岩溶地区隧道施工斜井开挖对某水库渗漏影响分析.pdf

四 川 水 利岩溶地区隧道施工斜井开挖对某水库渗漏影响分析何 兴骆 波严克渊潘长贵(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司贵阳)【摘 要】贵州地区岩溶发育为典型的喀斯特地貌一拟建高速公路在建设过程中其施工斜井发生大量涌水现象致使距离斜井水平距离约 处一水库发生渗漏直至干涸 为分析该水库干涸的原因评估隧道斜井开挖对水库渗漏影响进行了相应调查分析 从水文地质条件、水库库水位下降监测情况、水库干涸过程情况、水库库盆底部塌陷坑位置分布情况、斜井 揭露地质条件及涌水情况综合分析为水库后续的修复处理工作提供了必要的水文地质依据【关键词】岩溶地区 水库渗漏 隧道 中图分类号:文献标志码:文章编号:()贵州岩溶地貌发育非常典型 喀斯特(出露)面 积 占 全 省 国 土 总 面 积 的 境内岩溶分布范围广泛形态类型齐全地域分异明显 构成一种特殊的岩溶生态系统 工程区为典型的岩溶、侵蚀地貌为分析隧道施工斜井开挖对水库渗漏影响探究水库与斜井之间的水力联系 做了相关的分析与调查 工程概况贵州某水库工程为原已建成水库位于赤水河水系与乌江水系分水岭南侧水库汇水范围及库区位于乌江水系范围内以灌溉为主设计灌溉面积 工程规模为小()型工程等别为等水库总库容 万 正常蓄水位以下库容 万 水库正常蓄水位 校核洪水位 死水位 水库底标高约 隧道及斜井与该水库平面位置关系见图 拟建高速公路隧道及斜井位于该水库东侧、东北侧水库大坝与隧道左幅距离最近约 库尾与高速公路隧道之间的最短距离约 水库大坝距离隧道斜井最短水平距离为 斜井与隧道交叉口位置底板高程 交叉口高程()比水库的正常蓄水位()低 图 隧道及斜井与水库之间的空间位置关系示意 高速公路隧道施工斜井在施工至 时发生突发大的涌水现象 与此同时相邻水库水位逐渐下降直至完全干涸 为分析该水库干涸的原因评估隧道斜井开挖对水库渗漏影响进行何 兴骆 波严克渊潘长贵:岩溶地区隧道施工斜井开挖对某水库渗漏影响分析 了相应调查分析为水库后续的修复处理工作提供必要的水文地质依据 工程地质条件 地地形形地地貌貌工程区地处黔北高原属乌蒙山与娄山山脉的交汇处区内山脉走向多呈北东向与区域性构造线一致 山峦起伏沟谷纵横地形破碎地势总体特征表现为中部高两端低 最高点位于啄子崖垭口高程 最低点位于北部五马河谷底部高程 最大相对高差 隧道进口端为斜坡地形自然坡度 洞身段穿越山脊最高点海拔 出口端为斜坡地形自然坡度 隧道穿越的山体连绵起伏轴线通过段地面高程在 之间相对高差 水库周边汇水范围内最高点海拔 坝址岸坡山顶高程 根据地貌形成的内外营力和地表形态可将区内地貌分为溶蚀地貌、侵蚀地貌两种类型 溶溶蚀蚀地地貌貌为境内较常见地貌类型分布面积 占调查总面积的 主要分布于区内的碳酸盐岩发育区整体呈北东向展布 其岩溶组合形态有峰丛谷地、峰丛洼地、溶丘谷地 个体岩溶形态有溶沟、岩溶谷地、岩溶丘陵、落水洞、漏斗、伏流等 侵侵蚀蚀地地貌貌主要 为 隧 道 隧 址 沿 线 出 露 分 布 面 