云南安楚高速公路大红田隧道涌水分析

２０１０年第２９卷第３期３２３～３２７页　云南地质　ＣＮ５３～１４０１／Ｐ　ＩＳＳＮｌ００４—１８８５　云南安楚高速公路大红田隧道涌水分析　朱春林　，邢志会　，唐顺　，包梅。　（１．中国地质大学，北京１０００８３；２．云南地质工程第二勘察院，昆明６５００５１；　３．云南大学资源环境与地球科学学院，昆明６５００９１）　摘要：依据大红田隧道水文地质勘察和监测数据，结合前人已有成果，重点探讨隧道涌水特征、涌水　影响范围及地下水消失量，并尝试对断流泉出流进行预测。　关键词：隧道涌水；封堵方案；地面断流；合理解决；云南安楚高速路　中图分类号：Ｐ６４１．１３３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—１８８５（２０１０）０３—３２３－０５　隧道涌水问题普遍存在。我国现有铁路隧道中有约４０％存在程度不等的涌水或渗漏水（朱大力，　２０００），从隧道的施工到竣工运行都受其影响，南方岩溶地区尤为严重。随着高速公路建设的加快，深长　大隧道越来越多，隧道涌水问题日益突出，并引发许多严重地质灾害和地质环境问题，如地表塌陷、地面　沉降变形、水塘井泉干涸、农田缺水、林木枯死等。　大红团隧道位于禄丰县大红田一易门县法本地段，是安宁一楚雄高速公路的关键性控制工程。隧道由　东向西穿越川街河和法本河分水岭，为分离式双向六车道隧道，最大埋深４００余ｍ，起止桩号Ｋ７１＋９９０　～Ｋ７４＋８２５，上、下行线相距约７５ｍ，长分别为２　８３５ｍ和２　７８５ｍ，属特长公路隧道。隧道施工过程中，　自上行线进出口分别掘进到Ｋ７４＋５００～＋６５０段和Ｋ７２＋９００～Ｋ７３＋３５０段时发生涌水，造成地表龙潭　泉、滴水岭泉和坡驼泉断流，不但给施工造成困难，还导致当地村民生活、农灌用水断水。　隧道涌水研究是隧道防排水设计和施工、运营以及地质环境保护中一个亟待解决的实际问题。前人曾　对此做过许多工作和专门探讨，大红田隧道也针对隧道涌水处治和长远解决村民用水进行过专项水文地质　勘察。但以往的研究多侧重于隧道涌水量预ｉ贝４，对隧道涌水影响及其引发的地质环境问题重视、研究不　足。本文重点对隧道涌水特征、影响范围及断流泉出流预测进行探讨，以期为类似地区的隧道涌水防治提　供借鉴。　１隧道区水文地质条件　大红田隧道处于川街河和法本河的分水岭地带，山川呈北北东向展布，中部是地表分水岭，海拔　２２００ｍ～２３００ｍ。分水岭西侧分布有１０余个溶蚀洼地：东侧地形相对平缓，似宽谷丘陵；其余多为斜坡、　陡坡地形，坡度２５。～４５。，冲沟发育。隧道区年均降雨量８９３ｍｍ，最大１　２６２ｍｍ，最小６８５ｍｍ。６月～１Ｏ　月为雨季，降雨占全年的８０％以上，是地下水的主要补给季节。最大月降雨３３５ｍｍ，最大日降雨９６ｍｍ，　多大雨、暴雨或点暴雨。　隧道穿越地质构造单元为象山背斜，隧道走向与背斜轴近于正交，于桩号Ｋ７２＋９００附近穿越邬龙潭　一滴水岭断裂（Ｆ　），断层面倾向北西，倾角大于４３。。断裂带中角砾岩发育，宽约１００ｍ～２００ｍ，钙质胶　结，其中糜棱岩宽ｌｍ～２ｍ，近断裂处局部发育拖曳褶曲，属压性断裂，局部起阻水作用。断裂以东为元　古界昆阳群鹅头厂组（Ｐｔ　ｅ）板岩夹灰岩；以西为绿汁江组（Ｐｔ　）灰岩、白云岩夹板岩。灰岩地表溶蚀　洼地及石芽、蜂窝状溶痕发育，但白云岩类溶蚀微弱。隧道南侧发育有Ｆ　平移断层将Ｆ　错移。　隧道区地下水类型主要有岩溶水和变质岩裂隙水，与隧道涌水和断流泉水密切相关的是岩溶水。