齐岳山隧道629溶腔地下水分析与判断

汪继锋

(中铁第四勘察设计院集团有限公司, 湖北武汉 430063)

齐岳山隧道位于湖北省利川市西北23 km处,全长10 528 m,最大埋深670 m,为单面下坡。其进口段4.7 km穿越齐岳山背斜,为灰岩地段,岩溶、岩溶水发育。自2004年开工以来,多次遭遇溶腔及地下水,施工困难,是宜万铁路重大风险隧道之一。

1 629溶腔水文地质条件

齐岳山隧道进口段属于“山地背斜两翼斜坡分流、顺层富集、纵向排泄型”岩溶水动力类型。在背斜两翼形成德胜场暗河系统和大鱼泉、小鱼泉暗河系统,在背斜核部发育有纵向暗河通系统(629溶腔)。其中大鱼泉、小鱼泉暗河系统进隧道前已跨越,对隧道无影响；而背斜核部暗河系统和德胜场暗河系统分布在隧道中部,对隧道施工形成威胁,也是风险较大且引起关注的地方(如图1所示)。

图1 齐岳山隧道暗河系统分布

齐岳山隧道629溶腔发育于二叠系上统长兴组(P2c)灰岩中,近垂直隧道发育,溶腔埋深约650 m。溶腔东侧为吴家坪(P2w)页岩及煤系地层,西侧为大冶组(T1d)页岩、泥灰岩,处于两相对阻水层之间,地表为岩溶槽谷,槽谷汇水面积6.1 km2(如图2所示)。

图2 629溶腔段地质纵断面

2 629溶腔超前探测及放水试验

2.1 溶腔超前探测

隧道从正反两个方向施工至“629溶腔”附近,在正、反向不同工作面对溶腔进行了共60孔超前钻探,探明溶腔发育在正洞下部,从线路右上方向向左下方发育(如图3所示)。

图3 溶腔平面示意

溶腔在隧道纵向发育长度为左边墙6～8 m,溶腔处在隧道右拱腰至左边墙脚的下方；横向宽度大于60 m；线路右侧14.5 m探测的溶腔高于隧底13 m，左侧10 m探测的溶腔低于隧底10 m，线路中心溶腔发育至隧底以下10 m。

在60孔超前钻探过程中,共29孔遇溶腔、涌水,主要为清水,溶腔水监测的含泥量为1％。

分析认为,该溶腔以充水为主,充填物少或基本没有充填物,在风化和溶蚀裂隙间存在少量稀泥,隧底以下(溶腔底部)沉积少量泥砂。

2.2 水压测试及放水试验

2006年9月1日8时至9月9日15时，对629溶腔进行了试验性放水及水压监测,9月1日8时至9月5日24时连续放水32.7万 m3,放水量从开始的3 000 m3/h至最终稳定2 500 m3/h，溶腔地下水压力水头从43 m最终稳定在18 m,这期间地下水未受降雨影响；9月5日降雨40.1 mm(大雨)后,稳定流量放水过程中地下水就开始抬升,在9月7日8时停止放水后,地下水位迅速抬升,水头压力最高升至68 m；降雨影响结束后,9月9日15时水头压力降至52 m。

2009年11月正式进行释能降压放水。

3 629溶腔水量分析与判断

溶腔地下水接受大气降雨补给,汇水面积约6.10 km2,降雨经溶蚀洼地、漏斗及槽谷汇集后补给溶腔,地下水由隧道右侧向左侧径流。

3.1 放水试验数据分析及预测

通过2006年9月的放水试验数据及2009年11月放水前期放水试验数据,对放水量与水压变化进行了相关分析,并预测了放水量与水压的变化。溶腔放水量与水压关系曲线如图4所示。

图4 溶腔放水总量与水压关心曲线

预测溶腔水压下降的放水水量及排放时间如表1所示。

通过对2009年11月与2006年9月的放水试验相关分析预测,当水压降至0.01 MPa时,放水量分别为572 513 m3、529 560 m3,与实际排水量540 665 m3分别相差3.1万m3,预测结果基本符合实际。同时预测出在放水条件没有变化的情况下通过11.1 d放水,水压基本没有,与实际11.9 d也基本一致。

3.2 溶腔段涌水量预测

629溶腔段处于两隔水层之间,地表为封闭岩溶槽谷,地下水主要为大气降水补给,水文地质单元明确,适用大气降水入渗法(降雨入渗法(岩溶水)：Q=1 000·α·X·F·η)预测涌水量。

通过收集齐岳山隧道的降雨资料,预测溶腔段的涌水量如表2所示。

目前隧道629溶腔正常涌水量2万m3/d左右,与预测正常涌水量基本一致；该溶腔揭示还没有经受雨季,最大涌水量有待进一步观测。

表1 629溶腔放水时间、水压—放水量相关分析及预测

表2 溶腔涌水量预测

4 结论

通过对齐岳山隧道629溶腔放水试验的数据分析,在不考虑溶腔的形态和复杂的水文地质条件,可以预测溶腔的放水量与水压下降的关系,对隧道施工采用释能降压法具有重要的参考价值。

通过对溶腔的水文地质条件分析,对洼地汇集大气降水补给的地段,采用降雨入渗法预测隧道涌水量,符合实际,对隧道排水设计能提供可靠的依据。

[1]中国地质科学院岩溶地质研究所.新建铁路万宜线齐岳山隧道区岩溶水文地质调查报告[R].桂林：中国地质科学院岩溶地质研究所，2002

[2]铁道第四勘察设计院.宜昌至万州段长大岩溶隧道专项地质勘察-齐岳山隧道工程地质勘察报告[R].武汉：铁道第四勘察设计院，2004

[3]中铁第四勘察设计院集团有限公司.齐岳山隧道水文地质分析报告[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2009