维普资讯 http://www.cqvip.com 第２Ｉ卷第９期 岩石力学与工 学报 ２１（ ：１３４４～１３４９ Ｓｅｐｔ．，２００２ ２００２年９月 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＲｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 四川广（安）一渝（重庆）高速公路 华蓥山隧道岩溶突水的研究与整治 陈绍林李茂竹 陈忠恕谢晓东 成都６１００７２） （四川省煤田地质工程勘察设计研究院摘要 比较系统地介绍了华蓥山特长双线公路隧道岩溶突水的地质背景、岩溶分布规律、岩 水的渗流场以及岩溶 突水的补给源，为水害的整治提供了依据。 关键词隧道，岩溶突水，渗流场，地质背景，水文地质单元 分类号Ｕ ４５３．６ ｌ 文献标识码Ａ 文章编号ｌ０００．６９１５（２００２）０９．１３４４．０６ 点，并伴有大量泥砂与砾石，但含砂量逐次减少， １ 前言 突水由浑浊逐渐变为清澈，水压由大到小，最大水 压达１．６６５］ＶＩＰａ，突水峰值时间一般为Ｏ．２～３ ｈ，衰 减时间一般为２０￣４８ ｈ。 （３）岩溶突水受降水量控制明显，华蓥山地区 年均降水量１ ２１５ ｍｍ，而１９９８年施工期的降水量 达到１ ３７３ ｍｍ，在４月３Ｏ日～８月１８日的３个多 华蓥山隧道是国家重点工程——四川省广安市 至重庆市高速公路的关键工程。为双线特长隧道， 横穿川东华蓥山。左洞的长为４ ７０６ ｍ，右洞的长 为４ ６８４ ｍ，两轴线相距４Ｏ ｍ。路面高程为５０５ ５１０ ｍ。隧道勘察设计始于１９９５年，于１９９７年１０ 月破土动＿Ｔ，２０００年１０月竣工通车。 在隧道施工 中，曾数十次发生岩溶突水涌砂，其中大ｙ－５００ ｍ 月中，降水量达９７８ ｍｍ，占全年降水量的８３％， 岩溶突水多数发生在这个期间，初次突水一般滞后 强降水４～６ ｈ。 （４）岩溶突水的水温低而稳定，一般情况下，水 温为ｌ１。Ｃ～１２℃。 有１５次，最大一次突水量达１４ ４００ ｍ ／ｈ，涌砂总 量为２７ ０００ ｍ 。岩溶突水不仅给施工造成了极大困 难，延误了工期，而且经济损失巨大。因此，岩溶 突水的调查与研究，是施工中的紧迫课题，经过大 ３岩溶突水地质背景及岩溶空间分布 ３．１地质背景 华蓥山隧道地处华蓥山复式背斜之中段，隧道 横穿轴向为Ｎ３２。Ｅ的龙王洞背斜。背斜西翼伴有次 级褶曲（滴水岩向斜，仰天窝背斜），隧道西口外侧 有天池向斜；隧道还有 ，Ｆ２，Ｆ］，Ｆ４利 等断层 通过。断层走向Ｎ２０。～４Ｏ。、倾向ＮＷ、倾角６Ｏ。～ ７５。，断带宽６～２Ｏ ｍ，具压性特征。 经地表、隧道及采煤巷道观察，地表及地下岩 体中走向Ｎ２０。～５Ｏ。Ｅ和Ｎ３０。～６Ｏ。Ｗ两组节理发 量的调查研究，初步查明了隧道线路的水文地质条 件、岩溶突水规律及其成囚，为突水的整治提供了 可靠的水文地质资料【Ｊ 】。 ２隧道岩溶突水的分布及特征 岩溶突水分布见表１。从表１中看出，隧道岩 溶突水有以下几个特征： （１）岩溶突水主要集中于隧道西段（龙王洞背斜 西翼），隧道东段突水点少且涌水量亦小。西段又多 集中于Ｆ２上盘的 ｆ和Ｐ２ｃ灰岩段。 育，特别是龙王洞背斜西翼更为发育。龙王洞背斜 主要由三叠系、二叠系等地层组成，其中嘉陵江组 （２）岩溶突水具有突发性瞬间性涌水量大的特 ２００１年１０月１２日收到初稿，２００１年１０月２４日收到修改稿。 作者陈绍林简介：男，５８岁，１９６８年毕业于成都地质学院水文及工程地质专业．现任高级工程师，主要从事水文及工程地质勘察方面的研究Ｔ作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２１卷 第９期 陈绍林等．