由于　岩溶含水岩组夹有板岩相对隔水层，局部呈互层状，岩溶顺层发育并在水平和垂直方向上受到限制，形成　收稿口期：２Ｏｌｏ￣３－２６　作者简介：朱春林（１９６３～），男，云南楚雄人，正高级工程帅，在谈博：｝：研究生，主要从事水工环地质　亡作。　３２４　云　南　地　质　２９卷　夹层型岩溶水。隧道涌水和泉水断流以前，以中部南北向地下水分水岭为界，地下水向东、西两侧径流与　排泄。泉水均出露于两侧斜坡中下部，其中隧道西端的龙潭泉（ｓ　）是上部岩溶水受板岩阻隔而出露，　出露高程约１８５０ｍ，流量６．２　ｌ／ｓ；隧道东段南北两的滴水岭泉（ｓ　）和坡驼泉（Ｓ。）则是受Ｆ２断裂阻隔　出露，出露高程约２０００ｍ，流量分别为５　１／ｓ和１．５　ｌ／，ｓ。依地形、地下水类型并侧重于地下水补迳排条件，　将涌水和泉水断流以前的隧道区划分为１０个相对独立的水文地质块段。　２隧道涌水特征及影响分析　２．１隧道涌水特征　‘　大红田隧道于２００３年下半年开始施工。２００３年１１月，上行线隧道自两端掘进至Ｋ７２＋９００一Ｋ７３＋　３５０段和Ｋ７４＋５００一＋６５０段时，遇碳酸盐岩和断裂破碎带而发生涌水，大量涌水的部位主要是洞壁和洞　顶，次为洞底。洞壁涌水显喷射状，洞顶则呈下雨状。涌水量分别为５２０ｍ　／ｄ和１　Ｏ００ｍ　／ｄ。２００３年ｌ２　月中旬，西段的Ｓ：龙潭泉和南部的Ｓ　滴水岭泉断流；２００４年１月２１日北部的Ｓ。坡驼泉于断流。随着隧　道延伸，涌水量不断增加，２００４年９月３０日，隧道全部贯通并已衬砌，测得上行、下行线隧道边沟排水　量分别为８　８０８．３ｍ　／ｄ和４５７．９ｍ。／ｄ，总涌水量达９　２６６．２ｍ　／ｄ（１０７　１／ｓ）。之后，涌水量逐渐减小（图　１）。２００５年１月２０日以后，由于很大一部份水流被多条涵管接引到洞外，观测的边沟排水量骤减，逐渐　趋于稳定。自３月２０日至ｌＯ月２０日，观测流量基本在７．５—８．５１／之间。　隧道涌水特点及涌水量变化反映出：①　１　涌水初期隧道四面出水，洞壁涌水显喷射状，一１　表明涌水主要由于隧道两侧且水压较高；②　从开始涌水到地表泉水断流相距约４５天～８０　天，表明初期排出的是贮存水量，泉水断流后　转为疏干排水；③随着施工作业面加大涌水　量增加，至隧道全部贯通时达到最大，表明涌　水量与地下水排泄面成正相关，这与隧道内含　观澳０日期，年一月一日　水岩组及岩溶水分布情况相吻合；④隧道贯　图１　隧道贯通后的涌水量动态曲线　通后涌水量逐渐变小，尽管２００５年１月２０日　Ｆｉ昏１　Ｗｅｌｌｉｎｇ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｕｒｖｅ　ａｆｔｅｒ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　以后观测到的是部分涌水量，但也反映出涌水　量变化的趋势是由大到小，尔后趋于稳定，符合地下水从疏干到稳定的变化规律　，即随着地下水新的　补、排平衡的形成而重新趋于稳定。　２．２钻孔水位监测资料分析　隧道施工期间，于２００４年５月～８月在隧道南北两侧施工２口供水一监测孔（表１）。终孔后对钻孔　水位进行了监测，水位变化曲线见图２、图３。　表１监测钻孔基本数据表　Ｔａｂ．１　Ｂａｓｉｃ　Ｄａｔａ　ｏｆ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｄｒｉｌｌ　Ｈｏｌｅ　两个钻孔施工结束时处于雨季中、后期。ＳＫ１孔距隧道较近，在隧道贯通前水位下降较快，与隧道施　工涌水同步；隧道贯通后水位下降随着降雨减少而逐步减缓，到枯季趋于平稳，随着２００５年雨季的开始，　钻孔水位又开始抬升。