孫晉玉，張 強(qiáng)，許 模，陳 松

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059;2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都610031)

通海隧道是中國(guó)云南國(guó)際鐵路通道昆明-河口線玉蒙鐵路的主要工程，也是云南省在建的最長(zhǎng)隧道。隧道全長(zhǎng)10 302 m，全隧道為單面坡，最大坡度20.4‰。該隧道在通海縣境內(nèi)的通過(guò)區(qū)鄰近杞麓湖。作為通海縣重要的水資源，杞麓湖具有工農(nóng)業(yè)用水、調(diào)蓄、防洪、航運(yùn)、旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖等功能，是通?？h社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體。隧道施工以來(lái)，在進(jìn)出口的數(shù)個(gè)出水點(diǎn)涌出大量的地下水，由于工程區(qū)為生態(tài)敏感的巖溶地區(qū)，因此亟需查明隧道涌水與周邊杞麓湖等水體的水力聯(lián)系。

資料表明，可溶性白云巖與灰?guī)r等碳酸鹽巖地段占通海隧道總長(zhǎng)近90%。受云南特殊大地構(gòu)造背景控制，隧道通過(guò)區(qū)斷裂和褶皺發(fā)育強(qiáng)烈，白云巖、灰?guī)r等碳酸鹽巖類硬質(zhì)巖被密集的節(jié)理、劈理和小斷層切割，導(dǎo)致巖體松動(dòng)，普遍含水，地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄特征具有很大的隨機(jī)性;隧道涌突水部位和涌水量難以按常規(guī)思路確定。由于大斷裂和裂隙大面積發(fā)育，隧道高程較低，隧道涌突水與周邊湖泊、水庫(kù)及井泉連通的可能性極大，隧道施工的環(huán)境影響有待論證。針對(duì)這一特殊情況，查清地下水活動(dòng)規(guī)律及其補(bǔ)給、徑流與排泄特征，劃分地下水的徑流系統(tǒng)，明確隧道施工對(duì)周邊水環(huán)境的影響就顯得尤為必要。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

受早先形成的經(jīng)過(guò)通?？h城的NW向斷裂控制，本區(qū)與其NE側(cè)的李家山區(qū)的構(gòu)造線及地層不連續(xù)?？傮w上，本區(qū)構(gòu)造屬“山”字形構(gòu)造體系東翼構(gòu)造，構(gòu)造線方向?yàn)镹E-NEE向，呈向南東凸出的弧形，主要表現(xiàn)為一褶皺斷裂帶。其中構(gòu)造主要由3條NE向斷裂、一個(gè)背斜和兩個(gè)向斜組成。由隧道進(jìn)口至出口，依次為九街向斜、通海斷層(F11-2)、泥者斷層(F11-3)、五里菁向斜、里山背斜和烏龍?zhí)翑鄬?F11-4)(圖1)。

圖1 隧址區(qū)地質(zhì)剖面圖

2 地下水類型及水文地質(zhì)單元

受區(qū)內(nèi)褶皺及斷裂影響，本區(qū)元古界-新生界地層均有出露，但分布凌亂。區(qū)內(nèi)地層巖性組合復(fù)雜，富水性強(qiáng)烈不均。根據(jù)隧道區(qū)巖性組合特征和地下水的賦存空間，可將本區(qū)地下水類型分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碳酸鹽巖及碎屑巖裂隙-巖溶水、碳酸鹽巖類巖溶水。

隧道通過(guò)區(qū)含水巖組特征見(jiàn)表1。其中下石炭統(tǒng)主要分布于通海隧道出口處里山背斜南東翼、進(jìn)口處習(xí)家營(yíng)-紅龍灘向斜兩翼，以及李家山區(qū)向斜四周。巖性主要為淺灰、深灰色，中-厚層狀灰?guī)r夾頁(yè)巖，局部含有中-厚層狀白云巖。地表有輕微溶蝕現(xiàn)象，受烏龍?zhí)翑鄬佑绊?，巖體較為破碎。

資料表明研究區(qū)內(nèi)近東西向分布的沿龍鳳山-黑地網(wǎng)頭-火草石-生家瓦屋-積目山-老尖山的侏羅系地層形成的2 000 m以上的山峰，既構(gòu)成了地表分水嶺，同時(shí)也成為兩側(cè)水系流域內(nèi)地下水活動(dòng)的天然屏障，形成了以曲江、杞麓湖為排泄基準(zhǔn)面的兩個(gè)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。

