公路特长隧道富水向斜区岩溶发育特征及构造控制作用

2020-07-14吴铸蓝宇骋袁荷娟

建材发展导向 2020年9期

吴铸蓝宇骋王鹏袁荷娟

（云南省交通规划设计研究院有限公司，云南昆明 650200）

1 工程概况

杨林特长隧道是昆明绕城高速公路东南段关键重大工程，其设计长度9490m（左幅），最大埋深462.31m（左幅），隧址区位于滇中断陷盆地间的构造侵蚀溶蚀中山地貌区，相对高差540m。区内地质构造较复杂，断裂褶皱发育，穿越广泛分布的可溶岩地层二叠系阳新组，富水性强，发生涌水灾害风险较大。因此，分析区内岩溶发育特征及控制因素，对工程建设及后期运营管理意义重大。

2 隧址区地质环境

杨林特长隧道主要受南北向构造、入字型构造及东西向构造控制，隧道工程被夹持于嵩明～华宁大断裂与小江大断裂中。隧道进口处毗邻南冲断层，其北段为杨林第三纪盆地覆盖，南段经南冲、大木希村伸入阳宗海，大体以北东10°延展。隧道出口处一条长达30 余km 的万寿山冲断层，走向大体平行于宜良大断裂，致使东盘下震旦统向西冲覆在干龙潭向斜东翼的下古生界之上，如图1 所示。

从北面的老猴街向南到汤池，出现一系列北北东向褶皱，最突出的是老猴街向斜，但其轴向循北东40°延展，紧挨着宜良大断裂的西侧，主轴与大断裂斜交，槽部为新生界盆地所占，两翼由上古生界组成，倾角25～35°，向斜南端略向上翘起。由此向南，是一个干龙潭弧形向斜。始于上述老猴街向斜之南，以南南东延伸后转向南西190°到达雷子坡，形成一个向东微突起的弧形，为该处的斜交断层错移后，又以同样的方位出现另一个向东南突起更大的弧形，并向南西直指凤鸣村，长达25 km 以上。

杨林特长隧道穿越干龙潭向斜构造，其出露的地层相对较全，从元古界～新生界第四系均有出露，核部以二叠系阳新组和峨眉山组为主，由碳酸盐岩地层与非可溶岩地层组成。整体地形南部以下核桃箐、大松棵一线为地表分南北向水岭。隧道区位于该线以北至喷水洞总体向北倾斜，喷水洞以北地形以四营煤矿外围坡体以里向南倾斜；轴部位于小二河附近，其西翼于丫巴龙附近形成分水岭，西部向杨林盆地倾斜，东部向小二河倾斜；东部于小尖山一线形成分水岭，西部向小二河倾斜，东部向隧道出口区倾斜。可见，区内纵横切割、凌乱有序发育的断裂及褶皱构造行迹，控制着地下水赋存、运移、富集，控制着区域岩溶发育规模等。

3 向斜区岩溶发育特征

图1 向斜区构造形迹简图

向斜区岩溶形态丰富多样，地表正地形有石芽、石林、洼地、溶槽、落水洞；地下负地形有溶洞、暗河等。向斜区干龙潭弧形向斜北东翼侧发育一暗河管道，图2 所示为喷水洞地区构造与地下水关系图：多条走向北北西和走向北西西断裂是各类构造形迹相伴生的产物，断裂面多具有张性或张扭性的特点，虽规模较小，但却都起着良好的导水作用，致使各含水层的地下水发生水力联系。喷水洞地区P1d 和D2h砂泥岩等相对隔水层，由于受到该组张扭性断裂的错移，破坏其隔水作用，致使多个含水层发生水力联系，并集中在喷水洞村断层带排泄，出露了一个流量为367～6214 l/s 及另一个10 l/s 的泉水。由于地面相对上升不很剧烈，地下水虽然埋藏地下100～200m，但岩溶作用强度和山体抬升速度大致相适应，溶蚀成管道，形成地下管隙系统，仍产生了统一的潜水面，水力坡度9～10‰，泉流量动态变化很大，多尖峰、高峰态。

4 隧道围岩渗透特征

向斜区除发育岩溶暗河管道外，受构造控制及断裂活动影响，构造裂隙及风化裂隙发育。同时，广泛分布的细小孔缝、裂隙，渗透性弱而总容积相当大，是主要的贮水空间，具有相当的导水能力，联系着控水通道和贮水空间，如图3、4。在工程现场，根据裂隙水力参数（隙宽、间距、产状）的统计计算渗透张量，不仅在理论上是完备的，而且在实际应用方面也是可行的，只要按照一定的抽样原则大量测量裂隙的水力参数，便可获得大量的岩体渗透张量数据，获得不同位置空间的主渗透方向及主渗透系数，构成一个三维渗透系数张量场[1-3]。

图2 喷水洞暗河地区构造与地下水关系简图

图3 SZK4孔深134～135.3m段图像

图4 SZK5孔深189～191.8m段图像

图5 SZK4节理裂隙走向玫瑰花图

如图5、6，为隧道洞身段两钻孔的裂隙走向玫瑰花图，可见以北西、北西西走向为主，与喷水洞地区断裂走向一致，是本区内该两组构造裂隙具有良好的导水通道。渗透性计算结果如表1。

图6 SZK5节理裂隙走向玫瑰花图

表1 隧道围岩渗透张量计算结果

由于SZK5 孔勘探深度穿越隧道底板，靠近底板处的摄像片段较SZK4 清晰，受水流冲刷干扰较小，认为在K0=2.582 m/d 与实际钻孔岩芯岩体完整性较一致。但同时所代表的是岩体中残留的构造裂隙网络的渗透性，不能表征岩体在区域内的实际渗透性能。因为在整个测量、计算过程中没有考虑大型的构造裂隙，如张开度在1cm 级以上甚至更宽的裂隙等因素，以及尚未考虑大型的溶逢、管道及落水洞等。

可见，受测量尺度效应的影响，裂隙统计是以钻孔深度为单位，统计尺度粗糙，受裂隙发育不均匀的影响比较大；同时，这种通过统计裂隙而获取渗透张量的方法，随着试验深度不断增加，误差也会逐渐变小。这是因为隧道底板深部裂隙隙宽总体趋于狭小，通过图片像素估计并统计裂隙，获得的等效渗透系数误差小，而在浅层岩溶发育，偶时隙宽甚大，若通过像素估算亦不能充分考虑填充物的影响，所以结果会偏大[4]。