李玉波

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710043）

0 引言

秦嶺地區(qū)各地質(zhì)時(shí)期巖漿活動(dòng)廣泛，巖漿類型多樣。侵入巖中大部分屬于花崗巖類，部分為超基性，基性及堿性巖類，其噴發(fā)期自太古代直至第四紀(jì)。

近幾年國(guó)家不斷加大對(duì)基礎(chǔ)工程建設(shè)領(lǐng)域投資力度，花崗巖類地區(qū)的隧洞工程數(shù)量也在逐年增多，如何較為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地下水富水狀態(tài)，以減少因地下水對(duì)施工的影響，是工程勘察的難點(diǎn)和重點(diǎn)。引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞（以下簡(jiǎn)稱秦嶺隧洞）4號(hào)支洞，6、7號(hào)主洞及TBM施工段嶺南工程花崗巖段落施工過(guò)程中，幾次大涌水均不同程度的影響了施工進(jìn)度，造成工期延誤及工程投入增加的問(wèn)題。本文試圖通過(guò)對(duì)秦嶺隧洞4號(hào)支洞，6、7號(hào)主洞及TBM施工段嶺南工程的花崗巖段落地下水類型及涌水機(jī)制的分析。

1 工程概況

引漢濟(jì)渭工程為規(guī)劃的陜西省內(nèi)南水北調(diào)跨流域調(diào)水工程之一，本工程地跨長(zhǎng)江、黃河兩大流域，穿越秦嶺屏障，主要由黃金峽水利樞紐、秦嶺隧洞（黃三段和越嶺段）和三河口水利樞紐等三大部分組成。秦嶺隧洞（越嶺段）全長(zhǎng)81.779 km，位于秦嶺西部山區(qū)，區(qū)內(nèi)山峰高聳，溝壑縱橫，橫穿秦嶺山脈，最大海拔為2705m，進(jìn)出口與主峰相對(duì)高差1900～2100 m，埋深在500 m以上的洞段長(zhǎng)達(dá)35 km，最大埋深約2000 m，是我國(guó)首個(gè)從底部橫穿秦嶺山脈的工程。

花崗巖主要分布于秦嶺隧洞嶺北出口段黑河水庫(kù)庫(kù)區(qū)右岸黨家陽(yáng)坡，呈小巖株侵入，為燕山期侵入巖；嶺南埡子溝至金磚溝、嶺脊至蘿卜峪溝之間，以及蒲河左岸，為印支期侵入巖；嶺南金磚溝至構(gòu)園溝一帶、嶺北虎豹河內(nèi)松樺坪至嶺脊一帶，為華力西期侵入巖；嶺北王家河內(nèi)黃草坡以北及黑河兩岸，為加里東期侵入巖。

秦嶺隧洞4號(hào)支洞，TBM施工段嶺南工程，位于安康市寧陜縣四畝地鎮(zhèn)，4號(hào)支洞斜長(zhǎng)5820.21 m，洞身均位于花崗巖中，TBM施工段嶺南工程施工段為K28+490～K46+360，其中花崗巖段落為K28+590～K42+330，均為印之期花崗巖。

秦嶺隧洞6、7號(hào)主洞，位于西安市周至縣陳河鄉(xiāng)，6號(hào)主洞施工段落為K62+902.517～K67+163.517，7號(hào)主洞施工段落為K67+163.517～K75+286，其中花崗巖段落為K64+810～K69+500，為加里東期花崗巖。

1.1 地形地貌

4號(hào)支洞位于秦嶺嶺南高中山區(qū)，山高坡陡，地形起伏，最大高差約760 m，支洞洞身埋深約250～1430m。BM施工段嶺南工程位于秦嶺嶺脊高中山區(qū)及嶺南中低山區(qū)，地形起伏。高程范圍1050～2200m，洞室最大埋深約1700m。

秦嶺隧洞6、7號(hào)主洞工區(qū)均位于秦嶺嶺北中低山區(qū)，多為V字型峽谷，山高坡陡，地形起伏較大。高程范圍750～1750m，洞室最大埋深約1230m。

1.2 地層巖性

印支期花崗巖（γ5）:灰白色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英和少量黑云母及角閃石。

加里東期花崗巖（γ3）：淺灰白色，肉紅色，中－細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為石英、黑云母、角閃石。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

隧洞區(qū)在大地構(gòu)造單元上屬于秦嶺褶皺系。秦嶺褶皺系是一個(gè)古生代以來(lái)在中國(guó)古地臺(tái)，主要由北秦嶺地槽和南秦嶺地槽組成，沉積巨厚，巖漿活動(dòng)頻繁，變質(zhì)作用復(fù)雜，褶皺、斷裂發(fā)育1?；◢弾r段落無(wú)大的斷裂構(gòu)造通過(guò)。隧洞區(qū)受主構(gòu)造系影響，洞室發(fā)育長(zhǎng)大節(jié)理裂隙，多為寬張型裂隙，裂隙面填充物較少，多為鈣質(zhì)充填，呈大傾角近SN向展布。

1.4 水文地質(zhì)特征

1.4.1 設(shè)計(jì)水文地質(zhì)資料

綜合大氣降水入滲法、地下徑流模數(shù)法及地下水動(dòng)力學(xué)裘布依法三種方法計(jì)算的結(jié)果，提出各工區(qū)涌水量預(yù)測(cè)。

嶺南4號(hào)支洞及TBM工區(qū)均位于貧水區(qū)（Ⅳ）；受構(gòu)造影響輕微，巖體完整性好，淺層風(fēng)化裂隙較發(fā)育，在斷層接觸帶、侵入接觸帶中發(fā)育一些節(jié)理、裂隙，致使地下水儲(chǔ)水空間很少，地下水相對(duì)貧乏，地下水天然露頭（泉）出露很少，受大氣降水影響較大，滲透系數(shù)0.007245 m/d，整體屬基巖非含水層（體）或隔水層（體）。地下水均呈短距離運(yùn)移，主要接受大氣降水及冰雪融水補(bǔ)給，徑流排泄條件良好，動(dòng)態(tài)變化大，地下徑流模數(shù)M=86 m3/d·km2。預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的最大涌水量7240 m3/d。

嶺北6、7號(hào)支洞主洞工區(qū)位于弱富水區(qū)（Ⅲ），花崗巖淺層風(fēng)化節(jié)理、裂隙不發(fā)育，構(gòu)造節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理、裂隙的充填性較好，地下水主要儲(chǔ)存于風(fēng)化及構(gòu)造節(jié)理、裂隙中，節(jié)理裂隙的充填性較好，地下徑流模數(shù)M=368m3/d·km2。預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的最大涌水量11692m3/d。

1.4.2 實(shí)際水文地質(zhì)特征

實(shí)際開挖工程中，隧洞多次出現(xiàn)突涌水或集中涌水，衰減速度不一，其中幾次較大涌水對(duì)施工的影響較大，造成短暫停工。地下水類型主要有節(jié)理裂隙水、構(gòu)造裂隙水兩種，主要以線狀、面狀、股狀等形式出露。主要出水點(diǎn)段集中在結(jié)構(gòu)面發(fā)育地帶附近，各工區(qū)涌水段落統(tǒng)計(jì)詳見表1、表2、表3。

表1 秦嶺隧洞4號(hào)支洞主要出水點(diǎn)段落統(tǒng)計(jì)表

表2秦嶺隧洞3號(hào)支洞TBM正洞主要出水點(diǎn)段落統(tǒng)計(jì)表

表3 秦嶺隧洞6、7號(hào)主洞工區(qū)花崗巖段落主要出水點(diǎn)段落統(tǒng)計(jì)表

2 花崗巖段落地下水特征分析

2.1 地下水的賦存條件與分布特征

地下水的分布規(guī)律和賦存條件主要受氣候、構(gòu)造、巖性及其地貌控制。隧洞區(qū)山體巖層歷經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺、斷裂、節(jié)理裂隙均較發(fā)育，其接觸帶、片理、原生層理裂隙等構(gòu)成了地下水儲(chǔ)存的基本條件，決定了其地下水多以裂隙水存在為主?；鶐r裂隙水受其所處地貌位置、構(gòu)造部位和巖性特征的控制，并因補(bǔ)給條件的不同，地下水的分布亦有明顯的差異性[3]。

花崗巖巖石中的地下水主要賦存于巖體的裂隙中，花崗巖中發(fā)育的裂隙主要有構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙兩種。構(gòu)造裂隙主要包括斷層構(gòu)造裂隙、節(jié)理構(gòu)造裂隙及侵入接觸構(gòu)造裂隙?；◢弾r洞段，斷層構(gòu)造不發(fā)育且?guī)r性單一，主要為節(jié)理構(gòu)造裂隙。風(fēng)化裂隙多在地表附近發(fā)育，隨埋深增加而快速減弱，較大涌水段落埋深多大于300 m，且洞內(nèi)巖石色澤新鮮，因此洞內(nèi)所揭露地下水多為節(jié)理構(gòu)造裂隙水。

2.2 隧洞區(qū)區(qū)域地下水補(bǔ)、徑、排特征

秦嶺隧洞通過(guò)區(qū)地下水以潛水為主，局部具有弱承壓性。但由于其含水介質(zhì)的各向異性，使地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件十分復(fù)雜。地下水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不但受地下通道控制還受到多種水文地球化學(xué)作用的影響，如溶濾作用、離子交換吸附作用、氧化還原作用、混合作用等，這些作用在隧洞區(qū)這一復(fù)雜地質(zhì)體中均有所表現(xiàn)。

秦嶺隧洞通過(guò)區(qū)地下水分為嶺南、嶺北兩大水流系統(tǒng)，并根據(jù)斷裂構(gòu)造及地形地貌條件分為若干子水流系統(tǒng)，兩大水流系統(tǒng)之間及其內(nèi)部各子水流系統(tǒng)之間水力聯(lián)系微弱，基本無(wú)統(tǒng)一的地下水面。因此，地下水補(bǔ)給、徑流、排泄主要受地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造的控制。

嶺南屬漢江水系，發(fā)育的較大河流有蒲河及其一級(jí)支流椒溪河、木河、石板溝，流量較大，其它一級(jí)支溝還有蘿卜峪溝、九關(guān)溝、里長(zhǎng)溝、古里溝、石橋溝等，溝中地表水流量較大；嶺北屬渭河水系，發(fā)育的較大河流有黑河及其一級(jí)支流王家河和虎豹河，常年有水。同時(shí)，這幾條河流也為測(cè)區(qū)最低的地下水排泄基準(zhǔn)面，使得地下水以近南北向徑流排泄。此外，各主要有水支流也形成各自的小流域系統(tǒng)。受構(gòu)造斷裂及局部地形地貌的影響，各子水流系統(tǒng)（即支流水系）地下水徑流方向與區(qū)域徑流方向有所不同。

在地貌上嶺脊屬高中山地形，嶺南、嶺北屬中低山區(qū)。由于山區(qū)大氣降水充沛，植被茂密，為地下水的形成提供了良好的補(bǔ)給條件?；鶐r山區(qū)的大氣降水及冰雪消融水通常以風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙作為主要通道，滲透于基巖層間，形成基巖裂隙水，經(jīng)短暫的徑流匯集以泉的形式排泄于溝谷中，匯成地表徑流，補(bǔ)給溝谷地下水。地下水受季節(jié)性控制明顯，雨季循環(huán)交替積極，泉水出露較多，水量較大，枯水期，泉水水量小，甚至干枯。

