本文摘要：摘要:山区高速公路受地形条件限制，常以隧道穿越崇山峻岭。贵州山区地形地质条件复杂，岩溶发育。隧道开挖贯通后，常常改变原有的地下水环境特征，打破了原有的地下水平衡，导致隧道涌水、地表水断流甚至枯竭等灾害的发生。贵州某山区高速公路以特长隧道穿越
摘要:山区高速公路受地形条件限制，常以隧道穿越崇山峻岭。贵州山区地形地质条件复杂，岩溶发育。隧道开挖贯通后，常常改变原有的地下水环境特征，打破了原有的地下水平衡，导致隧道涌水、地表水断流甚至枯竭等灾害的发生。贵州某山区高速公路以特长隧道穿越长大脊状山体，通过工程实例方式分析了隧址区水文地质条件以及隧道对水环境的影响。通过水文地质分析评价，以达到择优选择工程方案、控制工程建设中的风险以及减少工程建设对水环境影响的目的。
关键词:高速公路,隧道,水文地质
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过隧道架梁的施工设计，就是要在现有的路基、桥梁、隧道施工条件下，并根据现有的施工设备，保证路基、桥梁、隧道原有安全状态并确保架梁安全通过隧道，对路基、桥梁、隧道及运架设备进行局部处理或改装。设计的主要内容包括：桥梁处理、路基临时处理、隧道临时处理、运架设备改装。
贵州山区地形沟壑起伏，山多平地少。高速公路建设必然造成桥隧比例高。大量隧道的建设穿越了崇山峻岭。由于贵州山区多以灰岩等可溶岩的透水地层为主，地下水水文地质复杂，山麓间常出露有大量岩溶泉，部分泉水是当地饮用水源。隧道建设过程中常常发生突水、突泥等灾害，甚至时有隧道附近泉水流量减少、枯竭及断流等情况发生。发生以上灾害时，对隧道建设及环境均有较大影响。故隧道从选址到方案设计前应做详细的水文地质调查与分析[1]，尤其对于特长隧道以及穿过可溶岩，地下水水文地质条件复杂的隧道，以确保工程建设的安全可靠，同时将对环境的影响降到最低[2]。
1工程地地质条件
1.1工程概况
贵州北部某高速公路洞湾隧道为分幅式特长隧道。左幅全长4490.00m，最大埋深450.22m;右幅全长4525.00m，最大埋深450.12m。初步设计阶段隧道布设了两个方案进行比选。隧道单洞建筑限界:10.25×5m2。
1.2地形地貌
项目区地处黔北高原北部的斜坡地带。可溶岩分布广，以溶蚀-构造型中山地貌为主[3]。隧道横穿一岭状山体，场区海拔821.2～1374.4m，相对高差553.2m。
1.3水文气候
隧址区属长江流域-乌江水系。隧址区发育多条雨源型地表径流，以隧道中部分水岭为界，最终分别汇聚于隧道两端洞口外冲沟内排出场区。场区气候属亚热带季风湿润气候区。多年平均降水量1071.8mm，年最大降雨量1841.3mm，年最小降雨量995.6mm，多年最大日降雨量173.3mm。
1.4地层岩性
覆盖层为第四系残坡积层(Qel+dl)粉质粘土、粘土;下伏基岩有志留系下统龙马溪组(S1l)粉砂质泥岩、奥陶系上统五峰组(O3w)泥质灰岩、中统宝塔组(O2b)灰岩、下统湄潭组(O1m)粉砂质泥岩以及下统桐梓组-红花园组(O1t-h)灰岩。
1.5地质构造
隧址区受多期构造作用影响，区内地质构造较复杂，由一束北东-南西向发育、大体平行的断裂组成。拟建隧道依次近似正交穿越断层F1、断层F2及断层F3。断层的导水或储水特性是由断层两盘的岩性及力学性质决定的。张拉性断裂由于其力学性质，导致断层破碎带多为结构松散多孔的构造角砾岩，尤其是在脆性岩体发育更甚。此类断层破碎带常具良好的导水能力[4]。
但断层两盘若为软质岩或含泥质计较多的岩体时，破碎带同样含有多量泥质成分，此类断层破碎带受泥质阻隔呈现导水不良甚至隔水的特性。场区地层浅部具备泥岩与灰岩互层及灰岩夹泥岩等岩性组合特征，灰岩地层发育裂隙和溶穴，泥岩地层层次致密，因而在垂直层面的方向上隔水性质较好，顺层的方向上透水强。
(1)断层F1断层F1走向北东-南西向，延伸长度约9.2km，断层倾向120°，倾角75°，破碎带宽约10m，断层影响带宽约200m，其上盘地层为奥陶系下统湄潭组(O1m)粉砂质泥岩夹灰岩;下盘地层为奥陶系下统桐梓组-红花园组(O1t-h)灰岩夹泥质条带。该断层上盘岩性为粉砂质泥岩塑性岩层，下盘岩性为灰岩脆性岩，断层带胶结较为致密，断层隔水性质较好。
(2)断层F2断层F2走向北东-南西向，延伸较远，断层倾向300°，倾角65°，破碎带宽约40m，断层影响带宽约200m，其上盘地层为奥陶系中统(O2)灰岩;下盘地层为奥陶系下统湄潭组(O1m)粉砂质泥岩夹灰岩。该断层浅部两盘岩性均以粉砂质泥岩等塑性岩层为主，断层带胶结较为致密，断层隔水性质较好;深部两盘均以灰岩等脆性岩为主，透水性强。
(3)断层F3断层F3走向北东-南西向，延伸长度约6.2km，断层倾向120°，倾角72°，破碎带宽约30m，断层影响带宽约150m，其上盘地层为奥陶系中统(O2)灰岩;下盘地层为奥陶系下统湄潭组(O1m)粉砂质泥岩夹灰岩。该断层浅部上盘岩性以泥岩等塑性岩层为主，下盘岩性以灰岩等脆性岩为主，断层带胶结较为致密，断层隔水性质较好;深部两盘均以灰岩等脆性岩为主，透水性强。
综合以上，拟建隧道通过的3条断层均具备浅层隔水、深层透水性质，断层将场区主要赋存于奥陶系中统(O2)灰岩地层内的浅层地下水分隔成为多个独立的浅层地下水水文地质单元，而将赋存于奥陶系下统桐梓组-红花园组(O1t-h)、寒武系中、上统娄山关组(∈2-3ls)灰岩、白云岩地层内的深层地下水联通成一整体，并以地表分水岭为界，分为两个深层地下水水文地质单元。故场区断层构造未将场区浅层地下水与深层地下水贯通，二者之间相对独立，水力联系不明显。
2水文地质条件及水环境分析
2.1水文地质条件
(1)地下水类型根据场区的地层岩性及其组合特征、地下水赋存条件、水理性质和水力特征，区内地下水类型分为碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水和第四系松散层孔隙水，以碳酸盐岩岩溶水为主[6]。1)碳酸盐岩岩溶水碳酸盐岩岩溶水主要赋存于场区奥陶系中统宝塔组(O2b)、下统桐梓组-红花园组(O1t-h)的灰岩地层中，岩溶中等发育，节理裂隙发育，浅部风化作用强烈。含水介质以网状溶蚀裂隙、溶洞为主，泉水流量一般5～40L/s，最大达220L/s，富水性中等～强，常见的如芭蕉乡饮用水泉(S1)，地下水水位埋藏一般较浅，地下水水力坡度较小。2)基岩裂隙水该类水主要的含水岩组为奥陶系下统湄潭组(O1m)和志留系下统龙马溪组(S1l)的泥岩等非可溶岩内。富水性弱～中等，一般泉水点少、流量小，多呈近源分散排泄。3)第四系松散层孔隙水主要赋存于第四系冲洪积、残坡积层中，富水性差，水量贫乏。
(2)地下水分布特征区内地形耸立，岩石均为平缓产出，构成多岩性层状叠置组合关系，地下水具有双层结构的特点，即上部主要为宝塔组(O2b)灰岩含水系统，中部为湄潭组(O1m)泥岩阻隔层，下部为桐梓红花园组(O1t-h)、娄山关群(∈2-3ls)灰岩、白云岩含水系统。上下两层含水系统各自独立存在，基本不发生水力联系。
(3)地下水补给、径流、排泄特征由于地下水均有双层结构特点，决定了地下水补、径、排条件的不同。上部宝塔组(O2b)灰岩含水系统:地下水接受大气降水补给，因断层和分水岭的阻隔，地下水于分水岭两侧沿断块向隧道两侧径流，在隧道中部地形低洼的陡崖脚出露，形成一系列带状悬挂泉，如芭蕉乡饮用水源就是出露于该含水系统。下部桐梓红花园组(O1t-h)、娄山关群(∈2-3ls)灰岩、白云岩含水系统:由于受中部O1m泥岩隔水作用，下部地下水补给区域主要是两侧和进出口地段裸露岩溶区，经下部断层导水，总体沿分水岭两侧分别从北东往南西、或南西往北东径流，最后于中部沟谷内排泄。
2.2隧道建设可能产生的水文地质问题分析
(1)突泥、涌水1)隧道涌水量预测经对场区水文地质条件进行调查、结合区域水文地质资料的综合分析，场区地表水大部分以坡面流形式自然排泄，一部分沿基岩节理裂隙面下渗至浅层奥陶系中统(O2)灰岩地层内形成浅层地下水，受下伏奥陶系下湄潭组(O1m)泥岩阻隔后以泉眼形式排泄。拟建隧道埋藏深，洞身涌水主要来源于侧向补给的深层地下水，即奥陶系下统桐梓组-红花园组(O1t-h)、寒武系中、上统娄山关组(∈2-3ls)灰岩、白云岩地层潜水，采用大气降雨渗入法及半理论半经验公式法对隧道开挖洞身涌水量进行预测。因区内地形耸立，岩层迭次铺盖，断层扭动小，岩石均为平缓产出，构成多岩性层状叠置组合关系，地表浅层湄潭组(O1m)、龙马溪组(S1l)粉砂质泥岩富水性弱，可视为隔水层，故采用大气降雨渗入法计算时。
