华蓥山隧道岩溶发育特征分析

摘 要：华蓥山隧道洞身段穿越雷口坡组的可溶岩地层，岩溶发育，地表落水洞、溶斗、溶沟、溶洞、地下暗河多出现在该段。本论文拟对华蓥山隧道岩溶发育形态、分布特征及其主控因素等问题开展系统深入的调查与分析论证，并对隧址区可溶岩地段岩溶发育强度预测，为华蓥山隧道建设优化设计等相关技术问题提供可靠的科学依据。

关键词：岩溶 岩溶发育形态 主控因素

ABSTRACT：The Huayingshan tunnel body through the Leikoupo Formation of karst, karst, surface sinkhole, funnel, karren, karst cave, underground river in the section. This thesis intends to Huayingshan tunnel karst types, distribution characteristics and main controlling factors of in-depth investigation and analysis of system, and the tunnel area karst development intensity prediction, and provide reliable scientific basis for the related technology of Huayingshan tunnel construction optimization.

Key words：KarstKarst types distribution characteristicsMain controlling factors

1 引言

岩溶是可溶岩与地表水、地下水相互作用下的产物，岩溶发育强度及岩溶裂隙管道地下水均具有典型的不均一性。岩溶的发育严格受可溶岩地层岩性及岩性组合、地质构造、可溶岩与非可溶接触界面特性及地下水循环分带性等诸多因素的控制。

华蓥山隧道横向穿越华蓥山背斜，主要穿越地层有侏罗系新田沟组、自流井组、珍珠冲组以及三叠系须家河组、雷口坡组、嘉陵江组。其中雷口坡组和嘉陵江组地层为灰岩地层，为可溶岩，岩溶发育，地表落水洞、溶斗、溶沟、溶洞、地下暗河多出现在该段。由于其地下水补给条件好，地下水丰富、运动活跃，属强透水、强富水岩溶溶隙溶洞含水层，构成拟建隧道重要涌水层段，水文地质条件复杂。

因此，对分析华蓥山隧道岩溶发育形态、分布特征、发育规律及其主控因素具有重要的科学意义和学术价值，通过对华蓥山隧道岩溶发育形态、分布特征、发育规律及其主控因素的分析研究，可以为华蓥山隧道的开挖提供指导性依据，对于预防隧道涌突水及防止人员伤亡事故具有重大现实意义。

2 隧道洞身段穿越的可溶岩地层

根据现场调查，华蓥山隧道洞身段穿越的可溶岩地层为三叠系中统雷口坡组（T2l）和下统嘉陵江组（T1j）。

2.1 中统雷口坡组（T2l）

分布于背斜中部隧道洞身段，为灰色簿至中厚层状灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥灰岩、钙质泥岩、盐溶角砾岩及膏盐组成。根据其岩性组合可分为三层段，即T2l3 、T2l2、T2l1。总厚度 281.96～577.35m。

雷口坡组三段（T2l3）：厚0～275.72m。上部为灰色薄至中厚层状隐至微晶白云质灰岩及白云岩，夹薄层钙质泥岩。下部为灰色厚层状含泥灰岩、灰岩，夹薄层白云质泥灰岩，与下伏地层过渡接触。

雷口坡组二段（T2l2）：厚153.09～282.m。上、下部为黄灰色、灰绿色薄层钙质泥岩、白云质泥岩，夹薄层灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥灰岩，中部为灰色中厚层状含泥灰岩、角砾状灰岩、白云岩、泥灰岩夹薄层钙质泥岩。与下伏地层过渡接触。

雷口坡组一段（T2l1）：厚36.92～124.53m。顶部为盐溶角砾岩，其下为白云质灰岩、白云岩，下部为盐溶角砾岩，底部为深灰色泥岩，层中偶见灰绿色水云母粘土岩(绿豆岩)。

2.2 下统嘉陵江组（T1j）

地表未出露，深埋于洞身地段。区域上划分为四段，其中T1j1、T1j3段主要为石灰岩； T1j2、T1j4段主要为白云岩、盐溶角砾岩。厚度521.51～688m。

嘉陵江组四段（T1j4）：厚22.31～228.93m。顶、底部为盐溶角

砾岩，盐溶角砾岩中见石膏矿层，中部为白云质灰岩、白云岩。

嘉陵江组三段（T1j3）：厚142.95～228.85m。灰色中厚层状石灰岩、生物碎屑灰岩、含泥灰岩组成。

其余嘉陵江组未进洞身。 3 隧址区地质构造

隧址区地处川东褶皱带中之华蓥山背斜中段，主体构造为华蓥山背斜，区内断层稀少，仅在背斜西翼见一断层（F1），并形成次级摺曲。构造特征述如下：

华蓥山背斜：为一箱状褶皱，轴部开阔平缓，两翼不对称，北西翼陡，倾角60～80°，南东翼缓，倾角20～40°，轴向N10～25°E，轴部向比倾伏，倾伏角2～7°。出露最老地层为三叠系雷口坡组，两翼由须家河组、自流井组、新田沟组、沙溪庙组组成。

