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程镓

[摘 要]拟建瓮遵铁路古老岭隧道地处贵州高原中北部，处于贵州北高原向四川盆地中山丘过渡地带，区内岩溶与岩溶水主要受岩性、构造、地形地貌条件等多种因素控制，岩溶发育程度和发育形式不同，岩溶水的分布及富集程度也随之变化。区内二叠系栖霞组、茅口组岩溶及向斜核部岩溶最为发育，地下河系统规模最大。根据岩溶水文地质勘察，线路采取绕避的方式绕避了大型地下河体系，可为复杂岩溶山区铁路地质选线及岩溶勘察提供参考意义。

[关键词]岩溶隧道 地质选线 岩溶勘察

中图分类号：U452.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0307-03

1 前言

随着铁路建设的发展，越来越多的铁路需穿越岩溶山区，而岩溶发育区会给隧道带来不同程度的地质灾害，特别是涌水突泥事故，还会引起地面岩溶塌陷，地表水资源枯竭，引发严重的环境地质问题[1]。在可溶岩地区修建隧道，普遍的特点就是：“好”的地方很好，“差”的地方很差[2]。因此岩溶隧道选线直接影响了施工风险性。岩溶的形成和发育是一个复杂的地质现象。查明形成岩溶的地质环境、岩溶的空间分布形态及其发展变化规律，能为地质选线提供重要依据。

2 工程概况

拟建古老岭2号隧道位于贵州省遵义市播州区团溪镇，本隧道采用单洞单线形式，隧道起迄里程为DK53+155～DK56+835，全长3680m。隧道穿越中低山区，地势陡峭，狭长沟谷纵横发育，多呈“V”字型。沿线地形标高929～1240m。隧道洞身主要穿越寒武系白云质灰岩、白云岩；奥陶系页岩、泥岩、灰岩等；隧道进口轨面设计高程909m，出口轨面设计高程931m，设人字坡，变坡点位于DK55+500，设计标高约为935m，最大埋深约305m。隧道设计主要的施工辅助坑道有平导1处，方案为：古老岭2号隧道贯通平导：位于线路左侧30m处，长度3680m。

3 区域地质条件

3.1 地形地貌

拟建隧道穿越溶蚀构造中低山。隧道进出口段山峦叠嶂，地形险峻，地势陡峭，区内山脊走向与北东向展布的构造线方向基本一致，工作区中部段家湾-老林坡-四方顶-古老岭-母子龙地带山脊与构造线走向为北东向。因工作区中部桃子台-老林坡-四方顶-古老岭-母子龙地带位于地表分水岭地带，山高坡陡，形成峰丛沟谷地貌；其它地区地形相对较平缓，地形切割较浅，地势相对高差多为50～300m，主要为溶蚀峰丛洼地与溶蚀—侵蚀沟谷地貌。隧道区地表溪流不发育，大多通过落水洞、漏斗等渗入地下，成为暗河的补给水源。

3.2 地层岩性

隧址区出露的地层有第四系全新统残坡积（Q4el+dl）、二叠系下统栖霞茅口组（P1q+m）、奥陶系下统花园组～桐梓组（O1h+t），奥陶系下统湄潭组（O1m），寒武系中上统娄山关群（∈2-3ls）等。沿线出露的地层岩性由新至老分述如下：

（1）第四系残坡积

第四系全新统残坡积层（Q4el+dl），分布于隧道洞身段山坡范围，岩性为含碎石粉质黏土，褐黄色，可塑～硬塑，一般厚度为0～1m。

（2）二叠系下统（P1）

分布于地表里程DK56+400～DK56+800段，栖霞茅口组（P1q+m）为深灰色灰岩、夹灰黑色波状泥质条带灰岩和燧石灰岩，厚110～180m。表面灰黑色，弱风化，钙质胶结，无明显层面，节理较发育。该套地层和奥陶系下统湄潭组（O1m）呈不整合接触。

