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1巖溶水文地質(zhì)特征

1.1含水巖組富水性(1)強(qiáng)富水強(qiáng)透水的碳酸鹽巖含水巖組:三疊系嘉陵江組(T1j)、三疊系大冶組下段(T1d1)、二疊系長興組(P2c)、茅口組(P1m)碳酸鹽巖，質(zhì)純層厚，出露面積大，巖溶發(fā)育，地下暗河流量一般為50～80L/s。(2)中等富水中等富水的碳酸鹽巖含水巖組:。二疊系吳家坪組(P2w)泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖、棲霞組(P2q)灰?guī)r泥質(zhì)灰?guī)r夾碳質(zhì)、粉砂質(zhì)頁巖、三疊系大冶組上段(T1d1)泥質(zhì)灰?guī)r夾頁巖，巴東組第三段(T2b3)泥質(zhì)灰?guī)r夾粉砂巖、泥巖。受局部隔水層阻隔，形成接觸巖溶發(fā)育帶，巖溶泉流量一般為1～10L/s。(3)隔水巖組二疊系梁山組(P1l)，志留系、泥盆系頁巖，粉細(xì)砂巖，含水透水性微弱，為區(qū)域隔水巖組，僅于局部強(qiáng)風(fēng)化巖體及構(gòu)造發(fā)育地帶賦存少量裂隙水，一般泉流量＜1L/s。

1.2隧道巖溶水系統(tǒng)特征通過對仰頭山地區(qū)專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查研究，隧道區(qū)受地形地貌地質(zhì)構(gòu)造地層巖性及巖溶水動(dòng)力條件等因素綜合作用，可大體劃分為4個(gè)巖溶水系統(tǒng)(見圖2)。主要特征分述如下:(1)仰頭嶺向斜二疊系棲霞與茅口灰?guī)r巖溶水系統(tǒng)該巖溶水系統(tǒng)位于隧道K9+350—K10+140段處，近南北向出露，出露寬度為790m，分布面積15．43km2，分布高程790～1113．6m，隧道近東西向在其下方通過該巖溶水系統(tǒng)(見圖2)，與其距離65～488．6m，隧道與其不直接發(fā)生水力聯(lián)系，但是，有斷裂與其相連，使其成為隧道工程的突水水源，而斷裂則成為其突水途徑。斷裂部位可能會(huì)成為突水突泥地段。另外，該巖溶水可通過志留系地層中的裂隙向其下方的隧道中下滲，但因志留系地層滲透性差而含水量有限。(2)黔江背斜二疊系棲霞與茅口灰?guī)r巖溶水系統(tǒng)該巖溶水系統(tǒng)分布于隧道K12+000—K12+750段處，近南北向出露，出露寬度為750m，分布面積4．90km2，隧道近東西向從該巖溶水系統(tǒng)含水層中貫穿，隧道與巖溶水系統(tǒng)夾角為60°。該巖溶水系統(tǒng)地下水為潛水，據(jù)ZK3號(hào)孔揭示:該隧址處地下水位埋深19．53m，水位高程794．94m。隧址高程635m左右，該段隧址處于全充水飽水狀態(tài)，且水壓大，水頭壓力差高達(dá)近160m。(3)黔江背斜二疊系長興灰?guī)r和三疊系大冶灰?guī)r巖溶水系統(tǒng)含水巖組下段二疊系上統(tǒng)長興組(P2c)，分布于隧道K12+800—K13+100段處，近南北向出露，出露寬度為300m，分布面積2．34km2，隧道近東西向貫穿該巖溶水系統(tǒng)，隧道與其夾角為61°。含水巖組上段三疊系下統(tǒng)大冶組第二段(T1d2)與第三段(T1d3)，分布于隧道K13+124—K13+490段處，近南北向出露，出露寬度為366m，分布面積2．72km2，隧道近東西向貫穿該巖溶水系統(tǒng)，隧道與巖溶水系統(tǒng)夾角為70°。該巖溶水系統(tǒng)地下水為潛水。據(jù)CS16號(hào)鉆孔(孔位位于ZK12+948)揭示:該處的地下水水位埋深48．5m，水位高程771．1m，而隧址高程630m左右，隧址處于全充水飽水狀態(tài)，且水壓差高達(dá)近140m。(4)黔江背斜三疊系嘉陵江灰?guī)r巖溶水系統(tǒng)該巖溶水系統(tǒng)分布于隧道出口段平緩地帶，近南北向出露，出露寬度為198m，分布面積8．32km2，隧道近東西向貫穿該巖溶水系統(tǒng)西北局部，隧道與巖溶水系統(tǒng)夾角為66°。該巖溶水系統(tǒng)地下水為潛水。據(jù)CS6號(hào)鉆孔(孔位位于ZK13+541)揭示:該處的地下水水位埋深15．0m，水位高程631．35m，而隧址高程622m左右，隧址出口處，處于半充水飽水狀態(tài)，水壓差不足10m。

