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本文作者：程傳軍作者單位：中鐵第五勘察設計院集團有限公司

水文地質條件和巖溶發育特征

1．水文地質條件

隧址區背斜軸部的碳酸鹽巖為巖溶含水巖組，屬強富水巖組。背斜兩翼三疊系上統須家河組的長石石英砂巖、長石巖屑砂巖，為層間承壓孔隙裂隙含水巖組，屬中等富水巖組。隧址區內的斷裂帶F3、F4、F5斷裂帶及影響帶發育了部分張扭性裂隙帶，沿斷裂帶溶蝕裂隙、溶洞、落水洞發育，具有強的富水性和滲透性。這些斷裂帶為導水構造。三疊系上統須家河組（T3xj）泥、頁巖夾煤層層位，滲透性和富水性差，為相對隔水層。背斜軸部嘉陵江組碳酸鹽巖直接出露于巖溶槽谷，為地下水補給天窗，主要接受大氣降水和地表水補給，兩側斜坡地帶接受大氣降水補給后，一部分在槽谷兩側以泉點形式排泄，沿河溝排出槽谷外。槽谷底部接受大氣降水補給后，直接沿巖溶裂隙、落水洞下滲形成地下水，沿巖溶管道運移。

2．巖溶出露形態

隧址區背斜軸部縱張裂隙發育，為地下水對可溶巖地層產生溶蝕作用創造了十分有利的地質條件，巖溶形態表現為溶蝕槽谷、溶蝕洼地、落水洞、水平溶洞和溶隙等，巖溶發育規模極不均一，最大有數米落水洞，小至數毫米的溶隙和溶孔。從對核部隧道南部采石場的地表調繪可知，地表張裂隙發育，張開度寬3~5cm，局部可達10cm，可見發育深度最大達30m，局部段為粘土充填。另外，洞身段有三條斷層通過，地面調查和物探信息顯示，在這些斷層及影響帶范圍內有巖溶裂隙和溶洞發育。

3．巖溶發育規律

（1）巖溶發育的呈層規律。隧址區由南向北可見魏家槽、韓家槽、魏家槽、趙家灣、周家槽（南側）、干田壩、周家槽（北側）等條狀串珠狀溶蝕洼地組成的溶槽。溶蝕洼地、槽谷、落水洞系統都集中分布于含鹽溶角礫巖層的三疊系下統嘉陵江組（T1j）第四段層位，而以灰巖、白云巖為主，不含鹽溶角礫巖層的三疊系下統嘉陵江組（T1j）第三段灰巖溶蝕現象則以溶丘、殘丘、溶蝕裂隙為特征。巖溶形態及巖溶化程度的差異，顯示可溶性碳酸鹽巖類中可溶性成分的種類、含量對溶蝕現象發生的難易程度有突出影響，巖溶在嘉陵江組頂部第四段內鹽溶角礫巖與白云質灰巖、灰巖接觸帶、第四段白云巖與第三段灰巖接觸帶發育最為強烈。（2）溶蝕現象受地質構造影響顯著。在瀝鼻峽背斜核部呈條帶狀分布的串珠狀溶蝕洼地與干谷壩斷裂帶（F3）走向一致。而在背斜西翼分布的巖溶槽谷形態，明顯受區域橫張裂隙控制的侵蝕、溶蝕溝谷影響，槽谷呈等間距平行排列。

巖溶工程地質問題及處理措施

1．塌方和冒頂

隧道碳酸鹽巖按巖溶化程度可分為強巖溶化巖體和巖溶化巖體。強巖溶化巖體發育層位主要是三疊系下統嘉陵江組四段（T1j4）、二段（T1j2）和嘉陵江組三段（T1j3）季節交替帶、三疊系中統雷口坡組（T2l）和斷層破碎帶和影響帶。三疊系下統嘉陵江組四段（T1j4）和三疊系中統雷口坡組（T2l），其巖體為含鹽溶角礫巖、角礫狀灰巖可溶性碳酸鹽巖。其中鹽溶角礫巖巖體強度低，該層部分段呈泥質膠結狀，少量為泥夾石狀，強度低，完整性差。嘉陵江組三段（T1j3）斷層破碎帶及影響帶，巖體為可溶性碳酸鹽巖，巖體破碎，溶孔、溶隙和垂直溶隙發育。巖溶化巖體發育層位主要是三疊系下統嘉陵江組四段（T1j4）、三段（T1j3），該層位巖性為灰巖、白云巖。圍巖級別取決于巖塊堅硬程度、巖體完整性、構造和地下水條件。巖溶對圍巖級別的影響主要表現為降低了巖體完整性和存在大量的巖溶地下水，從而降低了圍巖級別［3］。強巖溶化巖體中存在大量的Ⅴ級和Ⅳ級圍巖，巖溶化巖體中也存在大量的Ⅳ級圍巖，這些區段在施工過程中易塌方、冒頂。

2．涌水、突水和突泥

地質測繪、鉆探、鉆孔水文地質試驗、高密度電法高密度電法物探均顯示，在強巖溶化巖體區段存在大量的巖溶裂隙，局部還存在溶洞，滲透系數大。鉆孔抽水試驗和注水試驗顯示滲透系數K=0.45~4.5m/d。利用地下水徑流模數法和大氣降水入滲法對隧道各區段的平水期和豐水期涌水量進行計算和預測。結果顯示，隧道平水期涌水量達14,880m3，豐水期涌水量達52,080m3。強巖溶化巖體、中等巖溶化巖體段總長約1,610m，占隧道總長的48%，但其平水期涌水量約14,400m3，約占隧道總涌水量的97%。可見，在將來施工過程中，該隧道的涌水量絕大部分將來源于強巖溶化和中等巖溶化巖體，巖溶大大增加了該隧道的涌水量。另外洞頂地表存在水塘、水田，局部可能存在聯通至洞身的地下水通道（溶洞、巖溶裂隙等），因此隧道開挖過程中將易突水、突泥。初步估算，在強巖溶化巖體和巖溶化巖體段，隧道外水壓力可達0.66MPa~0.95MPa，最大突水量可達106,000m3/d。

3．巖溶可能引發隧道施工過程中的環境地質問題

隧道建設將降低地下水位，尤其是在和嘉陵江組碳酸鹽巖含水層分布區，成為隧道區及其鄰近的排泄基準面，并可能貫通裂隙與地表水體連通，影響甚至疏干地表水體。

4．巖溶地質問題處理措施

（1）對巖溶引起的隧道崩塌、冒頂等圍巖穩定性問題，建議在施工過程中加強超前地質預報，推行信息化設計、新奧法等先進的施工方法和施工工藝，對Ⅲ、Ⅳ級圍巖分布大力推行光面爆破，努力維護圍巖穩定性。組成V級圍巖的嘉陵江組四段鹽溶角礫巖夾白云質灰巖和斷層破碎帶及影響帶，施工時應采用導洞或臺階分部開挖，二次復合支護。（2）對于強巖溶花和巖溶化巖體大量涌水、突水、突泥和地表水疏干問題，應加強施工過程中的超前地質預報，根據超前預報信息，采取合適的防治措施。對強巖溶化巖體和巖溶化巖體采取短進尺掘進、小藥量爆破。對可能發生大量又涌水、突水和突泥地段進行鉆孔泄水或者提前圍巖灌漿處理。施工中的涌水應采取以堵為主進行處理，防止大面積涌水、突水、突泥和地表水體疏干。