（3）奥陶系下统湄潭组（O1m）

分布于地表里程DK56+790～出口段，湄潭组上部为砂质页岩夹少量薄层砂岩，下部为灰绿色页岩、粉砂质泥岩夹薄层砂岩及生物碎屑灰岩等，层面较粗糙，节理裂隙较发育，厚10～20m。上部与二叠系下统栖霞组组（P1q）不整合接触。

（4）奥陶系下统桐梓组～花园组（O1t+h）

分布于地表里程DK56+100～隧道出口段，桐梓组为灰色中～厚层白云质灰岩、白云岩、灰绿色页岩、灰色薄层生物碎屑灰岩，厚0～101m，弱风化，隐晶质结构，岩层产状348°∠31°，层面粗糙起伏。节理裂隙较发育。红花园组为灰色中厚层生物碎屑灰岩，底为白云质灰岩，与寒武系中上统娄山关群（∈2-3ls）及奥陶系下统湄潭组（O1m）呈整合接触。

（5）寒武系中上统娄山关群（∈2-3ls）

分布于地表里程DK53+155～DK56+100段，中上部灰色薄至中厚层白云岩、泥云岩，顶部为白云质灰岩，下部为灰色薄至中厚成白云岩夹叶片状、蛋壳状白云岩、硅质白云岩、燧石条带白云岩等。强～弱风化，强风化厚度0～10m，下部为弱风化，隐晶质结构，表面多见溶蚀发育，岩质整体较硬，属硬质岩，岩层产状主要为272°∠6°、310°∠30°等，节理裂隙较发育，节理产状255°∠86°等。

3.3 地质构造

隧址区属于华夏式构造体系，在工作区南东侧有北东向的张王坝断裂、西花坝断裂通过。

在工作区北西侧外围发育有团溪向斜及团溪断裂带。团溪向斜为一大致对称的向斜，轴部走向为北东50°，长36km；轴部出露为中三叠统松子坎组，地層倾角由南西往北东逐渐，即由45°变缓至20°～25°之间，北西翼由下三叠统、二叠系、及部分中上寒武统组成，南东翼靠近断裂破坏；北西翼地层倾角一般在40°～50°之间，个别地段较为陡立或平缓，南东翼靠近断裂附近的倾角均较陡立，局部倒转。团溪断裂带由两条平行展布的断裂组成，带宽200～600m，长32km；团溪断裂带为压性断裂，断面走向北东50，主要倾向南东，倾角55°～85°，断层一般在400～500m之间。工作区中部发育一碗井向斜，为一短轴对称向斜，位于天生桥至一碗井至柏香塘一带，轴部呈北东-南西向展布，长度20km，南西端交于复兴场断裂带之上，北东端在天生桥附近翘起；轴部由P2q+m组成，两翼由P2l、O1m、O1t-h、∈2-3ls组成；轴部地层倾角10°左右，两翼均在15°～25°之间。（图3-1）。

4 水文地质特征

4.1 岩溶含水岩组特征

根据隧道区地层岩性、岩溶岩组类型及其含水介质特点，可以划分为以下几种地下水含水层类型：

（1）相对隔水层，主要指下一碗井向斜底部奥陶系下统湄潭组以泥岩、页岩夹泥质灰岩为主的非碳酸鹽岩地层，其裂隙不发育，含水性及透水性极差，构成了古老岭2号向斜富水盆地的区域性隔水底板。

（2）裂隙-溶隙弱-中等含水层，主要指寒武系中上统娄山关群（∈2-3ls）、奥陶系下统花园组～桐梓组组（O1h+t）：∈2-3ls岩性主要为白云质灰岩、灰岩、白云岩，（O1h+t）岩性主要为灰色中～厚层白云质灰岩、白云岩、灰绿色页岩及灰色薄层生物碎屑灰岩，岩溶发育等级为中等发育。

（3）岩溶管道-溶隙强含水层，主要指二叠系下统栖霞茅口组（P1q+m）：岩性主要为深灰色灰岩、夹灰黑色波状泥质条带灰岩和燧石灰岩；该区域分布有地下河，地表广泛分布有岩溶洼地及落水洞，钻孔揭示溶洞发育，岩溶发育等级为强发育，含水性及透水性较强，为强岩溶含水层。

4.2 地下水类型、埋藏情况及其变化特征

工程区地下水的运动主要受控于地貌及一碗井向斜构造，区域排泄基准面为龙岩水库水，隧道区地下水的排泄主要受控于一碗井向斜构造，由于向斜底部有页岩衬托，沿向斜核部形成了地下河，地下水由向斜两侧向中间汇流。该隧址区于DK54+680形成分水岭，南东侧地势陡峭，岩溶弱发育，局部较发育，大气降水主要以地表水流的形式汇入谷地中，少部分下渗形成地下水，从隧道两侧泉点流出；北西侧地势相对较缓，岩溶发育，地表多见岩溶洼地及落水洞，大气降水多经过落水洞渗入地下，经地下暗河以地下水的形式补给给龙岩水库，主要的暗河系统分别为明洞地下河系统和黑洞地下河系统。

4.2.1.地下水的补给

区内地下水的补给源主要是大气降水，其次有地表水、农田灌溉水渗漏补给。

（1）大气降水

大气降水是区内地下水的主要补给源。工作区内碳酸盐岩分布面积广，岩性以灰岩、白云岩及白云质灰岩为主，石灰岩区基岩裸露，其地表溶隙、裂隙、洼地、落水洞及溶洞屡见不鲜，岩溶发育强烈，透水性极高，这为大气降水垂向补给提供了有利的条件。

（2）地表水体

主要包括工作区内沟谷中的地表溪流。它们通过落水洞、溶洞、溶隙及竖井以注入或渗入的方式补给地下水。工作区内碎屑岩层少，呈条带状分布，泉水流量小。碳酸盐岩地层地表岩溶发育，落水洞多，泉水点少，冲沟多为季节性溪沟，泉水点排泄的地下水，经过短距离径流后，沿途通过裂隙或落水洞渗漏又补给地下水。隧道南西冲宝口与北东杉岚岩溶槽谷地带就为泉水排泄的地表水反补给地下水的现象。

4.2.2.地下水径流及排泄条件

地质构造、地形地貌、地表水文网是控制地下水径流、排泄的三种互为联系的基本因素。总体上，区内地下水以中部地表分水为界，在烂泥沟和三岔河最低排泄基准面的控制下，工作区南西侧地下水由南西向北东方向径流，北东侧由北西向南东方向径流。径流、排泄形式表现为：碎屑岩、白云岩及不纯碳酸盐岩分布区，地下水主要沿不同成因发育的裂隙呈分散流状径流，流量大小受其补给面积的宽窄、岩层产状的陡缓控制，分散排泄动态变化一般较稳定；石灰岩出露区，地下水多以管道流形式集中径流、排泄，一般泉点及地下河出口数量少，流量较大，受隔水岩层的控制，形成多条地下河。

受含水岩组组合特征、地质构造及地形、地貌条件、地表水文网的展布等因素影响，地下水的径流方向以及径流、排泄形式有所差异。

工作区构造上位于一碗井向斜轴部及两翼，碳酸盐岩与碎屑岩相间分布，受碎屑岩弱含水层的隔水作用，各碳酸盐岩含水岩组地下水形成相对独立的地下水系统，地下水总体沿岩层走向径流。区内山体较高，地形切割较大，地下水位埋藏较深，地下水埋深大于100m；但在工作区南西侧一碗井向斜轴部地带，因地下暗河多次出露地表、潜入地下，形成明流、伏流，该地带地下水埋藏浅，地下水埋深小于50m。

因各含水层所处地形地貌差异，各碳酸盐岩含水层地下水位标高各不相同，受地形切割或构造影响，地下水在径流途中于较低的沟谷地带排出地表。

栖霞茅口组（P1q+m）含水层分布在工作区南西侧，共发育有2条地下河，即明洞地下河（S01）和黑洞地下河（S14）。在穿洞北东的槽谷中地表水，全部从P1q+m发育的Y1落水洞流入地下，形成地下河，后多次出露地表再次潜入地下，最终在黑洞地下河（S14）出口排出地表，调查时偶测流量150L/S；明洞地下河（S01）流域内核桃湾至明洞的地表水，均通过P1q+m地层发育的落水洞、洼地直接补给地下河，最终在明洞以地下河形式排出地表，在调查时偶测流量1500L/S（调查时刚下过暴雨，流量大）。娄山关群（∈2-3ls）含水层分布在工作区北东，以分散排泄为主，受地形切割或次级构造影响，地下水在工作区北东侧地形较低的沟谷地带分散排出地表，排泄方式主要为泉点，如S6、S11、S12、S13、S15，出露标高1000-1110m，流量2.0-80L/S；小部分为地下暗河，如S4、S14，出露标高1000～1015m，流量8～80L/S；该含水层中地下水主要集中在工作区南西侧排泄。

区内多为碳酸盐岩含水岩组，P1q+m灰岩属裂隙溶洞水，地表落水洞发育，地下水多沿裂隙、溶洞径流，受降雨影响大，地下水补、径、排循环快，地下水流量变化大，动态极不稳定。

O1t+h、∈2-3ls白云岩属孔洞裂隙水，地下水主要沿溶蚀裂隙径流，地下水径流速度较缓，泉水点流量变化较小，动态较稳定。

碎屑岩含水性弱，地下水径流途径短，泉水流量小，动态较稳定。

水文地质单元划分：根据构造特征及含水岩组，可划分为两个大的水文地质单元，一碗井北西翼斜水文地质单元和一碗井东南翼水文地质单元。

一碗井向斜北西翼水文地质单元（DK56+590～DK56+835）：为一碗井向斜核部一带，以湄潭组下统泥岩、頁岩为隔水边界，二叠系栖霞组及奥陶系红花园～桐梓组含水层构成水文地质单元。

5 地质选线

受控于隧道两端站位的影响，古老岭隧道线路方案主要有上跨暗河CK方案和绕避暗河DK方案，线路方案示意图如图5-1所示。

5.1 岩溶地段选线原则

（1）重视现场调查，结合区域工程地质图、水文地质图，并采取先进的遥感解译、综合物探、钻探等手段落实详尽的地质条件，对区域地质构造、岩溶地下水环境、地下河体系进行系统的分析研究，确定区域地质构造情况，找出地下水活动规律及地下河与地表水环境的相互关系[3-4]；

（2）线路应尽量选择岩溶不发育、欠发育、相对弱发育的地层岩组区段，尽可能绕避岩溶地带；

（3）无法绕避时，应尽量靠近排泄面，缩短线路长度，以最短线路穿越岩溶地带，隧道工程尽量规避高压岩溶水、线路高程宁高勿低，需查明大范围可溶岩分布区岩溶发育区的成层性、水平和垂直的分带性，线路尽量选择岩溶垂直循环带通过；

（4）穿越岩溶及水平循环带时，长大隧道尽可能采用人字坡[5]，地下河发育应设置泄水洞；

6 结论

根据现场勘察，对地下河系统与隧道关系进行了研究，CK方案虽然走在了地下河出口上方，但根据推测的水力坡度线，隧道还是顶着暗河通过，风险性极高，最终选择了DK方案，避开了地下河管道，并且由于跨龙岩水库，整个隧道变成了两个隧道，相当于缩短了岩溶隧道的长度，为了进一步防止隧道涌水等灾害，在线路左侧30m设置了一泄水洞，进一步规避水害。

参考文献

[1] 李春红.岩溶山区铁路工程地质选线分析——以宜万铁路野三关地区为例[J].资源环境与工程.2014（06）：300.

[2] 王洪勇，李彦军，严高翔.铁路隧道岩溶的勘察与预防[J].铁路工程学报.2005（12）：308.

[3] 毕强，何小勇，刘继宝.渝利铁路岩溶区选线[J].高速铁路技术.2012（6）：59-60.

[4] 王争鸣.复杂山区铁路选线思路及理念[J].铁道工程学报.2016（10）：7.

[5] 汪锋华，高崇华.成贵铁路绕避地下水水平循环带线路方案研究[J].高速铁路技术.2016（2）：57.