成 胜，许 模

(1.水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)

岩溶山区地下工程建设主要面临两方面岩溶水问题，一是岩溶涌突水灾害，二是持续排水引起的地下水环境负效应。我国西南岩溶山区有近1/3的隧道发生过涌突水(泥)灾害，其诱发的地质灾害占隧道工程重大安全事故总数的77.3%[1-2]，隧道在可溶岩区经过除易产生突水突泥危害外，还易对当地的水环境造成严重的影响[3-4]，在岩溶区的暗河、岩溶泉等地下水出露点多数是当地村民主要生活与农业用水，与村民生活息息相关，部分岩溶景观为国家级的自然风景区，对本地的民生问题及经济发展有着至关重要的作用。

1 隧址区地质环境

隧址区地处滇东南岩溶高原中部的丘北与泸西县交接部位(图1)，峡谷深切，高原面被强烈剥蚀，沟壑纵横，局部地块剥蚀作用相对较弱，高原面保存较为完整，地形变化的总体趋势是西北高而东南低。丘北、泸西二县属低纬度亚热带高原季风气候，受高山峡谷控制，局部气候变化较大，垂直分带明显，最热月平均气温在17.7℃～26.1℃，平均降雨量1 000～1 270 mm；区内大小河流属于珠江水系，西北部的南盘江为区内主干河流，发育的各级支流与沟谷，大体上呈北东-南西向展布，纵横交织成网格状。隧道区域地层为三叠系下统洗马塘组(T1x)、永宁镇组(T1y)、三叠系中统个旧组(T2g)、法郎组(T2f)、三叠系上统鸟格组(T3n)、火把冲组(T3h)，以个旧组和法郎组分布最广。

隧址区地下水类型主要为基岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶水两大类型，隧道穿越区主要以碳酸盐岩岩溶水为主(图1)。基岩裂隙水均属于风化带网状裂隙水，含水岩组有鸟格组(T3n)、火把冲组(T2h)、法郎组二段(T2fb)、洗马塘组(T1x)，岩性为粉砂岩、页岩等，未见泉水出露，富水性弱～中等。碳酸盐岩岩溶水可分为碳酸盐岩裂隙溶洞水、碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙水两个亚类，碳酸盐岩裂隙溶洞水主要分布于个旧组，法郎组一段，根据富水性强弱可分为富水性强的含水岩组(T2gd、T2ge)、富水性中等的含水岩组(T2ga、T2gc)、富水性弱的含水岩组(T2gb、T2fa)；碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙水主要赋存于永宁镇组(T1y)，总体富水性中等，隧道未穿过该含水层组。

图1 隧道地理位置及水文地质图

根据隧址区地下水的补径排特征，以地下水分水岭和相对隔水层为主要划分依据，结合岩溶发育规律，将隧址区域划分老鹰窝-红石岩水文地质单元(Ⅰ)、水文地质单元(Ⅱ)。老鹰窝-红石岩水文地质单元(Ⅰ)接受大气降水入渗补给，大气降水多呈灌入式从这些洼地、漏斗和落水洞下渗；还有一部补给源为碎屑岩地层形成的盲谷、盲沟在大气降水汇流后沿落水洞补给地下水，单元内地下水受背斜构造控制，地下水在岩溶含水层中沿岩溶管道、裂隙沿北东向绕过甘塘子背斜于卜戛村-老鹰窝一带通过泉出露汇流入南盘江。水文地质单元(Ⅱ)地下水接受隧道出口处的冲子洼地和法果—山恒断层一线的花子洞等洼地、漏斗和落水洞下汇集的降水补给，一部分地下水顺岩层走向北东向径流，遇非可溶岩阻隔转为南东向在大矣勒以暗河的形式排泄，另一部分水顺岩溶漏斗、洼地、裂隙带垂直下渗，地下水顺岩层向低位洼地径流排泄。

2 岩溶发育特征及规律

该隧道穿越区个旧组岩溶强发育，山顶一带为第一级剥夷面或第一亚期(S21)，分布高程为1 800～2 200 m，整体岩溶地貌为孤峰平原，表层有3～10余米风化红土分布，并发育有众多的岩溶洼地，形态浑圆，直径几米至几十米不等，彼此紧密排列形成封闭高位洼地带，洼地底部有落水洞及岩溶管道相连，属于典型的封闭型汇水地貌(图2、图3)。

通过对隧道上方山顶平原洼地、落水洞高程及发育底层的统计发现，个旧组a段、b段岩溶洼地、落水洞发育个数相对较多(图4)，岩性以中厚层状灰岩夹白云质灰岩、白云岩或砂质页岩、泥质白云岩，其中个旧组a段洼地直径较小且形态多呈圆形，多分布于山顶平原一带，高程2 363～2 423 m；个旧组b段分布狭窄，主要位于斜坡坡脚一带，洼地形态呈圆状、椭圆状，主要发育垂直岩溶管道，洼地、落水洞发育高程范围为2 296～2 330 m(图5)。个旧组c段发育个数偏少，可能是由于出露面积较小。个旧组d段洼地、落水洞发育最多，岩性主要为纯灰岩、白云岩，富水性强，洼地直径大且发育较密集，发育高程范围为1 986～2 272 m，洼地底部有落水洞发育，洼地长轴方向整体为南东向，指向低位的大洼地，推测岩溶垂向发育深度较深，地下水主要以管道流的方式向低位的大洼地径流。

