滇西饮用水源准保护区岩溶公路隧道水文地质分析预测

滇西饮用水源准保护区岩溶公路隧道水文地质分析预测

杨情兵   何开   王也

云南省交通规划设计研究院股份有限公司  云南昆明  650200

摘要：随着社会经济发展及环保要求的提高，众多水库由灌溉用水改变为饮用水源并进行扩容，然而云南山区地形地质条件复杂，高速公路走廊带较为单一，无法避免的要从水库准保护区或邻近保护区展线。本文以云南省大保高速老营至板桥段改线工程北庙隧道为例，采用资料收集、水文地质调查、物探、钻探、测试分析、综合研究等手段，基本查明了隧址区的水文地质条件，评价了隧道施工及运营对北庙水库饮用水源的影响，可为类似工程的水文地质分析预测提供建议。

关键词：隧道；水库；水文地质

1引言

大保高速老营至板桥段改线工程位于保山市城区北部，北庙隧道（K6+650～K10+095）全长3.4km，隧道最大埋深231.3m，隧址区岩溶发育，发育有岩溶槽谷、洼地、溶洞、暗河等，水文地质条件复杂。北庙水库作为饮用水源保护区，位于K10+100右1.5km处，拟建高速设计线标高为1916.09m，高于现有水库标高132.46m，高于扩容后水库标高121.09m。路线拟以隧道形式北庙水库东侧准保护区经过，因此，研究区内岩溶发育规律，分析地下水补、径、排条件，预测隧道涌水量，对公路选线及北庙水库的保护意义重大，也为区内相似工程的勘察设计提供参考。

2工程地质条件

2.1地形地貌

区内高程介于1778.6～2178.9m之间，相对高差200~450m，以构造侵蚀、溶蚀作用为主，属构造剥蚀侵蚀溶蚀低中山地貌，山体总体走势与构造线一致，岩溶发育，可见大型溶洞暗河及岩溶塌陷形成的岩堆。

2.2气象水文条件

区内属亚热带高原山区气候，具有干湿季明显的特点，极端最高气温 32.4℃，最低气温零下 3.8℃，多年平均气温 15.5℃，平均降雨量1113mm，平均降雨日数 187 天，平均蒸发量 1611.1mm。区内属于怒江水系，水资源较为丰富，河流为东河各支流，沿线水库较多，北庙水库为区内最大水库，库容7491万方，辖区面积6km²，其中水面2.8km²，陆地3.2km²，扩容后坝顶高程约1795m。

2.3地层岩性

区内岩性主要为华力西期辉绿岩，石炭系灰岩、泥灰岩、砂岩、页岩，第四系粉质黏土、碎石、块石。

2.4地质构造

区内位于青藏滇缅印尼巨型“歹”字型构造体系中段与经向构造系相复合的部位，属于保山～施甸南北构造带，区域构造发育，街子坡向斜和搬家寨断裂为区内控制性构造，岩体破碎，隧道通过段无断裂构造相交，岩层呈单斜产出，进口产状358°∠40°，出口产状61°∠23°。

3岩溶分布发育特征研究

区内岩溶形态主要为岩溶槽谷、岩溶洼地，隧址区岩溶形态为溶洞、暗河。现分述如下：

（1）街子坡向斜核部的岩溶槽谷、岩溶洼地，主要地层为三叠系中统的白云岩、灰岩中。主要呈南西—北东向、西—东向发育，宽度一般20～100m，长度约0.8～1.6km。

（2）隧址区的溶洞及暗河，地表多见水平向和倾斜向溶洞，其中对路线方案影响大的为石花洞及其内部暗河。为了查明其形态特征，采用了三维激光扫描方法，布设一级导线33个，长度606.8米，三维激光扫描测量溶洞暗河长度约650米，暗河宽度3.5~10.8米不等，高度2.9~7.0米不等，溶洞整体走向为北东向，查清了溶洞与隧道设计标高的关系：路线右幅K10+040.8~K10+046.5上穿石花洞，石花洞洞顶标高为1909.6米，隧道标高为1914.25米，高于石花洞4.65米。隧道区内溶洞最高顶板标高为1911.978米，位于ZK10+079.8右8.37米，该处左幅设计标高为1914.41，高差为2.432米。因此路线设计标高满足要求，建议施工时做好隧道底部岩溶监测，以免出现空腔塌陷或隧道洞底变形破坏。