1.3巖溶水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征受多個(gè)相對隔水層的阻隔及巖溶發(fā)育的不均一性影響，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在棲霞組、大冶組地層分布區(qū)，巖溶水多以表層巖溶泉的形式排泄，即使在茅口組、嘉陵江組等純碳酸鹽巖分布區(qū)，受構(gòu)造及地形條件制約，巖溶水也不具有統(tǒng)一的地下水位，深部巖溶水主要以水平巖溶管道的方式徑流，排泄點(diǎn)均接近于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面高程，而此巖性區(qū)泉水出露高程遠(yuǎn)高于暗河出口，二者無水力聯(lián)系，不具統(tǒng)一的地下水面。巖溶水徑流方向總體受構(gòu)造線方向控制，大體以撮箕山一帶地表分水嶺為界，分別向北東、南西徑流。地質(zhì)構(gòu)造對于巖溶管道的發(fā)育與定型起著主導(dǎo)控制作用，主要體現(xiàn)在與主構(gòu)造線方向一致的張性節(jié)理裂隙或斷裂發(fā)育。黔江復(fù)背斜軸面傾向北西，北東向及北北東向兩組節(jié)理發(fā)育，北西翼巖層緩傾，且受下伏志留系砂頁巖阻隔，僅有表層巖溶泉出露。南東翼巖層產(chǎn)狀較陡，地下水在縱向徑流過程中受橫向或傾向優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面控制，具有自南西向北東徑流的特點(diǎn)，最終于南東翼發(fā)育有多個(gè)地下暗河集中排泄點(diǎn)，形成縱橫交錯(cuò)的巖溶管道系統(tǒng)。

2隧道涌水量預(yù)測

2．1計(jì)算方法與參數(shù)選取仰頭山隧道多為背斜翼部富水，各隧洞段處于巖溶地下水的飽氣帶、水平循環(huán)帶，水文地質(zhì)條件差異性較大。從目前的勘測精度來看，適宜于水文分析法中的徑流模數(shù)法和水均衡法中的降水入滲法作總體性概略評(píng)估。此二種方法對統(tǒng)一含水層強(qiáng)巖溶帶、地下水水平徑流帶的涌水預(yù)測有較好效果。然后在此基礎(chǔ)上，根據(jù)已有勘察資料，采用水動(dòng)力學(xué)方法中的古德曼公式法、裘布依公式法進(jìn)行驗(yàn)算，以利于分析對比。本次計(jì)算參數(shù)是在試驗(yàn)取值，區(qū)域與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)類比取值并參考鄰區(qū)同類含水巖組參數(shù)的基礎(chǔ)上綜合分析確定。計(jì)算參數(shù)見表1，計(jì)算結(jié)果見表2。(1)徑流模數(shù)法:(2)降雨入滲法:

2．2計(jì)算結(jié)果評(píng)述綜上，表1中徑流模數(shù)法反映的是區(qū)域性巖溶與地質(zhì)條件得出的涌水量，可視為“平均”穩(wěn)定涌水量，對各洞段條件差異性反映不明顯，尤其是碎屑巖洞段涌水量明顯偏大，降水入滲法反映的是各時(shí)期的涌水量，未充分考慮巖溶發(fā)育差異性，因此在強(qiáng)降雨時(shí)期，涌水量偏大。降雨量取值為多年月最大降水量的日均降水量，計(jì)算結(jié)果與徑流模數(shù)法相近，可視為隧道的最大涌水量;降水量取值分別為當(dāng)?shù)囟嗄昶骄曜畲蠹叭兆畲蠼涤炅浚畲笕沼克窟_(dá)近50萬m3，此為日降水量182．5mm，且隧道掘進(jìn)遭遇大型巖溶管道出現(xiàn)的涌水量，由于隧道處于水平管道與深部空隙帶之間，在遇最大降水量時(shí)同時(shí)遭遇大型管道的機(jī)率較小，故該涌水量出現(xiàn)可能性較小，但從安全角度出發(fā)，涌水量預(yù)測數(shù)值建議豐水期為1000～40000m3/d，豐水期最大值為50×104m3/d。

3問題討論與建議

(1)仰頭山隧道具有長度大、埋藏深的特點(diǎn)，由于隧道段大部分處于巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的地下水補(bǔ)給徑流帶與深部循環(huán)帶內(nèi)，因而施工遭受突水突泥的可能性較大，其部位主要是K11+900—K13+600碳酸鹽巖分布區(qū)段。尤其是ZK12+010—ZK12+865、ZK12+010、ZK12+865洞段的巖相變化接觸帶，地下水富集活動(dòng)強(qiáng)烈，不但易產(chǎn)生突水突泥問題，還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，巖性軟弱的斷層破壞帶、煤層、頁巖產(chǎn)生冒頂災(zāi)害，應(yīng)予密切關(guān)注。(2)對隧道區(qū)人口較為集中地區(qū)的水文地質(zhì)條件及可能引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題進(jìn)一步加強(qiáng)水文地質(zhì)調(diào)查研究，尋找新的水源，查明作為當(dāng)?shù)厝罕娭饕a(chǎn)生活用水水源的巖溶裂隙泉與隧道工程的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)對隧道施工揭露的集中涌水管道進(jìn)行適當(dāng)堵水封閉引流，以減少涌水量，盡量減少對地下水環(huán)境的破壞影響。(3)對可能存在涌水涌泥的地段進(jìn)一步勘查論證，加強(qiáng)隧洞施工超前預(yù)報(bào)工作，并制定詳細(xì)的應(yīng)急處置預(yù)案，一旦遭遇突水突泥及時(shí)采取適宜措施進(jìn)行防治。遭遇溶洞較小，地下水流量不大時(shí)，可直接進(jìn)行封堵;水壓及水量較大時(shí)則應(yīng)采取引流排導(dǎo)。

作者：陳先蘭王宇馳呂玲張勤麗單位：荊門市民防辦公室湖北省地質(zhì)環(huán)境總站