各構(gòu)造體系有：經(jīng)向構(gòu)造體系、新華夏系構(gòu)造體系、入字型構(gòu)造體系、沾益山字型構(gòu)造體系、緯向構(gòu)造體系、被動向構(gòu)造帶及歸屬不明的構(gòu)造，其中經(jīng)向構(gòu)造體系中的小江斷裂帶為該區(qū)全新活動性的構(gòu)造斷裂帶。

1.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)隧址區(qū)地層巖性、含水介質(zhì)類型以及賦水性等特點(diǎn)，可以劃分為以下四種含水層：

（1）相對隔水層：主要指下寒武下統(tǒng)筇竹寺組（?1q）和滄浪鋪組（?1c）、二疊系下統(tǒng)倒石頭組（P1d）以頁巖、砂巖、砂頁巖、粉砂巖、泥巖為主的非碳酸鹽巖地層，其裂隙不發(fā)育，含水性及透水性極差。

（2）中等裂隙含水層：主要指二疊系峨眉山組（P2β），以致密玄武巖、杏仁狀及氣孔狀玄武巖為主的非碳酸鹽巖地層，含水介質(zhì)以裂隙為主，巖層淺表風(fēng)化作用強(qiáng)烈，形成密集的裂隙網(wǎng)絡(luò)。

（3）中等巖溶含水層：主要為泥盆系上-中統(tǒng)（D2-3）組和寒武系龍王廟組（?1l）地層，泥盆系上統(tǒng)組為不純的白云巖，且出露面積較廣，巖石中的裂隙普遍受到一定程度的溶蝕，形成了以裂隙-溶隙為主的含水介質(zhì)，泉水流量一般小于1 L/s。寒武系龍王廟組的不純碳酸鹽巖夾非碳酸鹽巖地層，含水介質(zhì)以裂隙為主，形成整體的“弱～中”等透水、局部富水的中等巖溶含水層。

（4）強(qiáng)巖溶含水層：主要指震旦系燈影組（Zbdn）不純碳酸鹽巖地層和二疊系棲霞組、茅口組（P1q+m）碳酸鹽巖地層。震旦系燈影組地層雖為不純的白云巖，含水性及透水性較強(qiáng)，為強(qiáng)巖溶含水層，泉水流量一般在1～10 L/s；二疊系棲霞、茅口組裂隙溶隙眾多，含水介質(zhì)以溶隙—管道為主，含水性及透水性極強(qiáng)，為極強(qiáng)巖溶含水層，泉水流量一般大于10 L/s。

2 隧址區(qū)巖溶發(fā)育特征

2.1 巖溶巖組類型

隧址區(qū)出露的地層為震旦系～二疊系地層。根據(jù)各地層的物質(zhì)成分、厚度和組合關(guān)系，可以將該區(qū)震旦系～二疊系地層劃分為：非碳酸鹽巖巖組、不純碳酸鹽巖夾非碳酸鹽巖巖組、純碳酸鹽巖巖組三種類型。

純碳酸鹽巖巖組巖溶極為發(fā)育，多見大型溶蝕洼地、落水洞、石芽等，局部可能形成巖溶管道，如二疊系棲霞茅口組（P1q+m）、震旦系燈影組（Zbdn），其連續(xù)厚度大，出露范圍廣，具有較好的降雨入滲條件；不純碳酸鹽巖夾非碳酸鹽巖巖組的巖溶一般發(fā)育較弱，多以溶蝕裂隙為主，如寒武系龍王廟組（?1l）、泥盆系上—中統(tǒng)（D2-3）；非碳酸鹽巖巖組以裂隙為主，如寒武系筇竹寺組（?1q）、滄浪鋪組（?1c）、二疊系上統(tǒng)峨嵋山組（P2β）等，以砂巖、頁巖為主的非碳酸鹽巖巖組，裂隙多呈閉合狀態(tài)，含水性及透水性較差，可視為相對隔水層。

2.2 巖溶地貌類型

巖溶地貌的發(fā)育受控于地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣候和水動力條件，隧址區(qū)巖溶地貌類型又可以劃分為巖溶臺地、巖溶斜坡兩大類。

（1）巖溶臺地：在區(qū)內(nèi)分布較少，主要在高程2 240 m以上的分水嶺地帶，主要位于老石山背斜東南翼以及石寨河附近斷裂帶左側(cè)。臺面上主要發(fā)育小型淺碟狀溶丘洼地，洼地面積一般小于0.02 km2，地形相對高差一般小于100 m。大氣降水多以分散的形式在洼地匯集，經(jīng)洼地底部的隙縫狀落水洞或溶蝕裂隙入滲補(bǔ)給地下水。

（2）巖溶斜坡：在區(qū)內(nèi)位于老黑山、中大山、豬頭山以及三岔箐水庫一帶，平面上呈帶狀分布，范圍有限，高程在1 800～2 200 m之間，地形上呈30 °～50 °。地勢相對較陡，受縱張和橫張巨型裂隙控制，西北和東南向的小型地表溪溝較發(fā)育，有利于大氣降水的匯集和排泄，地表和地下巖溶發(fā)育中等。

2.3 巖溶形態(tài)特征

隧址區(qū)巖溶形態(tài)主要有溶蝕裂隙、溶溝溶槽、落水洞、溶洞、巖溶洼地、巖溶泉等。

（1）溶蝕裂隙、溶溝溶槽：在原構(gòu)造裂隙基礎(chǔ)上，經(jīng)地表水、地下水的溶蝕作用而成，溶蝕裂隙和溶溝溶槽的走向主要受構(gòu)造裂隙和層面裂隙的控制。