四川广（安）一渝（重庆）高速公路华蓥山隧道岩溶突水的研究与整治 ・１３４５￣ 表１ 华蓥山隧道岩溶突水涌水１＞５００ ｍ ／ｈ统计表 Ｔａｂｌｅ １ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｋａｒｓｔ ｗａｔｅｒ ｏｕｔｂｕｒｓｔ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ５００ ｍ ／ｈ ｉｎ Ｈｕａｙｉｎｇｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ 的灰岩夹钙质泥岩、盐溶角砾岩，飞仙关组的灰岩、 隧道地区可溶岩分布广，厚度大，灰岩纯，岩 溶极为发育，是川黔岩溶分布区之一，为川东溶洼～ 丘峰山地的组成部分，地表岩溶形态主要有峰丛、 溶隙、溶缝、溶槽、溶洼、竖井、落水洞以及地下 河等，隧道区中部标高为ｌ１５Ｏ～ｌ ２４０ ｍ的剥蚀面， 位于山脊地带龙王洞背斜轴部Ｒ断层东侧，Ｐｌ可溶 岩露头宽ｌ５Ｏ～ｌ ２４０ ｍ，岩｛容发育，在Ｐ２ ｍ界 面有２Ｏ余处溶洼与溶斗，落水洞呈串珠状分布，规 钙质泥岩，长兴组的灰岩夹少许钙质砂泥岩，厚度 大、可溶性强、岩溶十分发育，并有地下河存在。 茅口组、栖霞组灰岩岩溶亦比较发育，有岩溶管道 存在，而将二叠系上统龙潭组的泥质岩夹煤层，视 为相对隔水层ｆ见图１）。 隧道横穿的龙王洞背斜可溶岩占隧道长度的 ９０％以上，岩溶十分发育。 ３．２岩溶形态及其空间分布 模大的如双巴盐罐溶洼，其长ｌ７０ ｍ、宽ｌ５Ｏ ｍ、 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ｌ３４６・ 岩石力学与工程学报 ２００２ Ｔｌｊ 、 矽 Ｔｌｊ 毋， Ｆｓ Ｔ． ／＂￣＂／ Ｔｌｊ Ｔｌｊ 高／ｌ 背／ Ｔｌｊ ／｝ ｝ ／／，； ／一 ＴＩｊ 图ｌ 华蓥山隧道水文地质图 Ｆｉｇ．１ Ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａ１ ｍａｐ ｏｆ Ｈｕａｙｉｎｇｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ 深５０ ｍ，底部为一落水洞，小蛇洞洼地长２００ ｍ， 宽５０～１ｏ０ ｍ，底部标高１ １８０ ｍ。 分布的洼地、落水洞、竖井和溶洞，天池湖就是一 个特大型溶洼，现今天池湖面标高５００￣４７０ ｍ，湖 底标高４１０￣４４０ ｍ。湖４－（ＩＩＩ标高为４６０￣５００ ｍ的 剥蚀平台中有１０余个岩溶泉。湖西侧标高为５００ ５２０ ｍ处是 ｆ，ＴＩｉ剥蚀平台，平台上分布大量溶 隧道区的东部龙王洞背斜东翼，一般其坡度为 １５。～２０。，有Ｐ２ｃ， ｆ， ｉ裸露的可溶岩大面积分 布，横向冲沟发育，仅发育溶隙和零散的小型干溶 洞、溶洼、溶斗和落水洞等。有落水洞１０余处，一 般洞口标高４７５ ｍ。 斗、竖井及落水洞，并残存厚１～１０ ｍ的原岩溶洞 穴冲洪积层。由上看出，天池湖面高程为溶蚀的基 隧道的西部龙王洞背斜西翼，一般其坡度为 ２５。～３０。，横向冲沟２１条，其中长流沟１２条（煤窑 坑道水、泉水补给），时令沟（降水补给）９条，植被 率达８５％。Ｐ２ｃ， ｆ， ｉ可溶岩分布』 ，溶隙、溶 准面，但基准面以下岩溶发育仍在继续。 由绿水洞煤矿（＋５２８，＋６６０，＋７９０ ｍ水平）及天 池煤矿（＋５４０，＋８８０ ｍ水平）的巷道系统、隧道施工 与勘察钻孔揭露及实测地下河管道系统得知，地下 岩溶形态按规模大小可分溶孔、溶隙、溶洞等和岩 溶管道两类；其中又可分无水溶洞和充水溶洞以及 无充填、半充填 １全充填溶洞。 缝、溶洞十分发育。