隧址區(qū)構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致的地層變形、破裂，控制著地層分布、斷裂及其它導(dǎo)水空間的力學(xué)性質(zhì)和延伸狀況，進(jìn)而控制巖溶水的活動(dòng)。根據(jù)通海隧址區(qū)及其附近的水文地質(zhì)條件特征，對(duì)隧道內(nèi)巖溶水活動(dòng)影響較大的主要包括杞麓湖區(qū)、隧址區(qū)褶皺和斷裂構(gòu)造。雖然兩個(gè)構(gòu)造區(qū)的構(gòu)造形態(tài)并不連續(xù)，但是由于斷裂錯(cuò)移、穿插，局部可溶巖通過(guò)斷層接觸，構(gòu)造區(qū)內(nèi)的巖溶水是有可能相互連通的。因此，隧道工程面臨的環(huán)境問(wèn)題有:杞麓湖區(qū)與隧址區(qū)巖溶水的聯(lián)系、地下水的來(lái)源;隧道排水對(duì)環(huán)境的影響。

3 隧道巖溶涌水狀況分析

通海隧道自開(kāi)工至2007年11月，已發(fā)生4次大的突發(fā)性突水、突泥(石)地質(zhì)災(zāi)害，由于采取了有效措施，未造成重大損失?，F(xiàn)分述如下:

進(jìn)口于2007-08-22在平導(dǎo)PDK29+203 m處發(fā)生突水、突沙，最大涌水量達(dá)2萬(wàn)m3/d;2007-12-23于平導(dǎo)PDK29+310 m處發(fā)生突水，拱腰左側(cè)及平導(dǎo)掌子面涌出水量約60 L/s。目前正洞DK29+174-平導(dǎo)PDK29+310 m穩(wěn)定涌出水量2.2萬(wàn)m3/d，正洞與平導(dǎo)積水較嚴(yán)重，積水深度超過(guò)1 m。

隧道出口段平導(dǎo)PDK35+770 m處于2007-06-26發(fā)生大規(guī)模突水、突石(圖2)。最大涌水量超過(guò)12萬(wàn)m3/d，突石超過(guò)1 000 m3，石塊最大達(dá)2 m;而后正洞、迂回導(dǎo)坑在相同位置出水，涌水量長(zhǎng)期維持在3萬(wàn)m3左右，連續(xù)4個(gè)月不衰減，總排水量已超過(guò)400萬(wàn)m3。

表1 隧道通過(guò)段出露的含水巖組特征和富水性

圖2 通海隧道出口段平導(dǎo)PDK35+770 m出水點(diǎn)涌水量歷時(shí)曲線

分析PDK35+770 m出水點(diǎn)涌水量歷時(shí)曲線，可分為4個(gè)階段:

Ⅰ階段:2007-06-26揭露出水點(diǎn)后，涌出水量逐漸增大，于6月27日達(dá)到峰值121 947 m3/d，表明排水量以靜儲(chǔ)量為主，隨著時(shí)間的延續(xù)涌水通道被逐漸貫通;反映隧址區(qū)巖體裂隙具備較大儲(chǔ)水空間和儲(chǔ)水能力。

Ⅱ階段:6月27日后，經(jīng)過(guò)近2 d的大量涌水，出水點(diǎn)水量出現(xiàn)迅速衰減，反映存儲(chǔ)于裂隙中的巖溶水被疏干。

Ⅲ階段:6月28日涌水量由峰值快速降到44 202 m3/d，至7月5日，監(jiān)測(cè)曲線反映水量總體呈緩慢下降趨勢(shì)，略有波動(dòng)。這時(shí)隧道排泄的水量應(yīng)來(lái)源于相鄰含水層的水量補(bǔ)給。

Ⅳ階段:7月6日至7月15日，涌出水量趨于平穩(wěn)，維持在37 000 m3/d左右。反映隧道排水量與補(bǔ)給量達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，涌水點(diǎn)受到了穩(wěn)定的補(bǔ)給源補(bǔ)給。

隧道出口段平導(dǎo)PDK35+735 m于2007-11-23發(fā)生較大突水，沿出口二號(hào)迂回導(dǎo)坑掌子面右下部寬大裂隙涌出，涌水量約200 L/s。裂隙寬度0.4～1.1 m不等，頂拱上方最大寬度近2 m，深部不可測(cè)。裂隙壁面較為光滑。