积 占调查总面积的 主要发育于碎屑岩分布区境内分布在沟头、崖脚一带呈北东向展布 为带状分布的侵蚀、溶蚀低中山地貌山体形态有塔状山、单面山、断块山等地形切割较深树枝状水系发育 地地层层岩岩性性根据隧道施工斜井开挖出露地层岩性主要有:第四系残坡积层()可塑状粘土、含碎石粉质粘土、块石土 寒武系中、上统娄山关群()中厚层状白云岩层间偶夹泥质白云岩、泥岩寒武系中统高台组()薄中厚层砂质白云岩层间夹泥质白云岩、泥岩斜井基本位于地下水位线以下 隧道施工斜井工程地质剖面如图 所示库区主要出露为寒武系中统高台组()薄中厚层砂质白云岩层间夹泥质白云岩、泥岩图 隧道施工斜井工程地质剖面 地地质质构构造造工程区位于扬子准台地黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区 隧道位于岩孔背斜北翼回龙断裂位于隧道前 隧道区及库区岩层单斜地质构造简单岩层产状 水水文文地地质质条条件件 地地下下水水类类型型及及动动态态特特征征隧道隧址区及水库区主要出露寒武系下统至二迭统下统地层据地层岩性、构造及地下水富水特征地下水类型主要以碳酸盐岩岩溶水为主其次为基岩裂隙水碳酸盐岩与碎屑岩互层(或夹层)溶洞裂隙水再次之局部存在松散堆积层孔隙水()第四系松散层孔隙水主要赋存于山间洼地及斜坡下部沟谷边缘的第四系冲洪积、残坡积层中表现较分散具季节性干旱时不含水富水性差水量贫乏()基岩裂隙水碎屑岩弱含水岩组主要分布在、四 川 水 利 泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩、泥岩与局部夹砂岩、灰岩及煤层地带为风化裂隙和构造裂隙水顶托作用明显多具上层滞水特征 由于沟谷发育切割较深泉水出露点较多泉水流量/个别裂隙密集带可达 /地下径流模数 /富水性弱中等 地下水沿岩层接触面出现山高水高常为附近村民重要的饮用水源()碳酸盐岩岩溶水碳酸盐岩岩溶水依据含水介质组合及水动力特征又可进一步分为碳酸盐岩溶洞水、碳酸盐岩孔隙水两个亚类碳酸盐岩溶洞水强岩溶含水岩组在场区主要赋存于、灰岩、白云质灰岩地层中岩溶中等 强发育节理裂隙发育浅层岩石风化程度较高 含水介质以溶蚀裂隙、溶洞为主局部有岩溶管道存在含水性不均一介质组合多样变化较大泉水流量/最 大 达/地 下 水 枯 季 径 流 模 数/富水性中等 强 地下水水位埋藏一般较深地下水水力坡度较大碳酸盐岩孔隙水中等岩溶含水岩组在场区主要赋存于、和 白云岩、泥质白云岩地层中白云岩、泥质白云岩节理裂隙发育岩体破碎完整性较差 含水介质以网状溶蚀裂隙、溶孔、小溶洞为主含水层富水性均匀水量较为丰富 地 下 水 枯 季 径 流 模 数/地下水大都组成统一的连续水体 地地下下水水补补给给、径径流流、排排泄泄特特征征隧道区位于岩孔背斜北翼部突起山地补、径、排较为多变总体上长会土、尖山成、瓦房坡及锅坑山一带为补给区北面隧道出口端五马河和南侧隧道进口端干河坝河及偏岩河为排泄区地表水和地下水分别进入赤水河、乌江后均排往长江大气降水是区内地下水的主要补给来源局部地段存在水库、水塘的相互补给补给方式通过地表裂隙、溶隙、溶槽、落水洞下渗、注入由于构造作用强烈普遍发育的网状裂隙、溶隙及部分断裂有利于补给 地下水接受补给后少量产生上层滞水大部分以潜水形式赋存于碳酸盐岩、碎屑岩地层中 地下水岩性组合交错分布具间互性地下水从分水岭两侧各自向下运移地下水分水岭与地表水分水岭基本一致 一般说来分水岭北侧绕折的向斜轴部切出了贯通五马河地下水多沿层面裂隙向沟谷、河谷径流主流带清楚形成有较强渗透水分水岭南侧岩孔背斜轴和翼部地形倒转掀斜并有大量支沟横向相切较好地揭穿叠置含水层为重要排泄基面地下水主要通过纵张裂隙顺层渗流排往沟谷其次部分靠近河谷地下水以二次横张裂隙为导水脉络直接向干河坝河及偏岩河排泄 水库渗漏现象调查当隧道斜井施 工 至 时(高 程)斜井左侧底部出现股状涌水该处集中涌水量约/水头约 水质逐渐变浑呈黄色但现场沉淀物少水中混杂极细颗粒的悬浮物 次日发现水库库水位出现下降现场人员立刻组织技术人员对水库水位进行监测根据水库水位监测记录表 年 月 日 年 月 日水库库水位累计下降 水库水位变化曲线如图 所示水库最终完全干涸图 水库水位变化曲线图 库盆泥裂现象何 兴骆 波严克渊潘长贵:岩溶地区隧道施工斜井开挖对某水库渗漏影响分析 根据现场查看、走访当地村民水库库盆底部为 黄色淤泥质粘土库底可见贝壳类残骸 水库干涸后该层淤泥质土出现明显泥裂现象裂缝张开 裂缝可见深度 泥裂现象如图 所示 在库盆内亦可见较明显塌陷坑据调查水库出现塌陷坑部位共有 个(见图)据询问村民水库水位下降期间塌陷坑部位可见漩涡现象据此判断塌陷坑部位基本与库区泉点(渗漏点)部位一致 此外根据调查斜井疏排水降落漏斗内的泉点、山塘也基本干枯图 水库库盆塌陷坑 渗漏影响分析水库底标高约 斜井 标高为 埋深约 相对高差 比降 根据地表地质测绘整个水库库盆正常蓄水位淹没范围内出露均为高台组()薄中厚层砂质白云岩层间夹泥质白云岩、泥岩为弱中等透水层根据现场调查水库库盆底部沉积有 黄色淤泥质粘土水库干涸后可见明显龟裂现象结合水库区地层岩性分析水库建成后整个水库以该层黄色淤泥质粘土作为防渗铺盖以下伏薄中厚层砂质白云岩夹的泥岩作为相对隔水层库区岩层产状岩层走向与隧道轴线夹角 与斜井涌水段夹角 均为大角度交汇 库坝址区岩体节理裂隙发育受岩体风化及卸荷等影响库坝址区主要发育两组构造裂隙:/延伸长度多闭合发育密度 条/延伸长度 多泥质充填发育密度 条/两组裂隙呈大角度交叉共轭发育在斜井与隧道交叉口下游山塘岸坡亦发育有两组裂隙:/延伸长度 多闭合发育密度 条/延伸长度 发育密度 条/强风化带张开 其中第、组裂隙走向基本一致第、组裂隙由水库向隧道及斜井方向延伸对水库渗漏起控制作用根据地表地质测绘水库区未发现大的断裂构造发育项目区距离较近的 断层位于水库西南侧距离水库水平距离 为张扭性平移断层断层走向 断层两盘地层岩性为寒武系中统高台组()薄中厚层砂质白云岩层间夹泥质白云岩、泥岩对水库蓄水影响小 水库区岩溶发育受地层岩性控制较为明显在高台组()薄中厚层砂质白云岩层间夹泥质白云岩、泥岩中受泥岩的相对阻水影响在岩性接触面附近砂质白云岩常常出现溶蚀孔洞水库位于隧道 