F1断层：位于背斜西翼近轴部，走向N20°E～N30°E，倾向SE，倾角约60～80°，与背斜轴部近于平行。断层发生在雷口坡组二段地层中，上盘及下盘地层均为为雷口坡组钙质泥岩夹白云岩、白云质灰岩，断层附近地层较破碎，挤压揉皱现象严重，产状变化很大，破碎带宽度2～10m，在下盘形成一宽度300～450m的褶皱带，带内岩石挤压强烈，次级背向斜发育。

4 隧址区内可溶岩地层的基本特征

该区段为一背斜构造，东翼倾角缓，西翼倾角陡，轴部开阔平缓，构成箱状褶曲。在背斜西翼发育一走向逆冲断层和挤压褶皱带。线路总体走向为北西南东向，与背斜轴向呈大角度直交。区内可溶岩分布广泛，在隧道总长度中占70％以上，出露的可溶岩地层主要为三叠系中统雷口坡组(T2l)，隧道洞身隐伏有三叠系下统嘉陵江组 (T1j)地层。可溶岩地层及其岩溶发育基本特征见表1。

5 隧址区岩溶形态及其分布

区内岩溶地貌主要为侵蚀溶蚀陡坡、谷地及溶蚀峰丛、台地，发育的岩溶形态主要有溶孔、溶隙、溶沟、溶槽、干溶斗、落水洞、溶洞、暗河等。

溶孔、溶隙、溶沟、溶槽等小型岩溶形态在白云岩、白云质泥灰岩、钙质泥岩层中有发育，多形成在斜坡上，分布面积大，其发育方向与岩层和节理的走向、倾向近似平行，且多与地面垂直，深度参差不齐，小者几厘米，大的几十米，一般1～3m，常连片形成起伏不平的地面坑包、沟槽，属于常见的灰岩地表形态，大气降水多沿这些细小孔道进入地下。大量分布在区内雷口坡组地层中。

干溶斗、落水洞：干溶斗俗称溶蚀漏斗，为区内主要溶蚀形态，分布于山坡、沟谷及岩性差异带。发育方向多受岩性及岩层中区域性优势节理控制，形状多呈园形或椭园形，直径、深度一般几米～几十米，陡直地向地下延伸，多见于三叠系雷口坡组三段灰岩地层中。漏斗底部多具碎石土、角砾土、沙土、粘土充填，在暴雨时大量的片流、沟水流入其中，起着大水量的消水作用。落水洞多出现在溪沟尽头，並有长流水注入其中，为地表水补给岩溶水的主要通道。

溶洞：区内溶洞数量较少，主要以水平溶洞为主，分布于陡坡上，多呈干溶洞状态。

地下暗河：主要受区内可溶岩层组与非溶岩层组岩性组合面及夷平面的控制，暗河一般分布于最低侵蚀基准面附近，如卢家河坝有3个暗河出口，以岩溶泉的形式从地下涌冒，调查时流量为70.124～1.024L/s。

6 岩溶发育规律及其主控因素 （1）岩溶发育强度受岩性的控制

雷口坡组岩性上部以灰岩、白云岩、白云质灰岩为主，下部为钙质泥岩、白云质泥灰岩不等厚互层组成，底部为白云岩、钙质泥岩、盐溶角砾岩。其厚度较大，分布面宽，易受大气降水淋虑溶蚀，地表岩溶雷口坡组上部地层以溶洞、漏斗、落水洞为主，属强岩溶发育岩组。下部地层小型岩溶发育，以溶孔、溶隙、溶沟、溶槽为主，岩溶

不发育，属弱岩溶层。

（2）构造控制岩溶发育方向及规模

工作区为北东东向构造，可溶岩分布受构造迹线控制发育，区域性优势节理、断层带、构造轴线（分水岭线）等处地下水相对活跃，溶蚀作用强烈，特别发育呈串珠状或长椭园状分布的漏斗、落水洞、洼地等岩溶，其长轴多与构造线方向一致，且常沿背斜轴部及断层带附近发育。

（3）与非可溶岩接触的控制

在可溶岩与非可溶岩接触带附近，因地下水流向受到非可溶岩的阻水作用，而改为沿可溶岩与非可溶岩接触面带附近流动，从而使得这一带的地下水流相对集中，使该带的可溶性增强，岩溶也较发育。区内此类接触带主要为雷口坡组三段与二段接触带。受此岩性组合的控制影响，区内的暗河均出露于此类界面上。