图2 隧道上方地表洼地落水洞

图3 隧道线位两侧2 km范围洼地落水洞分布

图4 隧道上方各地层洼地落水洞发育数量

图5 隧道上方洼地落水洞底板高程统计

图6 隧址区典型岩溶管道系统

除了上述的地表岩溶现象，隧址区有两处典型的岩溶管道系统(图6)。

2.1 拖克老街子—蚌戛岩溶管道系统

该岩溶管道系统发育于个旧组a段(T2ga)可溶岩地层，南北两侧分别为个旧组b段(T2gb)与永宁组(T1y)非可溶岩地层，为相对隔水层，致使拖克老街子洼地落水洞汇集的降水进入地下水后沿个旧组a段(T2ga)向北东方向径流，绕过甘塘子背斜倾覆端后，向北西南盘江方向径流，以岩溶大泉集中排泄(图7)，流量约70～80 L/s(平水期流量)。该岩溶管道系统出口高程1 148 m，其下5～6 m为冲沟，高出南盘江江面约150 m(该处南盘江江面高程约900 m)，该岩溶管道大致形成于南盘江时期。

图7 蚌戛泉及下部溪沟

2.2 舍得—大矣勒岩溶管道系统

该岩溶管道系统发育于个旧组d段、e段(T2gd+e)，岩溶发育十分强烈，地表出露多个落水洞、漏斗以及洼地，地下暗河及岩溶管道分布较广，大致沿呈北东或近东西向展布，暗河大致沿可溶岩与非可溶岩界线发育，区域内地下水基本沿暗河及岩溶管道呈南西至北东流向，区域内有3条盲谷流域范围内地表水沿充水落水洞汇入暗河，于大矣勒暗河排泄，流量330～17 713 L/s(图8)。该岩溶管道系统集中排泄点-大矣勒暗河出口高程约1 296 m，岩溶管道系统可能形成于南盘江期晚更新世，岩溶管道整体坡降大致在8.5‰，计算出隧道出口大型洼地落水洞之下暗河管道的高程大致在1 417 m，隧道出口标高1 518，则岩溶管道位于隧道底板之下。

图8 大矣勒暗河出口

3 隧道涌水量预测

涌水量预测准确性主要取决于对隧洞充水条件的正确分析及计算参数和计算方法的合理选用。鉴于相关水文地质参数的缺乏，适宜采用水均衡法计算涌水量，其公式如下：

Q补=Q排±Q存

(1)

式中：Q补表示进入均衡区内的地下水量；Q排表示流出均衡区的地下水量；Q存均衡区内增加或较少的水量。在地下水天然流场中，在一个均衡期内(多以一年或月)，Q补≈Q排，在不存在河流或地表水体补给的区域，Q补可约为大气降雨入渗补给的水量，Q排主要为河流、泉水、井等。

Q补采用大气降雨入渗法计算所得，Q排以暗河管道出口流量计算所得，然后比较两者差值，后修正降雨入渗系数，使Q补≈Q排在合理范围。Q排以大矣勒暗河及蚌嘎出口流量数据计算，大矣勒暗河出口流量与降雨量的监测数据来源于区域水文地质报告(图9)。以5月、8月降雨量及暗河流量作为平水期、丰水期的数据，并计算可溶岩条带的降雨入渗系数，并通过水文地质比拟，计算隧道涌水量的正常值与最大值。

大矣勒与蚌嘎的暗河水量来源主要是岩溶条块地下水与非可溶岩地表水通过落水洞的汇入，故进行均衡计算时需排出该部分地表水量后才计算，表1是各暗河的水源区域面积及平、丰季流量数据。

通过计算得出隧道正常涌水量与最大涌水量的见表2，计算结果显示采用水均衡结合水文地质比拟法计算的隧道正常涌水量65 152 m3/d，最大涌水量130 098 m3/d，本次计算结果仅考虑了平水期、丰水期降雨量情况下涌水量，若极端降雨条件下，隧道涌水量可增大至本次最大涌水量的几倍，如采用丘北县历史最大日降雨量(92.1 mm)计算得出隧道涌水量可达130多万 m3/d的流量，故实际涌水量可能比本次预测结果偏大。

图9 大矣勒暗河出口流量与降雨量变化曲线图

表1 暗河汇水面积及平、丰季流量

表2 隧道水均衡法涌水量计算结果

4 结语

隧址区岩溶十分发育，隧道建设涌突存在风险，通过对隧址区地质条件、岩溶发育特征的分析，采用水均衡结合水文地质比拟法计算隧道用水量，可以得出一下结论：

(1)隧址区上方高平原上发育大量大地落水洞，地下存在多期岩溶管道，洼地、落水洞在个旧组d段发育数量最多，发育高程分布具有一定规律性。

(2)采用水均衡结合水文地质比拟法计算得出隧道正常涌水量65 152 m3/d，最大涌水量130 098 m3/d，计算未考虑极端降雨条件下，实际涌水量可能比本次预测结果偏大。