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宜万铁路沿线岩溶发育规律及其对隧道工程的影响

金新锋  
【摘要】: 鄂西南地区是我国岩溶最发育、最典型的地区之一,新建宜万铁路就位于渝东、鄂西地区,地形条件特别恶劣,铁路沿线山高坡陡、河谷深切,岩溶地貌发育,构造复杂,不良地质普遍发育。宜万铁路沿线滨海至浅海相的碳酸盐岩类地层大面积分布,约占全线的70%左右。桥隧约占线路总长的72.66%,是我国铁路建设史上最艰难的线路之一。特别是多座隧道的埋深大于500m,最大埋深达800m,有的在暗河下部通过,地下水位高,水压大,最大水头差达300—400m。本论文依托新建铁路宜万线岩溶水文地质调查项目,研究宜万铁路沿线岩溶发育与分布规律及其对隧道施工的影响,征对性强,有重要的理论与实际意义。 本文以宜(昌)—万(州)铁路6座Ⅰ级风险隧道为例,将宜万铁路沿线分为东部、中部、中西部、西部四个区段,并主要以中部、中西部、西部为研究重点,分析各个区段的岩溶地貌类型、岩溶发育特征,总结出岩溶发育规律,在此基础上,详细分析了岩溶发育对隧道工程的影响。 1.中部区段地貌类型基本配置为台原山地和深切峡谷,属于典型的向斜谷地汇水、纵向径流、集中排泄的岩溶水运移模式。岩溶发育受地层岩性、地质构造、地形等因素控制。岩溶发育特征主要为:岩溶发育强烈;岩溶发育不均一,各岩溶水系统补给区岩溶相对均匀,而在径流排泄区,岩溶发育极不均一,以集中溶洞、管道为主要形式;垂向上岩溶发育分带性明显,由上向下划分为:表层岩溶带—垂向渗滤带—水平径流带—深部循环带,各带发育厚度分别为5~30m、30~200m、100~200m、200~500m。岩溶发育规律可以概括为:岩溶发育具有成层性,不均匀性和向深性。 2.中西部区段基本地貌类型为溶丘洼地、溶蚀-侵蚀峰丛峡谷。岩溶水运移模式为分散和集中补给、垂向径流-水平径流转换频繁、多级集中排泄。地表和地下岩溶形态发育,主要受地层岩性,地质构造、水动力条件控制。自地表向下可分为:垂向渗滤带、季节变动带、水平径流带和深部循环带,在不同的水文地质区段其岩溶发育深度具有明显变化。岩溶发育规律归纳为:岩溶发育受地层岩性控制;受构造控制;受可溶岩与非可溶岩界面接触面控制;岩溶水系统显示了多级排泄的特点,而每级排泄都是非全排型。运用水文地球化学理论和同位素水文地质方法,认为马鹿箐隧道突水来源为年代较老的溶洞封存水。 3.西部区段基本岩溶地貌类型为垄脊槽谷,受背斜和断层控制及非可溶岩阻隔,形成了侧向补给、背斜垄脊分流排水、纵向槽谷管道流集中排水的岩溶水运移模式。各种岩溶形态齐全,岩溶发育主要受地层岩性、地质构造、水动力条件控制。岩溶发育规律可总结为:岩溶顺层发育;岩溶沿构造裂隙发育;岩溶沿断层发育;岩溶沿不同岩性接触带发育;溶崩角砾岩岩溶不发育。 岩溶发育对隧道的影响分别为: 1.中部八字岭隧道进口段均处于非碳酸盐岩和不纯碳酸盐岩中,基本不会遇到岩溶水的危害。大路坡向斜蓄水构造段是最可能遭遇较大的静水储量并伴有高水压位置,穿心坪向斜富水构造位于隧道出口端,在P_2c和P_2w接触带将会出现中等规模的涌水或溶腔。野三关隧道和大支坪隧道岩溶点多位于向斜核部和背斜两翼,隧道在通过这些部位时可能会遇到大规模的突水突泥。但由于野三关隧道大部分位于深部循环带内,大支坪隧道除了进口和出口段也大部分位于深部循环带内,因此对施工有利。 2.中西部马鹿箐隧道区内地下河发育成网状,分支较多,隧道大部分位于垂向渗滤带、季节变动带、水平径流带内,对隧道威胁最大的区段是鸟腊河槽谷和小马滩-凉风洞地下河,与这两个地方对应的隧道线附近存在巨大的低阻异常区。“1.21”涌水事故所在的溶腔已经处理完毕,对隧道影响不大。云雾山隧道在白果坝背斜两翼及寒武系灰岩与奥陶系隔水层接触带岩溶非常发育,已揭露不少溶腔,雨季可能出现大规模涌水。 3.西部齐岳山隧道区碳酸盐岩约占隧道总长度的47%,隧道区主要的可能涌水区段为:得胜场槽谷区,齐岳山背斜核部及两翼。具体部位为:断层带附近,构造裂隙发育带,完整灰岩交界面和可溶岩与非可溶岩层(或溶崩角砾岩)接触带。


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