（4）垂向上受地下水垂向分带控制

具溶蚀性的地下水及水的流动是岩溶发育的必要条件，地下水的垂向分带性相应控制了岩溶的发育。地下水的垂直入渗带、季节变动带、水平迳流带、深部滞流带对岩溶形态的分布、规模都起着控制性作用。在地下水的垂直入渗带（气包带）及季节变动带，地下水循环交替作用强烈，岩溶十分发育，多形成漏斗、落水洞、洼地等岩溶形

态。在水平迳流带，地下水循环交替作用较强烈，岩溶发育以水平干溶洞、暗河大泉为其主要岩溶表现形式。当然，这还要受到该区不同时期构造运动造成的地壳升降与相对稳定的影响，不同高程分布的溶洞代表着地壳运动中的一个间歇性相对稳定时期。深部滞流带地下水交替作用微弱，岩溶作用不强，岩溶形态以溶隙、溶孔为主，仅偶见小溶洞。

7 隧址区可溶岩地段岩溶发育强度预测

区内为深切割中山地貌区，横向深切沟谷发育，地下水受岩层岩性控制，多顺层沿走向向低处流动，山的两侧渠江和东柳河为最低排泄侵蚀基准面。本次分析认为，本区在标高430～500m以上，地下水以垂直运动为主，岩溶发育，岩溶形态以漏斗、落水洞、溶孔、溶隙、溶沟、溶槽为主要形式。380～450m为地下水季节变动带，地下水受季节影响，水位升降剧烈时以垂直运动为主，水位变化不大时以水平运动为主。330～400m 为地下水水平循环带，属地下水最低水位以下的饱水带、地下水向当地最低排泄区流动，以水平迳流为主，其上部水力坡度大，径流条件好，水中CO2含量高，发育溶洞、暗河等水平通道，地下水受通道局部具承压现象，岩溶发育强度随深度增加而减弱。地下水以水平迳流为主。330～400m以下为地下水深部滞流带，地下水水流滞缓，在水头压力下向远区域缓慢流动，岩溶形态以细小溶孔、溶隙为主。据设计资料，该线路路肩高程在366～397m之间，隧道通过地下水水平循环带和深部滞流带，属岩溶强度

中等～弱，岩溶以溶孔、溶隙、溶洞为主，存在遇古岩溶洞穴或暗河的可能。

8 岩溶对隧道建设的主要危害及防治措施建议 （1）岩溶对隧道建设的主要危害

线路隧道穿越可溶岩路段按目前设计标高，隧道洞身段多处于地下水水平循环带和深部滞流带，总体上岩溶发育中等～弱，岩溶类型主要为溶孔、溶隙及溶洞，存在遇溶洞或暗河的可能。另一方面，由于区内岩层节理较发育，地表水均通过溶蚀管道入渗地下，地下水管网较发育，洞隙间多相互贯通，并形成岩溶管道地下水，由于岩溶和裂隙发育的极不均一性，导致地下水富集亦极不均一。因此，隧道施工中遇溶洞、断层带、裂隙发育带、可溶岩与非可溶岩接触带及暴雨季节时极有可能大量涌水、突泥；若隧道揭穿古岩溶洞穴或暗河时还可能突水、突泥等，给隧道施工造成重大危害。

（2）防治措施建议

根据可溶岩地层的工程地质条件，结合岩溶地质条件的施工实例所取得的经验教训，建议采取如下防治措施：

①动态监测：在施工中对地表沟水、泉、井及各水点进行水质、水量的监测，及时分析研究水动态变化情况，为隧道施工提供有价值资料。②超前预报：采用地质雷达等物探手段和洞内超前钻探相结合

的手段，探测前方岩溶管道、溶洞地下水，做好预报工作，在不同岩性接触带、洞穴发育带、构造发育带和近地表水体处尤为注意。③遵循“防、排、截结合，因地治宜，综合治理”的原则，采取有效的防、排措施，对岩溶地下水应根据其涌、漏水性质和涌水量大小采取不同措施。对岩溶洞穴、溶隙、溶缝宜采取封堵措施，采用注浆、块片石加注浆、过桥砼梁、工字钢梁等对岩溶及岩溶地下水进行封堵。④加强衬砌：为抵御水压及水压转移而突破岩体强度完整性较差部位，要在相关部位及时加强衬砌，提高护壁强度。

参考文献

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[2] 刘正峰. 水文地质手册 [M]，银声音像出版社，2010. [3] 《四川省渠县龙峡子～大峡口普查区煤田地质普查报告》（1969年12月，四川省煤炭局煤田地质勘探公司普查队）

[4] 1：20万达县幅水文地质图及《区域水文地质普查报告》[R]（1979年，四川省地质局）