《隧道水文地质》word版

1、第一讲 隧道水文地质勘察一、隧道集中涌水段、点 隧道等地下工程长10m区段内大于20 L/min的涌水称集中涌水。单位长度最大涌水量q。2880m3/dkm，富水程度为中等。 长大隧道，特别是反坡施工时若发生集中涌水往往对隧道造成危害，伴随涌水有时还涌砂涌泥，淤塞正洞，有时还造成洞顶塌方，涌水特大时甚至造成机毁人亡等事故。因此，预测或预报隧道施工中集中涌水段、点及其涌水量和对围岩的影响，是极其重要的。 集中涌水段、点的预测方法，目前国内外尚无固定模式，主要根据地质、水文地质条件综合分析确定。 工程实例 1. 成昆线涌水严重的13座隧道总长度为35483m，集中涌水段总长度6733m，涌水段的长

2、度占隧道长度的4.03%40.90%，平均占18.98%。 成昆铁路涌水严重隧道如下表：表1 成昆铁路涌水严重隧道序号隧道名称隧道长度(m)地 形 地 质 概 况涌水地段长度(m)最大涌水量(m3/d)1塔足古1788地表冲沟切割严重，岩层节理发育，地下水丰富47443202新基古2533洞身穿过当地主要排水渠道，因此地下水丰富535240003白果2号1575洞身穿过炭质页岩受断层影响，层理错乱，地下水丰富24048004白石岩1号2319洞身穿过白云质灰岩，岩层错动，节理发育，裂隙水丰富341132005白石岩3号2340洞顶沟谷发育，洞身断层多，地下水丰富325成端 9600昆端 720

3、0288006越西1号1678洞身穿过砂页岩、白云质灰岩和玄武岩，地下水丰富215118807越西2号1980洞身穿过炭质页岩、砂页岩、砂岩夹煤层，节理发育，地下水丰富15060008沙木拉打6379洞顶沟谷发育，地下水以脉状裂隙为主，涌水集中在几个地段257成端 7550昆端 120009两河口2074昆端堆积层松散，孔隙大， 大气降水补给条件好，地下水丰富145600010浮 漂4273以断层裂隙水为主10651200011前 进3524岩层破碎，地下裂隙水丰富7361036812莲 地4602隧道通过的地层结构错乱，节理发育，裂隙水丰富16701113613大雀堡1418岩层风化严重，地

4、下水股流及涌水很多5804560合计354836733 沙木拉打隧道涌水情况 隧道穿越牛日河及孙水河的分水岭，地表沟谷发育，密度5.2km/km2。洞身通过组主要断层及组裂隙带。根据岩层透水性和富水程度，自上而下划分为个水文地质层。全隧道严重涌水地段处，长度约257m，成都端涌水量约7550 m3/d，昆明端12000m3/d，施工时涌水情况见下表2。2. 秦岭特长隧道西安安康线秦岭特长隧道线平行导坑长18446m，于1998年3月10日全线贯通，实际最大涌水量为38233m3/d，正常涌水量为7977m3/d。涌水主要集中在岭南DyK77+490DyK79+235范围内，最大涌水量为2658

5、3m3。集中涌水有处， 累计长度为245m，最大涌水量为24700m3/d，占隧道总涌水量的64.60%。涌水位置均为构造作用活动强烈地段。 秦岭隧道集中涌水段(单位长度最大涌水量q。1000 m3/d km)共有2段，岭南、岭北各1段。 (1) DyK69+070DyK74+660，段长5.590km 该段长度占隧道全长的30.30%，占岭北的54.36%。该段最大涌水量为7291 m3/d，占总涌水量的19.1%，占岭北涌水量的85.00%，单位长度最大涌水量q。=1304.29 m3/dkm，正常涌水量为391 m3/d。 (2) DyK77+490DyK79+235，段长1.745km