规模大的有洞湾溶洞，洞口标 高５４０ ｍ，洞长８０ ｍ，洞宽１０ ｍ，洞高１５ ｍ，洞 内有暗河；广洞湾溶洞，洞口标高６５５ ｍ，洞深几 十米，洞高３～４ ｍ，洞内有泉；另有吴家湾地下河 进口、落水洞等。此外，在天池湖周围分布有众多 标高为５２０￣５００ ｍ的基岩剥蚀平台，其上有成群 ３．３岩溶发育规律 隧道区岩溶发育程度极不均匀，控制因素较 多，有以下规律： 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２Ｉ卷第９期 陈绍林等．四川广（安）一渝（重庆）高速公路华蓥山隧道岩溶突水的研究与整治 。Ｉ 兰 ‘ （１）隧道两侧岩溶发育较强，而东侧相对较弱。 ｆ２）三迭系嘉陵江组灰岩、飞仙关组灰岩及含 钙泥岩，岩溶发育程度最强，其次为二迭系长兴组 灰岩与茅口栖霞组灰岩。 ｆ３）可溶岩与非可溶岩接触带，溶蚀作用增强， 岩溶发育强烈。 （４）背斜轴部与断层破碎带岩溶发育：压性断层 的一侧岩溶发育；岩溶多沿层面裂隙 ２０。～５０。Ｅ 方向）形成溶隙、溶沟、溶槽，在与Ｎ３０。～６Ｏ。Ｗ裂 标高带以岩溶下降泉排泄于地表沟水中外，岩溶水 主要集中向隧道南北两侧的冲沟泉群、黄泥湾、洞 湾、广洞湾地下河出口及天池湖排泄。 隧道北侧的绿水洞煤矿５２８，６６０，７９０ ｍ平硐， 隧道南侧的天池煤矿５４０，８００ ｍ平硐，分别穿越 ｛， ｆ ， ｆ ，Ｐ２ｃ岩溶含水层。以上平硐形成 地下集水廊道，各自有其地下水降落漏斗，改变了 原地下水天然流场，逐渐形成扰动状态地下水流 场，并使原天然状态下的排泄中心涌水量减少。 隙交汇处有发育较大的溶洞。 （５）岩溶发育程度与地下水活动关系密切。在 地下水垂直循环带，岩溶以垂直形态为主，多发育 落水洞、溶沟、溶槽等；在地下水季节变化带岩溶 发育最强烈，主要有溶洞与暗河，在地下水水平循 环带，发育有岩溶水平管道。 （６）地形坡度较缓地带，有利于降水入渗，岩 溶发育强，陡坡地带发育相对较弱。岩溶发育标高 具有分带性，可见有１ １５０～１ ２４０ ｍ，８００￣９００ ｍ， ６００￣７００ ｍ和５２０￣５５０ ｍ等４个标高带，它们在 岩溶发育时期分别相当于华蓥山二期、盆地一期和 歌乐山一、二期的产物。 ４隧道岩溶突水的渗流场及其补给源 ４．１岩溶突水渗流场 隧道区以龙王洞背斜轴部的Ｆ１压性断层为界， 东部是邻水水文地质单元，西部是天池湖水文地质 单元ｆ见图１）。西部单元地势东高西低，南高北低， 面积４０ ｋｍ 。隧道位于天池湖水文地质单元中部。 大气降水是地下水的唯一补给来源，地下水趋势流 向是由南向北及由北向南，天池湖为西部单元的区 域排泄中心。西部单元内有２３条横向冲沟及大量 的可溶岩空隙，２３条冲沟中有１５条冲沟在流经Ｐ２ｃ， ｆ ， ｆ 的可溶岩露头中漏失，这是岩溶地下水 的补给途径之一。区内岩溶十分发育，大气降水在 地表难以积存，大部分沿大面积的可溶岩空隙（溶 隙、溶沟、溶洞等）入渗地下，是岩溶水动、静储量 的主要补给来源。西部单元内的岩溶，特别是顺层 与横向节理方向的岩溶管道十分发育。在１ ４ｏ０～ ７５０ ｍ标高带，存在有垂直和近水平发育的岩溶管 道，空间上常构成多层网状岩溶体系，岩溶水的储 存、运移条件良好。在天然状态下， ｆ ， ｆ ， Ｐ２ｃ的水平循环带在标高为７５０￣５２０ ｍ的附近。而 ５２０￣４００ ｍ区间为岩溶水的滞流带，岩溶空隙被 水、砂、砾泥充填或半充填。岩溶地下水除在不同 同样，开挖隧道亦是地下水集水廊道，又改变 了已经扰动的地下水流场，逐渐形成隧道的降落漏 斗。由此可见，天池湖水文地质单元经历了天然渗 流场、矿井扰动后渗流场、隧道突水后渗流场三个 阶段。从表２看出，各渗流场出水点的出水量明显 大于进水量，其差值主要是冲沟以外的可溶岩露头 空隙渗水量。