出口段兩件突水事件表明，出口段單斜巖層地段白云巖節(jié)理發(fā)育，形成巖溶導(dǎo)水通道，屬構(gòu)造-巖溶裂隙水復(fù)合。

4 隧道涌水的來(lái)源

現(xiàn)場(chǎng)采取水樣21組，其中隧道出水點(diǎn)5組、下降泉6組、上升泉 1組、地下暗河樣1組、庫(kù)南河水 6組(分段)、地表水庫(kù)樣1組、杞麓湖湖水樣1組，選取重點(diǎn)水樣進(jìn)行同位素測(cè)試δ18O和δ D各13組、水化學(xué)常規(guī)測(cè)試15組。同位素測(cè)試結(jié)果(圖3)顯示:大部分的水樣位于降水線附近，反映地下水來(lái)源于隧址區(qū)接受的大氣降水。同時(shí)，氫氧穩(wěn)定同位素δ18O-δ D(SMOW)關(guān)系反映出:(1)杞麓湖湖水與隧址區(qū)地下水(包括隧道內(nèi)出水點(diǎn)、下降泉、上升泉、地下暗河等)及庫(kù)南河的δ18O-δ D差異明顯，非常孤立，反映湖水與隧址區(qū)地下水在來(lái)源上存在差異，隧道涌水與湖水聯(lián)系較弱;(2)隧道出水點(diǎn)在進(jìn)、出口差異較為明顯，隧道出口的兩個(gè)水樣位于降水線以上，反映出口段平導(dǎo)和迂回導(dǎo)坑發(fā)育的寬大剪張裂隙涌出水直接來(lái)源于大氣降水;隧道進(jìn)口的兩個(gè)水樣位于降水線以下，偏差值較小，反映其雖然仍來(lái)源于大氣降水，但經(jīng)歷了一定的水巖相互作用，δ18O明顯偏富集;(3)同樣，位于降水線以下的兩個(gè)下降泉水，δ18O明顯偏富集，反映其徑流途徑較長(zhǎng)或也經(jīng)歷了一定的水巖相互作用。(4)位于上科莊北1 500 m(隧道軸線DK31+550左15 m左右)的鉆孔涌出的上升泉，明確為大氣降水補(bǔ)給。

圖3 通海隧道地下水穩(wěn)定同位素δ18O-δ D(SMOW)關(guān)系

5 隧道涌水與杞麓湖的水力聯(lián)系

結(jié)合上述區(qū)域地下水的補(bǔ)給徑流排泄特點(diǎn)、地下水徑流系統(tǒng)劃分與隧道涌水來(lái)源分析等，認(rèn)為隧道出口段涌水與杞麓湖無(wú)明確的水力聯(lián)系，理由如下:

(1)據(jù)《1∶20萬(wàn)玉溪幅水文地質(zhì)報(bào)告》，杞麓湖蓄水量2.3億m3，水深3～6 m，最深10 m 左右;湖積物厚度為20～90 m，巖性以灰黑色砂質(zhì)黏土、淤泥為主，厚度從盆地邊緣向中心由薄變厚，湖積層透水性微弱。通海盆地總體為一匯流盆地，通過(guò)溝谷及巖溶大泉，匯集四周山地降水及地下水，地表無(wú)泄水通道，唯一的排泄方式地下暗河系統(tǒng)，即盆地東北角的岳家營(yíng)地下暗河系統(tǒng)，向北東方向華寧盆地排泄。

(2)盡管湖底碳酸鹽巖存在與隧址區(qū)白云巖、灰?guī)r連通的可能性，湖積層透水性很弱，水流通道不暢，且湖泊東南側(cè)侏羅系砂頁(yè)巖的阻隔，導(dǎo)致水流不暢(圖4)。而且即便杞麓湖(1 794 m)與隧道出口段(1 610～1 780 m)存在水力聯(lián)系，但其最大徑流長(zhǎng)度達(dá)20 km的水力坡度已非常小。由達(dá)西定律分析，滲流量與介質(zhì)滲透能力、水力坡度成正比，兩個(gè)小數(shù)值的乘積當(dāng)然更小。由此表明杞麓湖與隧道出口即使連通，基于滲透性和水力坡降的原因，但可能發(fā)生的聯(lián)系也是十分微弱的。

(3)天然條件下，杞麓湖湖水通過(guò)其東側(cè)(岳家營(yíng))的地下暗河管道排向東側(cè)的華寧盆地，反映通海盆地與華寧盆地具有密切的水力聯(lián)系和一定的水力坡度。因此在杞麓湖東側(cè)再發(fā)育一條向南的地下水通道，幾率極小。

圖4 通海盆地橫剖面圖(據(jù)20萬(wàn)玉溪幅水文地質(zhì)圖)

(4)在汛期地下暗河管道無(wú)法滿足泄洪需求的情形下，當(dāng)?shù)卣ㄔO(shè)一條溝杞麓湖和曲江支流庫(kù)南河的泄洪隧道，也反映天然條件下向南側(cè)的地下水徑流不暢。