6、 该段长度占隧道全长的9.46，占岭南的21.37%。 该段最大涌水量为26583m3/d(占隧道总涌水量的69.53%，占岭南最大涌水量的90.18%)，单位长度最大涌水量q。=15233.81 m3/dkm，正常涌水量为5790 m3/d。 地下水涌水形式以股状、片状为主，大多数涌水点以排泄静储量为主，几个集中涌水点开挖初期涌水量一般较大，随即迅速衰减，部分达到相对稳定，部分涌水点枯竭。 3. 襄渝线大巴山隧道 大巴山隧道全长5332.34m，1972年7月贯通。该隧道施工中最大涌水量为201528m3/d。大巴山隧道在施工中，最大涌水量大于5000m3/d的集中涌水有5段，涌水段长度为1

7、092m，涌水量为188000m3/d，涌水段长度仅占隧道长度5333m的20.48%，涌水量却占隧道总涌水量的91.48%。 1999年为病害整治进行了水文地质勘察，系统观测了隧道平行导坑和正洞的涌水量。涌水主要在平导，正洞涌水仅占12%。隧道总涌水量：旱季枯期涌水量为14105m3/d。雨季丰期涌水量2443541289 m3/d。其中岭北段涌水量为2267238331 m3/d，占总涌水量的92.84%。涌水集中在岭北。 集中涌水段点：K442+700K443+780段，长度1080m，占隧道全长的20.25。丰期涌水量为3352837470 m3/d。占总涌水量的90.75%，占岭北涌

8、水量的97.75%。涌水集中在个大的涌水点，其涌水量为16123 m3/d，占总涌水量的39.05%，占该段的43.03%。 该段地层为下寒武系石龙洞组中厚层状豹皮状石灰岩偶夹白云岩和砂岩、页岩，组成向斜核部，个较大涌水点为管状溶洞涌水，接受大气降水和沟谷地表水直接补给，涌水量与大气降水强度呈正比，反映敏感。 4. 衡广复线大瑶山隧道 1985年4月19日班古坳竖井工区平导突混水造成竖井被淹，为解救竖井施工迂回导坑，1986年3月10日迂回导坑放水成功，竖井被淹解除。隧道开挖碳酸盐岩类长864m，涌水集中于竖井底平导突水点(DK1994213)及F9断层带(DK1994601DK1994640

9、)。 1987年5月15日，粤北地区暴雨，在DK1994636.5处，岩溶涌水，流量达30000m3/d，泥沙含量10%以上。1985年4月和1986年10月两次涌水，由于地下水位大幅度下降，引起地面变形，相继出现地面塌陷，至1988年9月底止，达139处，塌陷面积1699m2，塌陷体积1981m3。 二、隧道水文地质勘察的主要内容 铁路工程水文地质勘察规程TB 100492004第条规定了山岭隧道的水文地质调绘内容，共有7款。查明三带(不同岩性接触带、断裂带和富水带)不同岩性接触带、断裂带和富水带，往往是集中涌水的部位。调查方法可采用地质调查和地面物探相结合的方法。例如西康线秦岭特长隧道在勘

10、察中先后采用了航磁重力、地面磁法、直流电法、地震反射法、地震折射法、音频大地电磁法、放射性测量、地温测量、测氡、二次时差法和多参数测井等11种方法。1. 不同岩性接触带不同岩性接触带，应查明接触关系，是整合接触还是断层接触。特别是碳酸盐岩与非碳酸盐岩接触带，是地下水溶蚀作用强烈的场所，往往成为地下水的通道，当岩层产状较陡时，与地表水的水力联系密切，隧道开挖时容易出现集中涌水。 工程实例 (1) 大巴山隧道碳酸盐岩与非碳酸盐岩在空间位置的组合关系对岩溶发育具有一定的影响，陡倾或直立产状的灰岩与砂页岩相间排列时，两者的接触带是岩溶水动力现象最活跃的场所，岩溶作用强烈，常在接触带附近形成一系列的落水

11、洞、漏斗及岩溶泉， 岭北地区大量岩溶泉就是沿这些接触带出露的。 (2)大秦线大岭沟1号隧道 施工中断层以及花岗岩与闪长岩接触带部位涌水。 在隧道掘进中发现全隧道花岗岩岩体中断层有4条， 其破碎带一般宽2.58.0m，最大宽1015m。对施工影响最大的是在出口端两条断层的交汇处和与F4大致平行的隧道地段，此段长度达210m。这些地段不但出现较大的涌水，而且有的还伴有泥沙冒出。 DK296+567+600段： 设计为无断层构造，有少量裂隙水(1984年7月)；施工中有基岩裂隙水渗流，有构造裂隙水使闪长岩和断层破碎带断层泥软化岩体失稳致使坍方966m3，坍高45m。 DK296+700+900段：1

12、984年7月设计有少量裂隙水，1986年5月20日补测两处泉水(同上)；施工中1987年12月17日正洞 DK296+730、+750、+823.5三处总涌水量Q=2136m3/d，花岗岩闪长岩侵入接触带裂隙水导致DK296+764+770接触破碎带坍方300m3。 平导DK297+687DK298+115段：设计有少量裂隙水；施工中DK297+687，Q=2400 m3/d，1986年3月14日稳定Q400 m3/d 。 导297+792，Q=10320 m3/d(1985.10.18)，花岗岩裂隙水大量泥砂冲出将平导淤厚0.30.5m，1985年10月21日4时稳定Q=2458m3/d，稳

13、定时间55小时30分，水深1m，为此被迫停工；导297+805Q=400 m3/d(1985.10.11)。因花岗岩断层及裂隙水造成三次坍方1680m3，DK297+990坍高33m至地面A=608 m3。 DK297+745+973段：设计有少量裂隙水；施工DK297+745涌水量Q=2400m3/d，稳定Q=100m3/d；DK297+940，Q=100 m3/d，稳定Q=50m3/d；DK297+963，Q=3000 m3/d，稳定Q=100 m3/d；DK297+973Q=400 m3/d，稳定Q=50100 m3/d。花岗岩断层破碎带及节理裂隙水致使DK297+766+945两次坍方

14、1640 m3。 DK297+973DK298+175段：设计有少量裂隙水；施工1985年10月左侧平导Q=20002500 m3/d，截流使正洞地下水减少。花岗岩断层构造水致使DK298062160洞顶地表开裂坍方800 m3/d；DK297+985+990坍方1580 m3，冒顶。 隧道共发生9次大的坍方，总数量达7991 m3，其中DK298+115处坍塌高度约70m，山坡地表可见坍陷坑。 2. 断裂带 断层带有时也是集中涌水的部位。工程实例：(1) 大秦线黑山隧道施工中共有7处掌子面涌水，其中6处属构造裂隙水，即沿断层F2、F3、F4、F5和F6涌出。涌水量一般为100600m3/d，

15、最大为8640 m3/d。进口端900m长的地段内无地下水；出口端有地下水，Q=1003000 m3/d，但缺少具体位置和涌水量预报。 花岗岩岩体断层水和裂隙水的一般规律是，初期涌水量大而猛，随着时间的延续水量趋于稳定而且变小。隧道贯通后1987年9月在隧道出口处稳定涌水量仅为Q=1200 m3/d。 DK307+825+921段：设计有少量裂隙水； 施工中最大涌水量Q=600 m3/d(1986.5.15)，稳定后Q=60 m3/d，花岗岩，F2断层构造裂隙水。 DK308+515+685段：设计有少量裂隙水； 施工中最大涌水量Q=2000 m3/d(1987.7)，花岗岩，F3断层构造裂隙

16、水(由于严重涌水原设计新奥法施工改矿山法施工)。 DK308+700+850段：设计节理裂隙及断层破碎带有少量裂隙水；施工中最大涌水量Q=8640 m3/d(1986.4.18)，几天后逐渐变为300500 m3/d，花岗岩，F4断层破碎带裂隙水及节理裂隙构造水。 DK309+010+075段：设计同第3 段； 施工中1986年3月最大涌水量Q=3200m3/d，7天后稳定在Q=2600 m3/d，花岗岩，F5断层构造裂隙水，涌水严重改为矿山法施工。 DK309+200+250段：1984年4月设计DK309+182.5右42m 钻孔地下水埋深17.9m，Q=10.2 m3/d，K=0.47m

17、/d；施工中最大涌水量Q=100 m3/d(1986.3)，花岗岩，F6断层破碎带裂隙水。 DK309+700+810段：1984年3月设计DK309+763右42m 钻孔水位埋深20.7m，Q=8.64 m3/d，K=0.005m/d；施工中最大涌水量Q=3000 m3/d(1986.3)，花岗岩，裂隙构造水。表3 涌水量汇总断层F2F3F4F5F6DK309+700+810段合计最大涌水量(m3/d)600200086403200100300017540正常涌水量(m3/d)603005002600 3. 富水带 富水带，除不同岩性接触带和断裂带外，主要是节理、裂隙密集带和岩溶发育带。勘察

18、中应查明裂隙的性质和类型，是脉状还是网络状，网络状裂隙施工时有可能大量涌水，主要是容积储存量，经一定的时间稳定下来，正常涌水量视补给条件而定。判定裂隙的性质和类型，应测定结构面（节理裂隙）的几何参数，即倾向、倾角、裂隙宽度、间距和迹长，进行聚类分析确定。例如西康线秦岭特长隧道DK77+530DK80+724段，测定8组结构面，经数理统计和聚类分析，并对运用蒙特卡洛方法计算机生成裂隙岩体的结构面网络模拟图和相应连通图及方向RQD图的研究，该段裂隙岩体结构特征类型属碎裂状结构，可视为力学及水力学性质上的似连续介质。(1) 大巴山隧道构造节理与层间裂隙的交接处岩溶作用强烈，在构造作用下，由于岩层层面

19、之间的相对位移而产生层间裂隙，与构造节理易形成网络状，有利于岩溶水的流动。 花萼山向斜轴部岩层总厚度为翼部岩层总厚度的2.53.0倍，此种增厚在脆性岩层中常表现为层间裂隙的扩大，为岩溶的发育提供了良好的条件， 很多岩溶现象就是沿节理与层面裂隙发育的。 (2) 西康线秦岭特长隧道 除断层外，其余地段岩体节理裂隙及节理密集带亦很发育，地下水活动强烈，主要涌水位置均为构造作用强烈地段，并出现集中性涌水，主要段落及涌水量如下：表4 各段涌水量汇总表段 落 里 程长 度(m)最大涌水量(m3/d)正常涌水量(m3/d)DyK77+550.5+567.5DyK77+870+890DyK77+966+976

20、DyK78+025+120DyK78+145+155DyK78+387+397DyK78+420+450DyK78+876+916合计1720109510103040390050007003500450035002100150024700120013005001000400500250205170 (二) 构造 1. 断层(1) 大秦线黑山隧道隧道长2715m，最大埋深302 m，在施工过程中共有7处掌子面涌水，其中6处均属构造裂隙水，基岩断层F2、F3 、F4、F5和F6涌出，涌水量最大为8640m3/d。(2) 大瑶山隧道 班古坳地区，地层除泥盆系白云质灰岩、泥灰岩外，其余均为寒武系、震旦

21、系砂岩、板岩、板状页岩。F8、F9断层均有断层泥，具阻水作用，降断层上、下盘不同含水层阻隔开。F8断层产出于向斜近中部，下盘岩层受构造影响相对较轻微，上盘岩层受强烈挤压，倾角陡立。主要断层的主断层带岩体破碎或次级叠瓦式冲断层密集，构成条带状富水带。DK1994655DK1995055，F9断层的上下盘地下水位不一致，上盘水位（高程709m）高于下盘（高程612m）,说明由于断层泥的阻隔将上下盘的地下水阻隔分割成两个含水体系。施工通过F9断层时，于断层上盘强烈挤压破碎带，发生了最大涌水量达48000m3/d的裂隙涌水、突水及碎屑流灾害，于下盘影响带灰岩地段揭穿了岩溶洞穴、溶隙等充水管道，施工中发

22、生了3000m3/d左右的含大量泥砂的突水，雨季最大涌水量达12000m3/d。 (3) 乌鞘岭特长隧道 兰新线兰武段二线乌鞘岭特长隧道7号斜井，全长3292.67m，2004年4月施工揭示的地层：01867m(F6上盘)为志留系板岩和千枚岩，18671965m为F6断层带，19652186m(F6下盘)为三叠系上统中厚层砂岩夹少量页岩。F6逆断层，毛毛山岭中断层，延伸长度约48km，走向近东西，倾向北，倾角80。断层带主要由断层泥砾、碎裂岩组成。斜井施工至19702110m(F6下盘长140m)段涌水严重，边墙多呈股状涌水，涌水量达4000m3/d。斜井总涌水量最大为9050m3/d，正常为

23、7942 m3/d。(4) 关角隧道隧道长4005m，最大埋深525m，年均降水量298.9mm，年最大降水量344.7 mm， 隧道进口段COK499950COK500160，段长210m，隧道埋深约108m。约有2.5km2面积的降水沿沟经破碎岩层上部流出沟口。地层岩性COK499725COK499952，以片岩为主，COK499952COK500142，为灰岩，COK500142COK501191.5，以灰岩为主夹黑色片岩。地质构造进口至COK500160一带受到断层F1和沿沟方向平移断层F2的影响，岩层极为破碎，19581961年施工期间突水8000m3/d。 隧道出口段，COK503

24、084COK503164，段长80m，隧道埋深约77m。为逆断层E1，与线路直交，发生于片岩与石灰岩之间。地层岩性下盘为破碎灰岩，上盘为软质片岩，其中约三分之一为灰岩夹少量片岩，片岩挤压破碎严重，灰岩性坚脆。19581961年施工期间突水10000 m3/d。 2. 褶皱参见后述的岩溶与褶皱的关系部分。 (三) 岩溶隧道1. 岩溶的垂直分带以及隧道的位置根据铁路工程不良地质勘察规程(TB10027) 岩溶垂直方向分带划分为垂直渗流带、水平径流带和深部缓流带。(1) 调查确定岩溶基准面岩溶基准面是指岩溶作用向地下深处所能达到的下限。一般为当地的河水面、湖水面、岩溶泉或暗河的最低水面。基准面的高程

25、与可溶岩的底板高程和可溶岩中非可溶岩夹层有关。 岩溶区内的河谷有一定的排水能力，河谷水面即为岩溶基准面。 岩溶区内的河谷已失去其排水能力，平时无水，雨季时才产生暂时性水流，或者虽有经常性水流，但其水量很小，此时岩溶基准面已远离本区，而为较远及较大的河流水面所代替。 当碳酸盐岩之下埋藏有非可溶性的不透水岩层，且两者的接触面高于邻近河谷的水面时，则接触面即为岩溶基准面。此面与地壳升降运动无直接关系，称之为排泄基准面，以区别之。随着地壳的不断上升，岩溶即以悬河或悬挂形式的岩溶泉，出露在河谷斜坡之上。 (2) 确定岩溶垂直分带以及隧道在垂直分带中的位置垂直渗流带：丰水期地下水位以上，大气降水或地表水受

26、重力作用沿可溶岩的裂隙、孔洞作垂向运动的地带。水平径流带：岩溶含水层最低水位以下，受当地岩溶排水基准面控制，具有连续水位的地带。浅饱水带岩溶发育强烈，深饱水带岩溶发育渐弱，逐渐过渡为深部缓流带。岩溶的垂直分带确定以后，便可确定隧道在垂直分带中的位置，先定性评价隧道是否有地下水，若有水再进一步定量评价。轿顶山、虾子河、艾家坪、沙坡、天生桥等隧道位于垂直渗流带中，在隧道路基高程附近虽然有岩溶大厅，路基以下也有暗河，但隧道却无水害，而位于水平径流带的娄山关、胜境关、梅子关、岩脚寨、燕子岩等隧道，施工中特别是雨季都发生大量涌水或突水。位于深部缓流带的大巴山、中梁山、大寨、贵定、梅花山、南岭等隧道，虽无

27、岩溶大厅、暗河，但地下水危害却不小。2. 岩溶的空间分布 (1) 岩溶调查方法铁二院总结的预测岩溶洞穴区域分布的方法有水文网法、阶地、剥夷面对比法、洼地分析法、岩溶洞穴分析法等。 (2) 综合勘察方法 地下岩溶洞穴的勘探，目前仍是未能很好解决的难题。实践证明，充分利用遥感和物探方法，与钻探相配合，是一种可行的技术方法。大比例尺航空像片解译和地面物探方法，如电阻率法、地质雷达、频率测深法，可以在钻探之前先进行面积性勘察，发现岩溶发育带、溶洞群、地下暗河、单个大型洞室的异常位置，然后针对可疑之处进行钻探。例如贵昆铁路甘海子、小哨至秧田段，为整治地面塌陷铁二院在勘察中利用卫片解译进行地质测绘，搞清了

28、地质构造格局和地下水富集带分布规律。利用铁路建设前后两个时期的航片对比解译，配合地面调查，对岩溶发育形态、程度进行分段，特别是对铁路掩埋之前岩溶发育情况有所了解。在地质调查基础上，利用物探分段探查，共发现电探异常448处，施钻验证151孔，其中113孔遇溶洞，准确率75%。另有21孔溶蚀严重，有17孔把低阻岩层误判为溶洞。再如铁四院在浙赣铁路分宜车站，也采取类似方法，发现异常154处，验证24孔，结果12孔在性质上、深度上相符，9孔性质推断符合，深度偏浅，有3孔不符合，综合评价验证准确率69%。地面物探目前采用的几种方法，在探查岩溶发育带、地下河及有一定规模体积的地下洞穴可取得效果。但要确定单

29、个岩溶洞穴、管道和较大洞穴位置，则以采用地下物探与钻探相结合的电磁波孔透方法更为直观有效。铁四院在广东浮硫铁矿支线龙盘围岩溶路基地段的工作中，先利用电阻率和频率电磁法找出了岩溶发育带的平面位置，然后利用布置在铁路两侧的钻孔，采用电磁波孔透方法在20多个钻孔之间交叉进行网状探测，确定了路基下发育的单个溶洞位置和规模，为准确判定岩溶位置提供确切资料。(3) 隧道施工中洞内勘查方法铁三院采用施工中补充勘探方法查明隧道下部溶洞的分布情况。工程实例 京通线黑山寺岩溶隧道 隧道总长679m，穿过小山脊，山势陡峻。 进、出口端沟谷切割较深，地层为单一的石灰岩，致密，质坚，性脆，中至厚层夹薄层矽质条带。在进口

30、722+90附近有一小背斜构造。 1957年定测时因地层裸露，岩性单一， 未注意到岩溶地貌各种迹象。 施工时先在进口处发现断层角砾岩，进洞后陆续发现溶洞、溶缝及溶洞坍塌堆积体多处，总长约150m。待隧道贯通后， 在洞内进行了详细的勘探，查明溶洞的分布状况。 洞内勘察及溶洞分布 首先用物探方法在洞内进行普查，于1975年6 月完成现场测试工作，采用微波法和电测剖面，测试深度15m， 在异常反应区段进行钻探和小风钻验证，共钻探41孔计510m，最深孔为19m，最浅孔为7.28m，在隧道底4m范围内(可疑地段)又用小风钻打了137孔计578m。通过洞内综合勘探，基本掌握了隧道内道床下一定深度内溶洞分

31、布的位置和段落。 大秦线郑重庄三线隧道 隧道位于北京市顺义县茶坞乡以东，系茶坞站至双怀线高各庄联络线和大秦复线并行的三线隧道，里程DK340+035DK340+ 180，总长145m，最大埋深40m。 郑重庄为一离堆山丘，南北狭长，覆盖层厚05m，下为寒武系下统府君山组中厚层石灰岩夹泥质石灰岩，呈单斜构造。勘测时在进口处进行了挖探及物探工作，地表未发现岩溶现象。 该隧道于1988年12月28日通车运煤。 施工中发现的溶洞 该隧道由铁一局四处于1985 年5 月开始施工，当挖至DK340+120+132上导坑附近，发现洞顶多处沿节理裂隙和层面发育的溶蚀坑及溶洞，呈上大下小的漏斗状及条带状分布，直

32、径0.41.0m，深度不明，将打火机点燃放入洞口，洞内吹出凉风可将火吹灭。 在导坑贯通后，进行查清，钻探核实。 多种物探方法探测及成果 在隧道内使用地质雷达、电磁频率剖面法、联合剖面法、大地音频电场法等多种物探手段开展了综合物探工作。 查明了三条岩溶发育带： DK340+75+083， 宽8m； DK340+091+103，宽12m； DK340+116+127，宽11m。 隧道内钻探验证 根据物探提供的异常带，施工部门进行开挖验证，结果在DK340+100联络线右边墙出发现直径大于1.5m的溶洞，有凉风吹出，无水(称1号洞)。在DK340+110右线边墙处发现直径0.30.5m 沿层面发育的

33、溶洞(称2号洞)。在DK340+128 左线边墙处发现直径大于1.6m的溶洞(称3号洞)。 在包括三条异常带在内的DK340+080+130段布置5 个断面共15个钻孔，孔深原则上为10m，遇到溶洞钻透后再钻23m，实际共完成钻探16孔计143.7m。3. 岩溶的发育程度一个地区的岩溶发育程度需要结合该地区的岩溶层组类型、地质构造条件、岩溶地貌部位（河谷、分水岭及谷坡等）以及岩溶发育历史等特点来综合考虑，必须因地制宜，很难得出统一的标准，各地区之间不宜截然对比，所以得出的结果仅仅是一种相对的概念。岩溶发育强度分级，分为岩溶强烈发育、岩溶中等发育、岩溶弱发育和岩溶微弱发育四级。详见铁路工程不良地

34、质勘察规程TB 10027附录E中表E.0.2 岩溶发育强度分级。(1) 岩溶与岩性的关系1) 岩溶化程度最强的为灰岩次为白云质灰岩；再次为泥质灰岩。2) 碳酸盐岩的结构、构造方面：就结构来说，一般晶粒愈粗，溶解度就愈大，岩溶发育也就愈强烈。就成层构造而言，一般岩层愈厚，岩溶就愈发育。(2) 岩溶与地质构造的关系1) 碳酸盐岩与非碳酸盐岩的空间组合：产状平缓的灰岩，上覆页岩时，一般岩溶不发育；下伏页岩时，接触面高于邻近的河水面时，接触面上常有岩溶泉以悬挂的形式出露在河谷斜坡之上；陡倾或直立产状的灰岩与砂页岩相间排列时，两者的接触带岩溶作用强烈，常有落水洞、漏斗及岩溶泉等。2) 岩溶与断裂的关系

35、：张性断裂带岩溶化程度通常很强烈；压性断裂带的岩溶一般不发育（有时某一盘也可能出现强烈的岩溶化现象）；扭性断裂带岩溶作用的深度一般较大；构造解理与层间裂隙的交接处岩溶作用强烈。 a. 北天山特长隧道 平导涌水段DZK110825858，F14断层(乔克依巴斯套断层)为走滑正断层，断层走向近东西，倾向北，倾角6070，断层带20m，为断层角砾岩。上盘地层为石炭系(C1)砂岩夹灰岩，下盘地层为奥陶系(O3)石灰岩。2005年8月22日DZK110825，涌水量14210m3/d，8月23日DZK110827大量涌水，8月24日开始涌水，8月25、26日涌水量2234422752m3/d，9月8日涌