在 ｉ十 ｆ＋Ｐ２ｃ地层中，渗水量占进 水量峰值的２０％，平常值的８６％：在ＰＩｑ＋ｍ地层中 占峰值的５％，平常值的１３％。 随着隧道突水流场的出现，矿井扰动后流场的 涌水量有不同程度的减小。洞湾及广洞湾地下河出 水量减小最大，甚至干枯无水。说明隧道突水是西 部单元新的泄水点。隧道周围的地下水均排泄于隧 道西段（标高５０５￣５１０ ｍ），高于天池湖，但低于洞 湾、广洞湾口，因此，岩溶地下水向这一最低集水 廊道运移，形成突水后的渗流场（见图２）。 ４．２隧道突水补给源 隧道北距洞湾２７０ ｍ，南距广洞湾１５０ ｍ，在 两个泄水中心之间，低于南北泄水中心１５０￣３５ ｍ， 隧道形成的降落漏斗包容了两个泄水中心。经连通 试验证实，泄水中心岩溶地下水全部（广洞湾）或大 部（洞湾）已涌入隧道，这是隧道突水涌砂的直接途 径。 ４．２．１广洞湾地下河与隧道突水 广洞湾地下河出口标高为６５５ ｍ，稳定出水量 为１５ Ｌ／ｓ，洪讯时可达３ １５０ Ｌ／ｓ。 １９９８年４月３Ｏ日降雨量１３２ ｍｍ，地下河出 口水位涨至６９０ ｍ，洪水水位高出隧道１８５ ｍ，于 当天在左洞ＺＫ３３＋３９４发生突水，最火的涌水量为 ３ ４００ Ｌ／ｓ，总涌砂量为３ ０００ ｍ ，隧道突水后，地 下河出口断流。 ４．２．２洞湾地下河与隧道突水 洞湾地下河出口标高为５４０ ｍ，稳定出水量为 ６ Ｌ／ｓ，历年最高洪水水位为５５６ ｍ，峰值流量为 １ ２００ Ｌ／ｓ。 １９９８年４月３０日大暴雨，洞湾地下河泄水段 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ｌ３４８・ 岩石力学与工程学报 表２天池湖岩溶地下水主要补、排量 Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｋａｒｓｔ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｒｅｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ａｔ Ｔｉａｎｃｈｉ ｌａｋｅ 暑 ＼ 挺 避 图２ 隧道突水后地下水流场立面投影图 Ｆｉｇ．２ Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｌｆｏｗ ｉｆｅｌｄ ａｆｔｅｒ ｗａｔｅｒ ｏｕｔｂｕｒｓｔ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌ 水位涨到５５６ ｍ，高出隧道５１ ｍ。当日在ＺＫ３２＋９２７ 和ＺＫ３３＋０４９两处突水，最大突水量分别为３ ５００， 上述表明，洞湾与广洞湾地下河主要源于Ｐ２ｃ 岩溶水。北部补给区为田湾向斜和打锣湾背斜，其 地下水补给、储存、运移条件良好，岩溶地下水十 ４００ Ｌ／ｓ，其中涌砂、泥、砾量约ｌ ０００ ｍ 。隧道突 水后，出口峰值流量ｌ５ Ｌ／ｓ，平常断流无水。 分丰富，是隧道突水的主要水源。洞湾与广洞湾岩 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２ｌ卷 第９期 陈绍林等．四川广（安 渝（重庆）高速公路华蓥山隧道岩溶突水的研究与整治 ・１３４９・ 溶地下河的溃入是隧道突水的直接原因。而其中的 ＺＫ３２＋９２７（Ｔ￣ｆ ），ＺＫ３３＋０４９（Ｔ￣ｆ ）处的突水源于洞 山育林，减少水土流失，保护自然环境。 湾地下河，ＺＫ３３＋３９４（Ｐ２Ｃ）处的突水及ＺＫ３３＋３２０ 处的涌砂源于广洞湾地下河。 ６几点体会 通过对华蓥山隧道岩溶突水的研究与整治，有 ５隧道突水的整治措施 根据隧道突水的渗流场及补给源，整治措施采 取了堵、排结合，以排为主的原则。