4、岩溶水水文地质研究

4.1水文单元划分

根据水文地质调查、区域水文资料，北庙水库及隧址区处于街子坡向斜水文地质单元中，为典型的河间地块单元。区内细分为：第Ⅰ分区：东侧街子坡向斜储水带；第Ⅱ分区：隧道东侧山岭区、第Ⅲ分区：隧址山岭区。其中Ⅰ区为主要的补给和排泄区；Ⅱ区为径流区；Ⅲ区为径流排泄区，隧址区属于Ⅲ区，北庙隧道穿越该分区长度约2.76km，如图1所示。

图1 区内水分单元划分图

4.2地下水补、径、排关系

如图2所示，隧址区接受大气降雨补给，经溶蚀裂隙、竖向岩溶管道等下渗，但补给范围较小，因Ⅱ区局部段构造发育，隧址区同时接受街子坡向斜核部富水带的补给。Ⅲ区径流排泄系统分为浅层系统及深层系统，隧址区属于浅层地下水径流排泄系统，该系统主要受地形及溶蚀裂隙控制，地下水径流方向为自东向西，在溶洞、暗河汇集后，一部分顺着横向深切沟谷排向北庙水库，另一部分地下水顺着垂直向溶洞溶隙补给深部地下水系统。深部地下水径流排泄系统主要受区域街子坡向斜构造的影响，为本区主要的径流排泄系统，接受北庙水库及上部浅层地下水系统的补给，地下水径流方向为自西向东，排泄入街子坡向斜核部。

图2  A-B剖面地下水补径排关系图

4.3区内岩溶水特点

石花洞地下岩溶水系统属于洞管岩溶水系统，结合调查、询问、查阅资料，石花洞暗河是在动水环境下溶蚀形成，以水平向层状岩溶发育为主，除主洞外还存在众多支洞， 12月份调绘时流量约3.6L/s，（区域水文资料流量为12.6L/s），9月暴雨季节调查流量为10.8L/s，暗河水流流向为自东北向西南流动，雨季水量大时暗河水会从石花洞洞口溢出。经收集资料，目前暗河水量减少较大，至少10年内未出现从溶洞口溢出的情况。综上可知，该岩溶水系统目前属于衰退期，但暗河的底板及支洞中存在大量泥砂、泥浆，在雨季水位陡涨陡降、支洞水流冲破淤塞的情况下，易发生突泥涌水的危害，对隧道长期安全性有影响，建议加强隧道衬砌支护及防排水措施。

4.4涌水量预测及对北庙水库的影响评价

结合本隧道的勘察现状、水文地质条件，现选用大气降雨入渗法、地下水径流模数法预测隧道涌水量。根据以下公式：

 Q=2.74αPF

式中： α－大气降水入渗系数（取0.35）；

F－隧道影响带汇水面积（取12.01km2）；

P－大气降水量（当地多年平均降水量，查阅资料，计P=1113mm）；

                   隧道涌水量计算参数及计算结果表                

根据计算结果，大气降水渗入法Q= 43292.41m3/d，地下水径流模数法（计算过程略）Q=24889.8m3/d。建议采用大气降水渗入法计算结果为隧道预测最大涌水量。

结合上述分析，隧道的施工相当于在Ⅲ区水文地质单元中实施了疏干孔，浅层地下水系统排泄方式新增了由疏干孔排出的方式，流入沟谷，最后汇入北庙水库，施工造成的水体污染必须净化处理达标后方可排放。因此隧道工程施工和运营期间对北庙水库水质水量影响较小，通过采取措施后影响总体可控。

4.结论

（1）区内岩溶发育，地表岩溶形态主要为岩溶槽谷、岩溶洼地，隧址区岩溶形态为溶洞、暗河。采用了三维激光扫描查清了石花洞溶洞与隧道设计标高的关系，路线设计标高满足要求，建议施工时做好隧道底部岩溶监测，以免出现空腔或隧道洞底发生变形破坏。

（2）通过区内水文地质条件研究，控制路线标高以隧道的形式高于暗河顶部通过，有效的降低了大范围内突泥涌水的风险，施工中需注意暗河的支洞，在雨季水位陡涨陡降、支洞水流冲破淤塞的情况下，易发生突泥涌水的危害，对隧道长期安全性有影响，建议加强隧道衬砌支护及防排水措施。

（3）通过研究，隧道施工造成的水体污染必须净化处理达标后方可排放，运营期间对北庙水库水质水量的影响较小，通过采取措施后影响总体可控。

参考文献

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[4]云南省交通规划设计研究院股份有限公司. 云南省大保高速老营至板桥段改线工程K0+000～K11+800 1标段两阶段施工图设计工程地质勘察报告[R].2022.