通过以上预算，隧道开挖后单幅隧道涌水量为28103m3/d，两幅隧道合计涌水量为28103×2=56206m3/d。通过以上预测计算，采用大气降雨渗入法预算得隧道最大涌水量为54690m3/d;采用半理论半经验公式法计算得隧道最大涌水量为56206m3/d。因洞身涌水主要来源于侧向补给的深层地下水，采用大气降雨渗入法计算存在较大局限性，故建议隧道设计时按半理论半经验公式预测的隧道最大涌水量，即56206m3/d考虑。
2)突泥涌水预测隧道绝大部分围岩为奥陶系下统桐梓组-红花园组(O1t-h)、寒武系中、上统娄山关组(∈2-3ls)灰岩、白云岩。在灰岩与泥岩接触面上，往往岩溶发育比较强烈，可能存在较大岩溶裂隙、溶洞及丰富的地下水，由于隧道地下水主要是深地下水，底部桐梓组-红花园组(O1t-h)、寒武系中及上统娄山关组(∈2-3ls)灰岩、白云岩含水地层在隧道两侧较远地带出露，其补给面积大、径流途径远，故底部岩体的岩溶发育程度和联通性对隧道涌水有着决定性影响[7]，隧道穿越时易造成突泥、涌水。隧道横穿3条断层，断层破碎的及影响带围岩完整性差、透水性相对较强，隧道穿越断层构造带时涌水量往往较大，也可能出现突泥涌水的灾害。
(2)对饮用水源的影响该饮用水源位于隧道左侧约1000m处，位于浅层宝塔组(O2b)灰岩含水系统水。地下水接受降水补给，通过裂隙、溶隙、溶槽入渗汇聚并集中排泄。由于地形高延和岩层产状微倾坡外，地下水活动越过地表分水岭，补给范围为面积达7.1km2。调查期流量48L/s，据访问枯季流量变化较大，约为20L/s左右。2009年开始引流取水，供芭蕉乡及附近村民近8000人饮用。相对于该饮用泉点，拟建隧道无论是K线还是A7线均从下侧深层桐梓红花园组(O1t-h)、娄山关群(∈2-3ls)灰岩、白云岩含水系统内通过，平面上距泉点0.9～1.3km，纵向上距泉点234～241.5m，中间为隔水的O1m粉砂质泥岩、泥岩和夹切断层。该断层具双重水属性，其浅部隔水深部导水。也就是宝塔组(O2b)灰岩含水系统与下部桐梓红花园组(O1t-h)、娄山关群(∈2-3ls)灰岩、白云岩含水系统自成一体，基本不具水力联系。
3结论
隧道涌水是山区高速公路(尤其是岩溶地区)建设常见的工程病害，此区域的隧道涌水常具备突发性、大流量等特点，发生时往往破坏力巨大，造成大量财产损失或人员伤亡的事故。隧道贯通改变水环境自然平衡后，常常导致附近饮用水源流量的减少、枯竭甚至断流，破坏了生态环境平衡的同时，也对当地居民生产生活产生较大的影响。隧道建设前对隧址区水文地质调查及分析，选择合适的工程方案减少地下水与工程建设之间的相互影响。本文从工程实例角度出发，通过对隧址区地层岩性、地质构造、地下水的类型、赋存条件以及补给径流途径等多个方面分析了隧道的水文地质条件[8]，以及隧道建设可能产生的水文地质问题。以达到择优选择工程方案、控制工程建设中的风险以及减少工程建设对水环境影响的目的。
参考文献:
[1]中交第一勘察设计研究院股份有限公司.JTGC20-2011公路工程地质勘察规范[M].北京:人民交通出版社，2011.
[2]招商局重庆交通科研设计研究院有限公司.JTGD70-2-2014公路隧道设计规范[M].北京:人民交通出版社，2014.
[3]石振华，王梅，咸大庆，等.工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2018.
[4]刘正峰.水文地质手册[M].吉林:银声音像出版社，2005.
[5]铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社，1999.
[6]铁路工程水文地质勘察规程(TB1049-2004)[M].北京:中国铁道出版社，2004.
[7]徐则民，黄润秋，罗杏春，特长岩溶隧道涌水预测的系统辨识方法[J].水文地质工程地质，2003(4):50-54.
[8]韩行瑞.岩溶隧道涌水及其专家评判系[J].中国岩溶，2004，23(3):213-218.
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