原设计隧道中 央排水管的疏排水量远远满足不了隧道突水后的岩 溶水流出量，原隧道衬砌亦满足不了岩溶突水的水 头压力。因此，针对突水的特点，对隧道内的突水 以下几点体会： （１）地下工程选址时，应尽量远离岩溶地下水 的集中排泄区； （２）地下 ［程通过岩溶区时，应加强岩溶水文 地质环境的调查研究，预测可能出现的岩溶突水及 其涌水量，并有预防措施： （３）隧道岩溶水具有管网集中供水优势，并往 往水质较好，应充分利用，宜纳入地区供水系统， 点进行钢筋混凝土封堵，加强衬砌结构措施。此外， 还在左洞轴线外侧修建一条平行于隧道的泄水洞， 并用横向导水洞连接左右隧道与泄水洞。横向导水 洞尽量通过两隧道主要突水点，其余各突水点用钻 改善附近城镇供水质量； （４）山岭区的公路建设，保护自然生态环境尤 为重要，把公路建设与自然环境进行有机结合，利 于人类的生存，是造福于子孙后代的千秋功业。 孔与导水斜洞连通。 对于隧道侧壁、拱部、边墙及路面以下的溶 洞、溶缝（含突水点）和溶隙集中发育带，还采用注 浆等加固措施，同时预埋钢管或弹簧软管将岩溶地 下水引入泄水洞系统或排水管。 除采取上述工程措施外，还请当地划界封 ２ ｌ 参考文献 中国科学院地质研究所岩溶研究组．中国岩溶研究【Ｍ】北京：科 学出版社．１９７９ 邹成杰．水利水电岩溶工程地质［Ｍ】北京：水利电力出版社．１９９４ ＳＴＵＤＹ ＡＮＤ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ｏＮ ＫＡＲＳＴ ，ＡＴＥＲ ｏＵＴＢＵＲＳＴ ＩＮ ＨＵＡＹＩＮＧＳＨＡＮ ＴＵＮＮＥＬ ＦｏＲ ＡＮＹＵ ＥＸＰＲＥＳＳⅥ Ｙ ＦＲＯＭ ＧＵＡＮＧＡＮ ｏＦ ＳＩＣＨＵＡＮ Ｔｏ ＣＨｏＮＧＱＩＮＧ Ｃｈｅｎ Ｓｈａｏｌｉｎ，Ｌｉ Ｍａｏｚｈｕ，Ｃｈｅｎ Ｚｈｏｎｇｓｈｕ，Ｘｉｅ Ｘｉａｏｄｏｎｇ （Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＳｉｃｈｕａｎ Ｃｏａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６ １ ００７２ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｋａｒｓｔ ｗａｔｅｒ ｏｕｔｂｕｒｓｔ，ｋａｒｓｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｅｅｐａｇｅ ｌｏｗ ｆｉｅｌｆｄ ｏｆ ｋａｒｓｔ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｒｅｃｈａｒｇｅ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｋａｒｓｔ ｗａｔｅｒ ｏｕｔｂｕｍｔ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｎｇ Ｈｕａｙｉｎｇｓｈａｎ ｔｗｉｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ａｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｉｓａｓｔｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｔｕｎｎｅｌ，ｋａｒｓｔ ｗａｔｅｒ ｏｕｔｂｕｒｓｔ，ｓｅｅｐａｇｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ，ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｕｎｉｔ
