汤郎—易门深大活动断裂对成昆铁路秀宁隧道水文地质条件的影响评价

2019-12-05丁文富

铁道建筑 2019年11期

卢婷，王鹰，丁文富

（1.西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川成都 611756；2.中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031）

1 工程概况

1.1 区域地质情况

秀宁隧道是成昆铁路广通至昆明段最长的隧道，为双线单洞大跨隧道，全长13 187 m。采用“进口平导+洞身三斜井”的辅助坑道方案施工［1］。隧址区位于南岭东西向构造和川滇南北向构造以及云南山字形构造的中间地带，构造形迹为SN 走向，以汤郎—易门断层为东部边界，见图1［2］。此外，隧道横穿一系列褶皱和以汤郎—易门断层为代表的多条区域性大断裂，断裂带两侧地层产状紊乱。断裂带的南段靠近隧址区，从吴家村大桥通过。

图1 秀宁隧道区域位置

1.2 水文地质情况

隧址区地下水主要为岩溶水和裂隙水。断裂及褶皱发育，岩体节理裂隙发育，为地下水补给、径流和排泄提供了良好的条件［3］。根据实地调查，将隧址区划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ共3个水文地质单元，见图2。

图2 隧址区水文地质单元划分

1.3 岩溶情况

隧址区主要分布的可溶岩为前震旦系昆阳群绿汁江组（Pt1lz）白云岩夹板岩和前震旦系昆阳群落雪组（Pt1l）灰岩［4］。绿汁江组白云岩夹板岩主要分布于东山河断层—大龙潭断层以东山腰处，呈近SN 向条带状分布。由于沿该条带状山体没有明显高差，而自东往西地势降低，故接受附近山体补给后地下水主要由东往隧道进口端径流。而该区域内所出露的泉点主要分布在东山河断层、上菁断层以及大龙潭断层带，其排泄受断层控制的特征比较明显。

落雪组灰岩在地表也呈SN 向条带状分布，分别位于大梨树—摆衣甸以及丁家村—中村—上村—和尚地。大梨树—摆衣甸山体自北向南缓慢降低，地下水主要径流方向与地形较为一致。在大梨树南面连汪箐发现的溶洞其主洞沿S10°E方向分布。摆衣甸发现泉点，在大梨树—摆衣甸一线可能存在地下岩溶管道。丁家村—中村—上村—和尚地一线为宽大槽谷地形，自北向南地形明显降低。沿落雪组灰岩与因民组板岩接触带发现AL1，AL2，AL3共3 个泉点。据访问在高寨七贤村断层带附近也有较小流量的泉水浸出。在和尚地山腰有溶洞往北面排泄地下水。槽谷内因民组板岩由于受到附近断层的影响岩体破碎，成为较富水区域。总之，在丁家村—中村—上村—和尚地岩溶条带中地下水自北向南径流并且在岩性接触带排泄。

1.4 涌水量

通过地下水动力学法［5］及降水入渗系数法［6］对隧道涌水量进行预测计算。本着安全和宁大勿小的原则，得出隧道正常涌水量为64 000 m3/d，雨季最大涌水量为130 000 m3/d。

2 断裂活动对地下水的影响分析

秀宁隧道所处的汤郎—易门断裂带走向近SN向，沿断裂带两侧地层产状紊乱，部分地带岩层直立或倒转（见图3），另有1组高角度冲断层纵列其间［7-8］。断裂构造往往控制着隧洞洞室的稳定性。隧址区岩体受构造影响严重，节理裂隙发育，岩体破碎，进而影响到地下水的补给、径流和排泄。在断裂附近地下水跳跃波动，或多个含水层中的地下水交融，或发生间断阻隔滞留［9］。

图3 秀宁隧道纵断面

本区构造对地下水的影响主要体现在以下2方面：

1）断层及构造裂隙本身作为导水通道

断层是各构造区间岩溶水连通的主要途径［10］。其中：东山河断层、大龙潭断层和高寨七贤村2#断层是隧址区内岩溶水相互联系的主要断层；可里郎—寨脚倒转背斜和高寨七贤村1#断层是构造区穿越非可溶岩地段岩溶水相互联系的主要通道。除断层外，其他规模较小的构造裂隙和可溶岩与非可溶岩接触带在一定范围内也是岩溶水相互联系的重要通道。此外，地层在褶皱过程中往往出现一系列的导水空间，如褶皱核部出现滑脱的部位，层间破碎带、张性节理等派生断裂。这些导水裂隙在隧址区普遍发育。

2）可溶岩地层错移对地下水的影响

隧址区断层和褶皱使同一可溶岩地层错移，或使不同可溶岩段岩溶水得以贯通。

3 隧道岩溶涌突水危险性评价

3.1 隧道涌突水危险性的评价指标及评分标准

根据隧址区岩溶发育特征，将隧道涌突水危险性分为低危险（Ⅰ）、较危险（Ⅱ）、中危险（Ⅲ）、高危险（Ⅳ）、极危险（Ⅴ）共5 个等级。满分设为100 分，各等级对应的分值分别为＜15，15～35（不含），35～55（不含），55～75，＞75［11］。分值越高，危险程度越高。

Probabilistic Model for Swaying at Key Positions on Container Ship

将岩石的可溶性、地质构造、地形及地表汇流条件、地下水的化学特征、隧道埋深与地下水位的关系共5 个影响因素确定为评价该隧道涌突水危险性的指标。

考虑各评价指标的权重，岩溶隧道涌突水危险性指数为

式中：THK为岩溶隧道涌突水危险性指数，其值越大，隧道越易突水；λi，Ki分别为第i个评价指标的权重和评分。

本次研究假设各评价指标对隧道涌突水的贡献是相同的，即λi恒等于1。

5个评价指标的评分标准分别见表1—表5。

表1 岩石可溶性的评分标准

表2 地质构造的评分标准

表3 地形及地表汇流条件的评分标准

表4 地下水化学特征的评分标准

表5 隧道埋深与地下水位关系的评分标准

3.2 隧道涌突水危险性分级标准

根据预测涌水量和THK确定隧道涌突水危险性等级，见表6。

表6 隧道涌突水危险性分级标准

3.3 隧道总体危险性评价

根据秀宁隧道沿线经过的岩层和构造条件，将隧道DK993+160 至出口段划分为27 个小段，其中包括11个断裂带。根据表6确定各断裂带及隧道总体的危险性，见表7。

表7 秀宁隧道涌突水危险性统计

秀宁隧道主要处于地下水水平径流带中，地下水丰富，水文地质条件较差。地下水分布不均，因而隧道施工中会出现涌水量大且集中的现象。断层破碎带、向斜轴部、可溶岩地带、可溶岩与非可溶岩接触带是隧道涌突水的关键区域，须作好地质超前预报和应对措施。此外，地表分布有井泉点、龙潭河水塘、水库等，隧道施工会引起区域地下水位下降，进而影响到地下水环境、当地居民生产和生活。