地下水的排泄方式，除以河流、溝谷作線狀排泄外，還以泉點(diǎn)作點(diǎn)狀排泄。秦嶺隧洞通過(guò)區(qū)出露有許多泉點(diǎn)，多數(shù)分布于斷層附近，并多以串珠狀產(chǎn)出，也說(shuō)明這些斷層屬阻水?dāng)鄬覽4]。

2.3 花崗巖段落的地下水補(bǔ)給

花崗巖本身一般不含地下水，其補(bǔ)給與氣候、地形、構(gòu)造等有密切關(guān)系。秦嶺隧洞的地下水來(lái)源主要依靠大氣降水。秦嶺嶺脊以南地區(qū)，為暖溫帶山地氣候區(qū)，降水充沛，7~10月份為集中降雨期。秦嶺嶺脊以北地區(qū)，為南方濕潤(rùn)型與北方大陸型的過(guò)渡型氣候，8~9月份為多雨期。

該區(qū)屬暖溫帶半干旱半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬夏溫差大，具有春暖干燥，夏季燥熱，秋季濕潤(rùn)，冬寒少雪的氣候特點(diǎn)。降水主要集中在7～10月，7～10月的降水量占全年降水量的59.5%，地表徑流條件差，降水主要通過(guò)滲入的方式匯入風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，同時(shí)風(fēng)化裂隙中的水又對(duì)構(gòu)造裂隙進(jìn)行補(bǔ)充，使得地下水主要存儲(chǔ)在構(gòu)造裂隙中。涌水段洞室附近均有常年流水的河流存在，且洞室均位于河床以下百米以上，長(zhǎng)大裂隙發(fā)育，延伸幾十米的裂隙發(fā)育數(shù)條，雖然排除河水直接聯(lián)通補(bǔ)給的可能性（氚分析），但常年累月的下滲河水應(yīng)是地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。

3 結(jié)論

根據(jù)花崗巖段落所布置的深鉆孔SZK-1（孔深420.26m）及CZK-4（孔深500.5m）的抽水和壓水試驗(yàn)成果，計(jì)算滲透系數(shù)分別為0.007245m/d和0.00136m/d，據(jù)此計(jì)算出的隧洞涌水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際涌水量。

秦嶺隧洞與在建西安成都高鐵老安山隧道大角度相交，洞室位于西成高鐵之下550多m，根據(jù)老安山隧道深孔抽水、壓水試驗(yàn)計(jì)算出滲透系數(shù)分別為0.0092 m/d、0.0042 m/d、0.0033m/d，由此計(jì)算出的涌水量與實(shí)際開挖揭露涌水量相差不大，施工過(guò)程未出現(xiàn)大的涌水。

秦嶺隧洞洞室高程比既有西康鐵路秦嶺隧道要高350多米，秦嶺隧道在修建過(guò)程中，花崗巖段落未發(fā)生大的突水涌水。

秦嶺隧洞第一次從底部橫穿秦嶺山脈，其涌水機(jī)理與秦嶺地區(qū)其他隧道不盡相同，有其獨(dú)特的方式，秦嶺隧洞位于隧洞區(qū)常年流水河河床以下百米以上，而秦嶺地區(qū)其他隧道均位于河床以上幾百米。在以后的勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)算富水分區(qū)及涌水量時(shí)應(yīng)考慮洞室高程與隧洞區(qū)河流高程的關(guān)系，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面狀態(tài)也應(yīng)是考慮因素。

[1]張國(guó)偉,張本仁,袁學(xué)誠(chéng)，等.秦嶺造山帶與大陸動(dòng)力學(xué)M.北京：科學(xué)出版社,2001：117～605.

[2]鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1999.

[3]劉明富,劉清泉,等.花崗巖地區(qū)地下水水文地質(zhì)特征分析[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào),2012,(4):454～457.

[4]李立民,張慶珠.秦嶺隧洞工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.2011.