(5)同位素測(cè)試結(jié)果反映湖水與隧址區(qū)地下水在來(lái)源上存在差異，隧道涌水與湖水聯(lián)系較弱。

種種跡象表明:杞麓湖湖積層較厚，且透水性很弱;東南側(cè)受到侏羅系砂頁(yè)巖的阻隔，接受南側(cè)地下水補(bǔ)給，而向南流動(dòng)的水動(dòng)力條件微弱，其湖水排泄僅能通過(guò)暗河管道和人工隧道進(jìn)行等，可以認(rèn)為隧道涌水與杞麓湖水無(wú)關(guān)。

6 隧道涌水對(duì)通過(guò)區(qū)環(huán)境的影響

通過(guò)對(duì)隧址區(qū)地表水的動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料、本次調(diào)查數(shù)據(jù)以及隧道涌水量的綜合分析，結(jié)果表明:目前隧道施工產(chǎn)生的大量涌水并未對(duì)隧址區(qū)周邊水環(huán)境造成明顯的影響。

理由有:(1)在隧道沿線布置了18個(gè)水環(huán)境動(dòng)態(tài)觀測(cè)點(diǎn)，其中泉水觀測(cè)點(diǎn)12個(gè)，地表水觀測(cè)點(diǎn)6個(gè)。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，僅一個(gè)泉點(diǎn)流量有所下降，其余各點(diǎn)流量一直保持穩(wěn)定。(2)將隧道通過(guò)區(qū)部分泉點(diǎn)的實(shí)測(cè)流量與往年流量對(duì)比分析(表4)。除S09等個(gè)別點(diǎn)流量有所下降外，其余各點(diǎn)流量均高于往年值，反映隧道疏干對(duì)周邊地下水、地表水影響較小。(3)同時(shí)，隧道出口平導(dǎo)PDK35+770 m在2007-06-26至07-15涌水量量測(cè)數(shù)據(jù)表明:水量6月26日至6月27日逐漸增大(6月27日達(dá)峰值121 947 m3/d)，6月27日至6月28日迅速衰減(6月28日為44 202 m3/d)。從6月28日至7至15日涌水量趨于穩(wěn)定，維持在37 000 m3/d左右。

表2 本次實(shí)測(cè)流量與歷史流量對(duì)比

至2008年底，隧道施工總排水量已超過(guò)500萬(wàn)m3，如此大的排水量，若與地表水有聯(lián)系，必然會(huì)在地表水系中有所反映。但通過(guò)對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)資料的綜合分析，已確定當(dāng)前的隧道涌水并未對(duì)地表水量造成影響。因此，當(dāng)前地表水環(huán)境沒(méi)有因隧道涌水而發(fā)生顯著變化。

至于后期的施工是否會(huì)對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生影響，則有待進(jìn)一步論證。

7 結(jié)論

(1)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料與隧道涌突水情況分析，考慮水樣同位素測(cè)試結(jié)果，通海隧道涌突水主要為隧道西側(cè)山區(qū)的大氣降水。

(2)杞麓湖湖積層較厚，且透水性很弱;湖水同位素特征與隧址區(qū)地下水差異顯著;東南側(cè)受到侏羅系砂頁(yè)巖的阻隔，接受南側(cè)地下水補(bǔ)給，而向南流動(dòng)的水動(dòng)力條件微弱，其湖水排泄僅能通過(guò)暗河管道和人工隧道進(jìn)行等，可以認(rèn)為隧道涌水與杞麓湖水無(wú)關(guān)。

(3)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)資料的綜合分析，已確定當(dāng)前的隧道涌水并未對(duì)地表水量造成影響。因此，當(dāng)前地表水環(huán)境沒(méi)有因隧道涌水而發(fā)生顯著變化。

至于后期的施工是否會(huì)對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生影響，則有待進(jìn)一步論證。

[1] 許模，張強(qiáng).通海隧道巖溶涌水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[D].成都:成都理工大學(xué)，2007.

[2] 黃潤(rùn)秋，許模，徐則民，等.圓梁山特長(zhǎng)隧道施工地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題預(yù)測(cè)[J].成都理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，28(2):363-367.

[3] 孫維兵，許模，張強(qiáng)，等.四川某隧道巖溶水文地質(zhì)條件及涌水量初步研究[J].水土保持研究，2008，15(2):232-234.

[4] 黃鴻健，張民慶.宜萬(wàn)鐵路隧道工程巖溶及巖溶水分析與應(yīng)對(duì)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009，41(2):22-34.

[5] 張強(qiáng)，許模，蔣良文.毛壩向斜水動(dòng)力環(huán)境的水化學(xué):同位素信息分析[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2001，12(2):52-61.