（2）落水洞：主要發(fā)育于巖溶洼地，洞口多呈不規(guī)則的三角形狀，多呈現(xiàn)底部2～5 m，高度小于3 m，主要受構(gòu)造裂隙控制多呈縫隙狀，規(guī)模不大。

（3）溶洞：一般為地下河遺棄管道或正在發(fā)育的地下河管道，在垂直方向上具有多層性，平剖面形態(tài)主要受構(gòu)造裂隙、斷層和層面控制，多呈現(xiàn)底部3～6 m，高度小于5 m的不規(guī)則狀，規(guī)模不大。

（4）巖溶泉：主要分布在巖溶斜坡與盆地或溝谷交接的地形轉(zhuǎn)折部位，含水介質(zhì)以巖溶裂隙或小型溶蝕裂隙為主。地下水徑流較通暢，受降雨影響流量變化大，雨后流量呈陡漲陡落的特征，滯后時間一般在3～5 d。

（5）巖溶洼地：發(fā)育程度一般，規(guī)模上以小于0.05 km2的小型巖溶洼地為主，個別達(dá)1～2 km2；從發(fā)育規(guī)模上看，二疊系下統(tǒng)棲霞組、茅口組的厚層灰?guī)r地區(qū)發(fā)育的洼地面積最大，溶蝕現(xiàn)象最強(qiáng)烈。

3 隧址區(qū)地下水資源評價

3.1 水資源計(jì)算

3.1.1 天然補(bǔ)給量

地下水系統(tǒng)的天然補(bǔ)給量是指天然條件下大氣降水滲入補(bǔ)給地下水系統(tǒng)的水量，可采用降雨入滲系數(shù)法計(jì)算：

Q=αFX （1）

式中，Q——降雨入滲補(bǔ)給量（萬立方米/年）；α——降雨入滲系數(shù)；F——地下水系統(tǒng)面積（萬平方米）；X——降雨量（mm/a）。

根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)調(diào)查，綜合該研究區(qū)的地層巖性、裂隙巖溶發(fā)育情況、地形地貌以及包氣帶巖性特征等，將該研究區(qū)不同地層分布區(qū)的地下水降雨入滲系數(shù)取值如表1所示。根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄杲涤炅科骄担〗涤炅繛? 035 mm。據(jù)此計(jì)算得到研究區(qū)內(nèi)各地下水系統(tǒng)的補(bǔ)給資源量（見表2所示），全區(qū)地下水總的天然補(bǔ)給資源量為2 162.4萬立方米/年。

3.1.2 天然排泄量

隧址區(qū)地下水的排泄主要有泉水集中排泄、地表溪溝線狀泄流排泄以及向下游的側(cè)向徑流排泄。由于該區(qū)總體處于梁王山地下水的補(bǔ)給區(qū)，地下水水位埋深較大，地下水排泄以向下游（陽宗海、滇池）的側(cè)向徑流排泄為主，泉水集中排泄和地表溪溝線狀排泄較少，該次天然排泄量計(jì)算主要是根據(jù)枯水期對泉水以及溪溝的測流數(shù)據(jù)，具體計(jì)算結(jié)果如表3所示。該區(qū)天然條件下，以泉水和地表溪溝線狀泄流形式排泄的地下水資源量為124 L/s，合計(jì)391萬立方米/年。

表3 隧址區(qū)泉點(diǎn)、溪流統(tǒng)計(jì)表

編號 位置 地層時代 流量/（L/s）

Q-1 小屯村巖溶泉 D2-3 15

Q-2 澄江三中巖溶泉 P1q+m 10

P-1 新蓮隧道泄水洞 P1q+m 30

L-1 老溝溪流 P1q+m 20

L-2 大箐溝溪流 ?1l 10

L-3 蘭花溝溪流 ?1l 18

L-4 驢子箐溪流 ?1qc 5

L-5 栗樹溝溪流 ?1qc 6

L-6 石寨河溪流 P1q+m 5

L-7 老李箐溪流 Zbdn 5

合計(jì) — — 124

3.2 水質(zhì)評價

通過對隧址區(qū)內(nèi)具有代表性的地下水區(qū)域進(jìn)行取樣分析，地下水為無色、無味、無嗅、透明，化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型。根據(jù)水對鋼筋混凝土腐蝕性評價指標(biāo)的分析，隧址區(qū)水質(zhì)指標(biāo)均對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848—93）分析，隧址區(qū)地下水水質(zhì)為Ⅲ類水體。

4 結(jié)論

該文通過現(xiàn)場調(diào)查，對梁王山隧道的巖溶發(fā)育特征和地下水進(jìn)行了調(diào)查評價，主要得到以下結(jié)論：

（1）隧址區(qū)巖溶特征可劃分為非碳酸鹽巖巖組、不純碳酸鹽巖夾非碳酸鹽巖巖組和純碳酸鹽巖巖組3種巖組類型；巖溶臺地和巖溶斜坡2種地貌類型；溶蝕裂隙、溶溝溶槽、落水洞、溶洞、巖溶洼地和巖溶泉等6種巖溶形態(tài)。

（2）隧址區(qū)可劃分為相對隔水層、中等裂隙含水層、中等巖溶含水層和強(qiáng)巖溶含水層等4種含水層。地下水總的天然補(bǔ)給資源量為2 162.4萬立方米/年；以泉水和地表溪溝線狀泄流形式，排泄的地下水資源量為391萬立方米/年。

（3）隧址區(qū)地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，水質(zhì)為Ⅲ類水體。

參考文獻(xiàn)

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