ＳＫ２孔距隧道较远，２００４年８月～９月间水位变幅仅２０ｃｍ，隧道施工涌水对其影　响很小，之后的水位变化主要受季节影响，２００５年５月～６月降至最低，随着雨季的开始很快就回升到终　孔水位。　监测钻孔水位变化表明：①隧道涌水对ＳＫＩ孔影响较大，对ＳＫ２孔影响较小，影响程度随距离增加　３期　朱春林等：云南安楚高速公路大红田隧道涌水分析　３２５　；一曼　埴　＊　ｌ　１一邑　埏　　５　Ｏ　５　Ｏ　５　∞　。叭　５　Ｏ　如　５　２　是　曷　昌　暑　昌　暑　昌　昌　２　Ｒ　昌　呈　昌　昌　２　景　昌　２　昌　ｎ　Ｈ　ｎ　ｎ　１　ｎ　ｃ、｜　ｎ　Ｎ　ｍ　０　０　０　０　０　Ｕ＇－ｇ薹８昌　２一　＝；　０　０　０　０　０　０　０　苦ｇ罨昌若　鲁ｇ　ｇ　０　０　０　苫　苫　苫　葛　苫　ｇ　葛　吝　苫　０　０　０　０　０　０　０　０　０　０　ｄ　ｄ　０　０　０　０　§＝　茸　ｇ　０　０　０　图２　ＳＫ１钻孔水位动态曲线　Ｗａｔｅｒ　Ｌｅｖｅｌ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｕｒｖｅ　ｏｆＤｒｉｌｌ　Ｈｏｌｅ　Ｓｋｌ　／　图３　ＳＫ２钻孔水位动态曲线　Ｆｉｇ　３　Ｗａｔｅｒ　Ｌｅｖｅｌ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　Ｄｒｉｌｌ　Ｈｏｌｅ　Ｓｋ２　而减小；②距离越近，地下水位埋深和动态变化越大；③隧道贯通后地下水排泄通道已全部打开，地下　水水位则完全随季节变化而变化。此时，钻孔所在水文地质块段已建立了新的地下水补、排平衡关系。　对隧道涌水量和钻孔水位监测的同时，还不定期地对龙潭、坡坨、滴水岭及一碗水村等处几个主要原　泉水点进行了观测，其中坡坨、滴水岭、龙潭村泉水再无出水记录，一碗水村的泉水流量与２００４年８月　调查时的流量相比无明显变化。　２．３隧道涌水影响分析　根据断流泉分布及钻孔水位变化，结合水文地质块段划分，圈定隧道涌水影响范围（图４）。受隧道　涌水直接影响的主要是大红田、坡驼、滴水岭以及哨上块段，影响范围约４．９ｋｍ　；可能会受到轻微影响　的是相邻的乾海子、一碗水和歪头山块段；其余块段不受隧道涌水影响。　按隧道贯通时的涌水量９　２６６．２ｍ　／ｄ计算，地下水年均排泄量为３３８×１０　ｍ　，采用降雨渗人法（吴论　生，２００７）计算隧道涌水影响范围内的年降雨渗入补给量为１７５　ｘ　１０　ｍ。／ａ。据此推算，影响范围面积要　扩大到约１０ｋｉｎ　，补给量才与排泄量相均衡，因而涌水影响范围还将扩大，可能会袭夺相邻块段的地　下水。　隧道涌水改变了影响范围内地下水的排泄、径流条件，由原来的自然排泄改变为隧道人工排泄，地下　水流向由原来的东、西流向改变为南、北流向，与原流向大致垂直（图４），隧道涌水受其两侧地下水补　给。根据ＳＫＩ、ＳＫ２钻孔和隧道涌水点的位置和水位高程，可算出隧道东部南侧滴水岭块段地下水水力坡　度Ｉ＝０．１２５，北侧坡驼块段Ｉ＝０．１３。采用渗透系数法和泉水断流法，计算出隧道东段南、北两侧地下水　流速为４．２３ｍ／ｄ　４．３４　ｍ／ｄ　３断流泉出流预测　根据水均衡原理（苏彦等，２００３），断流泉在一定条件下是能够重新出流的，前提是：①要使断流泉　重新出流，须在隧道内对涌水通道进行封堵，全封堵出流时间早，半封堵出流时问较早，允许地下水通过　隧道排泄，但年排泄量必须小于年降雨渗入补给量；②隧道涌水造成泉水断流，是因为涌水消耗了地下　水的深部径流和储存量，造成地下水位下降。