青山隧道岩溶水文地质评价及处置方案研究.pdf

文章编号:():./.青山隧道岩溶水文地质评价及处置方案研究金 东(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市)摘 要:以青山隧道为例通过对隧道区岩溶的地质调查查明隧道区岩溶及岩溶水发育分布条件、活动规律和特点并通过地下水示踪试验预测隧道开挖过程中的涌水量评价施工期间涌水突泥风险等级为隧道设计、施工和维护提供准确的工程地质、水文地质依据同时给出合理的处置方案及建议 关键词:青山隧道隧道岩溶水文地质评价处置方案中图分类号:.文献标识码:工程概况青山隧道位于遵义市北西面地处云贵高原东北部隧道区属侵蚀浅切中低山地貌地形较复杂隧道进出口端均为第四系覆盖下伏基岩为灰岩、粉砂岩及泥灰岩围岩级别主要为 级和 级隧道区段地质条件较差岩溶水文地质条件复杂岩溶发育强烈为确保隧道施工安全现对隧道区岩溶水文地质做专题研究 岩溶发育特征及基本规律该区岩溶发育具有以下特征及规律:()地层岩性是控制岩溶发育的物质基础可溶性岩石的化学成分、矿物组成和岩石结构对岩溶的发育速度、发育程度和发育特征均具有明显影响()地质构造是岩石裂隙发育程度的控制性因素而裂隙发育程度决定了可溶性岩石的透水性可溶性岩石的透水性又是直接影响岩溶发育程度的关键因子 因此地质构造在岩溶发育过程中起到至关重要的作用 该区岩溶发育特征受构造控制岩溶发育规律与区域构造形迹一致 岩溶洼地、河谷等多沿近东西向主构造裂隙发育 地下岩溶管道沿北东 南西方向断裂影响带延展并顺层面发育()在水平方向上区内岩溶发育循构造线呈条带状分布同时具有循碳酸盐岩岩层走向呈条带状分布的特点 在垂直分带上岩溶发育具有多层性的特点()区内碳酸盐岩地层岩溶发育强度总体较低 工作区内调查点数据统计结果显示洼地、溶洞等岩溶形态平均密度约 个/局部构造应力集中处发育密度达 个/区内降水主要经伏流入口、洼地等注入地下岩溶管道系统向河谷集中排泄地下水以垂直与水平交互径流为主因此其垂向及水平岩溶均较发育()隧址区内岩溶发育深度主要取决于两个基本条件:一是排泄基准面二是溶蚀基准面 泥桥河为区内最低排泄基准面河谷高程在 间隧道底板标高在最低排水基准面以上具备岩溶发育条件综上所述区内岩溶循构造线、碳酸盐岩岩层走向呈条带状分布隧道底板标高处于岩溶发育带内隧道开挖有可能揭露溶洞、岩溶管道、溶蚀裂隙等特别是构造发育的岩溶段一旦揭露地下水极有可能涌入隧道 水文地质试验地下水示踪现场试验是在地下水系统的某个岩溶水文地质点(伏流入口、落水洞、竖井等部位)选择投放点投放能随地下水运动的示踪剂(钼酸铵、罗丹明、荧光素钠)并在预期可能到达的部位进行接收检测 根据检测结果综合分析和评价场区的水力联系判断地下水流的通道、地下水流的主导方向等水文地质条件的探测方法.示踪试验实施()塌陷坑()投放点示踪剂投放过程 年 第 期 北方交通示踪剂:荧光素钠投放量:示踪剂溶剂时间:年 月 日 投放时间:年 月 日 投放结束时间:年 月 日 ()消水洞()投放点示踪剂投放过程示踪剂:罗丹明 投放量:示踪剂溶剂时间:年 月 日 投放时间:年 月 日 投放结束时间:年 月 日 ()示踪试验接收点监测方法采用 型荧光光度计自动监测.示踪试验结果由图 可知在隧道涌水点(处)接收到荧光素 钠 未 接 收 到 罗 丹 明 说 明 塌 陷 坑()至 涌 水 点 段 连 通 地 下 水 径 流 速 度 约/而消水洞()处于地下水系统下游在涌水点未接收到示踪剂是必然的结果图 处接收点示踪结果 隧道岩溶水文地质评价隧道岩溶涌突水的原因主要是隧道揭穿地下河系统的主通道、支通道或者有相当大通水能力的溶洞管道引起的 然而地下河系统是造成隧道重特大涌突水的根源不同时期其水量构成也有所不同因此当隧道洞体附近有地下河系统分布时涌水量要同时考虑静储量和动储量(雨期动储量和非雨期动储量)如果因隧道涌突水引起地面塌陷及地表水灌入则隧道涌水量还要考虑地表水涌入量 隧道处于岩溶水动力分带的位置不同发生涌水的可能性及涌水的动态和特征也不同.