左 距离斜井 掌子面距离 水库底标高约斜井 标高为 埋深约 四 川 水 利相对高差 比降 根据斜井开挖揭露斜井 掌子面处于高台组()薄中厚层砂质白云岩层间夹泥质白云岩、泥岩与清虚洞组()灰岩的接触带接近在接触带附近两侧岩性差异较大同时受上述四组裂隙的影响易于形成渗漏通道根据对干涸水库库盆调查及询问当地村民水库蓄水前库盆底部不同部位存在 个泉点泉点基本为上升泉水库库水来源也与泉点有很大关系泉水补给库水斜井 发生涌水后水库水位下降期间泉点部位可见漩涡现象漩涡部位与泉点基本一致随着时间推移漩涡愈加明显出现库水位补给地下水情况水库干涸后水库库盆底部出现数个明显塌陷坑塌陷坑部位基本与库区泉点(渗漏点)部位一致 此外受斜井疏排水的影响降落漏斗内的泉点、山塘也基本干枯如斜井与隧道交叉口附近的 及其下游山塘已完全干枯结合上述水库工程及水文地质条件、水库库水位下降监测情况、水库干涸过程情况、水库库盆底部塌陷坑位置分布情况、斜井 揭露地质条件及涌水情况综合分析水库高程高于隧道水库没有暗河系统与斜井渗水量较大的洞段直接连通其主要是通过溶蚀裂隙和孔洞产生直接水力联系正常蓄水期间库内泉水补给库水斜井施工形成水力临空面水库库盆原有的高台组()砂质白云岩层间夹泥质白云岩、泥岩及库盆底部粘土铺盖被击穿库水沿溶蚀裂隙和孔洞短时间涌入斜井水力临空面在斜井施工后隧道斜井疏排水降低了工程区区域地下水位改变了地下水的渗流路径形成一定范围的降落漏斗袭夺了水库的补给泉造成库水位沿库区内泉点补给地下水且同期降雨量明显偏少从而导致隧道斜井西南面的水库干涸并在库盆底部形成塌陷坑 结论与建议()隧道施工斜井与水库没有暗河系统与斜井渗水量较大的洞段直接连通其主要是通过溶蚀裂隙和孔洞产生直接水力联系正常蓄水期间库内泉水补给库水()斜井施工形成水力临空面水库库盆原有的高台组()砂质白云岩、泥质白云岩夹的泥岩及库盆粘土防渗铺盖被击穿库水沿溶蚀裂隙和孔洞短时间涌入斜井水力临空面在斜井内形成大的涌水斜井施工后隧道斜井疏排水降低了工程区区域地下水位改变了地下水的渗流路径形成一定范围的降落漏斗袭夺了水库的补给泉库水位沿库区内泉点补给地下水从而导致隧道斜井西南面的水库干涸斜井施工疏排水是水库干涸的诱因()建议在隧道及斜井最终完成衬砌和封堵灌浆之后在一个水文年内通过观察隧道及斜井段地表水源点的恢复情况检测封堵后的地下水恢复效果 根据封堵后的地下水位恢复情况对水库、隧道及周边水文地质条件作全面评估后再研究水库防渗堵漏、补水方案或其他处理措施参 考 文 献邹成杰.水利水电岩溶工程地质.北京:水利电力出版社.褚学伟党 爽丁坚平.贵州岩溶塌陷分布及其影响因素分析.人民长江():.赵吉发.碳酸盐岩相与岩溶地貌发育的初步研究以贵州三叠系为例.中国岩溶():.陈 黎.实例分析强岩溶地区水库渗漏勘察及评价.河南水利与南水北调():.舒细秀李择卫.岩溶水库渗漏问题各阶段工作重点及对策.湖南水利水电():.李勇军陈亚林.岩角塘水库库区岩溶水文地质条件对水库渗漏的影响分析.黑龙江水利科技():.作者简介:何 兴()男汉四川广安人助理工程师硕士主要从事水利水电工程地质方面工作