涌水通道封堵后，隧道涌水不再消耗地下水，或者消耗量小　于补给量，则降雨渗入能逐年偿还已消耗的地下水。到某一年，当地下水位恢复到泉水断流前的水平，则　３２６　云　南　地　质　２＿９卷　断流泉就会重新出流。　图４隧道涌水影响范围及地下水等水位线圈　Ｆｉｇ．４　Ｗｅｌｌｉｎｇ　Ａｆｆｅｃｔｅｄ　Ｒａｎｇｅ　ａｎｄ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｌｅｖｅｌ　Ｃｏｎｔｏｕｒ　Ｍａｐ　ｏｆ　Ｔｕｎｎｅｌ　图５　隧道两侧地下水位示意图　Ｆｉ．ｇ５　Ｓｋｅｔｃｈ　Ｍａｐ　ｏｆ　Ｕｎｄｅｇｒｏｎｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｓｉｄｅｓ　通过ＳＫＩ、ＳＫ２孔分别作垂直隧道的剖面，令Ｓ　泉和Ｓ　泉位于剖面上，泉口高程为原地下水位高程，　Ａ点为隧道涌水点。Ａ点与钻孔水位高程点连线为现水位线，外延与原地下水位线相交于Ｃ点，Ｃ点即为　涌水影响范围边界点（图５）。泉水点向下作垂线，与现水位线交于Ｄ点，即为涌水后泉水处的地下水位　高程，Ｄ点到泉口间的距离即为水位下降值，计算得Ｓ。处水位下降约２ｍ左右，Ｓ　处水位下降约７５ｍ。　原水位线与现水位线间构成三角形。三角形中裂隙原来充满地下水，现因隧道涌水而成为空隙。只要　封堵了隧道涌水通道，靠降雨入渗将三角形范围内的空隙再充满地下水，则断流泉就会重新出流。　３期　朱春林等：云南安楚高速公路大红田隧道涌水分析　３２７　采用算术平均法计算隧道涌水影响范围内的地下水消失量，计算公式为：　Ｑｘ＝ＩＯＯＦ・ｈ・ｕ　式中，Ｑｘ为地下水消失量（１０　ｍ　）；Ｆ为涌水影响范围的面积（ｋｍ　），据Ｃ点投影到地表的位置，　并依地形、地下水等水位线在地形图上确定，量算得Ｆ＝４．８９ｋｉｎ　；ｈ为地下水位降低值（ｍ），取图５中　两剖面的现水位线平均值，ｈ＝（８０＋１３６）／２＝１０８ｍ；Ｕ为含水岩组给水度（％），根据含水岩组岩性组　合、面岩溶率、钻孔涌水量、地下水流速和渗透系数综合确定，取ｕ＝３．７５％。　经计算，隧道涌水影响范围内地下水消失量为１　９８０　Ｘ　１０　ｍ。，大约是隧道涌水影响范围内年降雨渗入　补给量１７５　ｘ　１０４ｍ　／ａ的１１倍，即在隧道涌水通道完全封堵条件下，地下水位恢复原状和泉水出流约需要　１　１年时间。如果隧道涌水通道不封堵，按隧道实测年排泄量３３８×１０　ｍ。／ａ衡量，年排泄量也大于年降雨　补给量，则地下水位难以恢复，断流泉将不会再出流。　４　结语　（１）深长隧道涌水，通常会极大地改变原有地下水径流、排泄条件，并由此引发井泉水塘干涸、地　面沉降变形等地质环境问题。因而勘察设计中除重视隧道涌水量预测外，尚需关注和研究隧道涌水影响范　围及可能引发的地质环境问题，预设措施将隧道涌水危害降到最低。　（２）隧道施工中应对隧道涌水进行系统监测，除涌水量外，尚需对一定范围内的井泉进行监测，必　要时应设专门的监测钻孑Ｌ，以获取系统资料对涌水危害进行分析和处治。　（３）隧道涌水对地下水系统的改变和影响较为复杂，本文虽对断流泉出流预测进行了尝试，但鉴于　大红田隧道已衬砌通车，未对涌水通道进行封堵，预测结果未得到证实，只为解决断水村庄供水问题提供　决策参考。　参考文　献　［１］朱大力，李秋枫．预测隧道涌水量的方法［Ｊ］．工程勘察，２０００，（４）：１８～２２．　［２］蒙彦，雷明堂．岩溶区隧道涌水研究现状及建议［Ｊ］．中国岩溶，２００３，（１２）：２８７～２９２．　［３］吴治生．不同地质边界条件岩溶隧道涌水量预测及展望［Ｊ］．