右洞 处涌水分析()涌水点附近地层为三叠系下统夜郎组泥质灰岩、灰岩、泥岩等形成了碎屑岩夹碳酸盐岩或互层的岩性组合特征 受这种岩性组合特征的影响岩溶往往顺层发育形成扁平状的溶洞、溶隙或岩溶管道()地下水在地表水灌入式补给的情况下往往会带入大量泥沙 在地下水运移不畅的情况下地下水流速缓慢泥沙大量沉积 一个雨季浸湿、沉积一次形成具有沉积韵律的塑性泥质充填物()地表调查发现涌水点附近地表发育一洼地目前被用作弃渣土场 挡土墙附近发生过塌陷()且尚未达到稳定状态 强降雨情况下地表径流涌入塌陷坑携带大量黄色淤泥和褐色细砂进入地下水涌入隧道()调查时发现六井沟一出水溶洞()原为一部分居民的供水水源地强降雨时会出现涨水且水为浑浊状态 目前隧道涌水使该系统产生新的排泄点从而大大减少原排泄点的水量甚至断流因此涌水点上游区域为青岗山 六井沟岩溶水系统的主要补给区()从设计、施工单位监测的涌水数据看强降雨时隧道涌水响应时间 左右涌水时长 左右 结合地面调查发现涌水点上方的消水洞淤塞严重消水洞到涌水点距离 左右示踪试验历时约 地下水在该段地下河管道中径流速度为./再次证实了该岩溶水系统地下水运移缓慢局部管道淤堵狭窄()从设计、施工单位监测的涌水数据看发生个别较大涌水时区内短时期并未有降雨过程 另据青岗山居民介绍煤矿的开采引起当地一泉水()断流煤矿关闭多年仍未恢复正常 因此煤矿采空区形成的“积水廊道”通过溶隙与隧道以“倒虹吸”的方式形成水力联系.涌水量估算由上述分析:该隧道涌水段()处于季节变动带其涌水量 主要考虑雨期动储量()雨期动储量()涌水是指雨季每一次降水过程都会引起一次大的涌水 采用大气降水入渗系北方交通 年 第 期数法估算有关参数按隧道岩溶涌水专家评判系统以及上述实测数据给出如式()所示:/()式中:为强降雨期引起的最大涌水量 为涌入系数取 为入渗系数取.为一个降雨过程的最大降雨量取 据贵州省防汛抗旱指挥部介绍 年汛期贵州出现了多次集中降雨过程 月 日至 日位于贵州北部和中部的遵义、湄潭、息烽、开阳等县又降大到暴雨遵义县最高降雨量达 为汇水面积图上圈定约.为降雨周期取 计算得:././隧道涌水部位的外水压力()是作用在隧道外壁的外水头压力按照式()估算:()式中:为作用在隧道外壁的外水压力 为水容重 为计算点处水头 为外水压力折减系数按照隧道岩溶涌水专家评判系统给出由于该隧道段处于季节变动带强降雨时地下水位变幅约 但此处消水洞消水不畅强降雨形成积水故此时水头高度可算到消水洞积水面标高而涌水点标高此时水头为涌水点附近为宽大裂隙溶蚀带外水头压力折减系数取.计算得:.因此当一个强降雨过程隧道上方弃渣场消水洞()及塌陷坑()形成积水时隧道 涌水点作用在隧道外壁的外水头最大压力约为 即约为.处置方案()塌陷坑固结回填 雨季塌陷坑渗水为隧道涌水的主要补给源由于塌陷坑尚未稳定在地表径流的冲刷下带入大量稀泥和细砂进入隧道形成“排水容易清沙难”的问题 对塌陷坑进行固结处理可大大减少地表水、稀泥和细砂进入隧道 否则在水的冲刷和润滑作用下坍塌体失稳大量泥沙带入隧道甚至可能再次形成坍塌冒顶()地表水开沟引流雨季塌陷坑主要汇集地表径流开沟引流至挡土墙外可有效减少地表径流通过塌陷坑进入隧道()涌水点加固引排隧道涌水点最大涌水量为./约为/可直接引排但必须处理干净出水溶洞处淤泥保证混凝土与坚硬围岩更好的结合以防排水口淤堵时地下水窜入其他隧道段产生渗水现象()不建议隧道内堵死涌水点涌水点有.的汇水范围水量总体上不大但一旦堵死可能会产生约 水头的压力约为.甚至更大的静水压力可能对隧道结构产生不利影响 结语岩溶区水文地质勘察对隧道工程建设有重要意义特别是当隧道遇到涌水突泥现象时通过水文地质勘察查明隧道区岩溶及岩溶水发育分布规律、连通情况以及预测涌水量为设计和施工方案提供各种数据参数并提出合理的处置方案对促进隧道工程建设有积极意义参考文献 中华人民共和国交通运输部.公路工程地质勘察规范:.北京:人民交通出版社.陈相彪.地下水示踪连通试验在水文地质勘察中的应用.水利科技与经济():.韩行瑞.隧道岩溶涌水专家评判系统.中国岩溶():.(.)(下转第 页)年 第 期 金 东:青山隧道岩溶水文地质评价及处置方案研究与规律研究.公路工程():.郭健阳军生陈维等.基于现场实测的炭质板岩隧道围岩大变形与衬砌受力特征研究.岩石力学与工程学报():.孙洋陈建平余莉等.浅埋偏压隧道软岩大变形机理及施工控制分析.现代隧道技术():.杨星智.大梁隧道大变形发生机理及特性分析.现代隧道技术():.陈桂虎韩爱果陈锦涛.成兰铁路云屯堡隧道软岩大变形特征及地质成因分析.铁道建筑():.赵晨阳雷明锋周博成等.大变形隧道初期支护变形特征与应对措施.铁道建筑():.程刚龚伦俞景文等.高海拔板岩隧道大变形特性及控制技术研究.地下空间与工程学报():.马玉春马丽娜.基于/的隧道变形控制措施和开挖方法研究.公路工程():.沈国宁邓宝智.公路隧道软岩大变形施工处理技术.公路():.(.).:.(上接第 页).北方交通 年 第 期