铁道工程学报，２００７，（１１）：４８～５５．　［４］康小兵，张强，许模．重庆走马岭岩溶隧道涌水量初步研究［Ｊ］．工程地质学报．２００６，１４（０１）：６８～７１．　［５］付开隆．渝遂高速公路中梁山隧道岩溶塌陷及涌水量分析［Ｊ］．水文地质工程地质．２００５，（２）：１０７—１１０．　［６］毛建安，石中平，毕焕军．秦岭隧道水文地质的综合勘察与涌水量的预测计算［Ｊ］．世界隧道．１９９８，（２）：４４～４８　ＡＮ　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＯＦ　ＴＨＥ　ＷＥＬＬＩＮＧ　ＩＮ　ＤＡＨＯＮＧＴＩＡＮ　ＴＵＮＮＥＬ　ｏＦ　ＡＮ—ＣＨＵ　ＥＸＰＲＥＳＳＷＡＹ　ＺＨＵ　Ｃｈｕｎ　１ｉｎ　一，ＸＩＮＧ　Ｚｈｉ—ｈｕｉ　，ＴＡＮＧ　Ｓｈｕｎ　，ＢＡＯ　Ｍｅｉ　（１．Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ）　ｏｆ　Ｃ，ｅｏｓｅｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３　２．Ｙｕｎｎａｎ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　２　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００５１）　（３．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｙｕｎｎａｎ　Ｕｎｆｉ，ｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００９１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ　ｄａｔａ　ｏｆ　Ｄａｈｏｎｇｔｉａｎ　ｔｕｎｎｅｌ，ｉｎ　ｃｏｍｂｉ—　ｎａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｅｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｈａｖｅ　ａ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｗｅｌｌｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｅｎｔａｔｉｖｅｌｙ　ｐｒｅｄｉｃｔ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｓｔｏｐｐｉｎｇ　ｓｐｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｗｅｌｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｔｕｎｎｅｌ：Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｌｏｗ　Ｓｔｏｐｐｉｎｇ；Ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　Ｂｌｏｃｋ　ｕｐ；Ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ；Ａｎ—　Ｃｈｕ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，Ｙｕｎｎａｎ