36、水量40959m3/d，9月10日涌水量38850m3/d，10月31日涌水量6958m3/d，至今涌水量保持在60007000 m3/d。 岩层张性解理、裂隙发育，出水点产状N65W/65S，掌子面DK110858灰岩层理面清晰，水沿层理面、裂隙面涌出。 DZK112021042，局部大理岩化，解理、裂隙较发育。2006年20月10日施工至112021开始涌水，水沿裂隙股状涌出，涌水量4000m3/d，至042发现有23m的小断层，2月18日涌水量24000，2月23日m3/d，涌水量18000m3/d，3月16日涌水量14650m3/d，至今保持在1500020000 m3/d。 DZK1

37、12220226，位于构造破碎带，岩性为石灰岩夹炭质页岩。2006年4月4日开始在掌子面、拱顶左侧沿岩脉、岩性接触面呈滴状、线状涌水，12小时后呈股状，涌水量40005000m3/d，至今涌水量无明显变化。 DZK112265，掌子面左上部裂隙出现涌水并伴有泥沙，随后涌水点沿裂隙逐渐向掌子面中部扩散，涌水处直径约50cm，水质时清时浊，掌子面下方堆积了大小不等的碎石块，涌水量1200013000m3/d，为构造破碎带裂隙水。b. 大巴山隧道断层性质影响岩溶发育程度，隧道通过地段的大小断层有30余条，但绝大部分为逆断层，压性断裂带为断层角砾岩和断层泥，一般呈致密胶结状态，孔隙率低，不利于岩溶水的

38、流通，相对于其它类型的断层而言，其岩溶作用最弱，岩溶化程度也最轻微。 岭南段由逆断层群组成的叠瓦式密集断层带，断层带内几乎没有岩溶现象。施工中只遇到少量的岩溶裂隙水，呈滴水状态，未见岩溶孔穴。K430896K431126，段长230m，刘家坡逆断层上盘下寒武统石龙洞组(1sh)灰岩中即发育有三个大溶洞，有的溶洞能进入的长度可达300m以上，深度可达80m左右。该断层上盘系主动盘，位移时变形剧烈，产生大量张节理，岩层破碎，岩溶管道发育，有利于降水渗入，而断层带胶结较好，使上盘的地下水受阻富集而形成富水带，下盘则相对不含水。当平导施工至刘家坡逆断层上盘时，在埋深150以下，揭露出0.80.9m的溶

39、洞突然涌水达117000m3/d，造成地表泉水、稻田干涸，大量泥沙涌入导坑，施工陷于停顿。 c. 梅花山隧道 该隧道南段施工中，当平行导坑掘进至1238m附近，导坑埋深已达300余米，在石炭系威宁灰岩掌子面上突然发生高压射流现象，射程达1318m，含泥砂量34%，坑道涌水亦由射流发生前的13000m3/d增至25000m3/d。这是由于碰到一个发育于高角度扭性断裂带内的垂直溶蚀裂隙管道流所致。 (3) 岩溶与褶皱的关系 背斜轴部是产生张应力的地方，张解理发育，在地形上往往处于山区分水岭地段，雨水或地表水沿这些解理裂隙作垂直运动，然后再向两翼或沿地质构造线方向运动，故岩溶多以落水洞、漏斗、洼地等

40、为主并具有与构造轴线一致的带状分布特征。属地下水补给区。 向斜轴部在岩溶水运动系统中属聚水区或排泄区，岩溶水往往富集于轴部或循构造轴向运动，或向河流排泄。一般在向斜谷中，常发育有暗河，同时由于轴部发育的垂直裂隙的岩溶化，形成了一系列与暗河相连通的漏斗、落水洞、竖井等垂直形态。 褶皱翼部在岩溶水运动系统中属径流部位，流速大，水动力作用活跃，岩溶化程度最强烈，尤以邻近向斜轴部或河谷边缘地区更甚。既发育有水平岩溶形态，也发育有与地表相联系的垂直岩溶形态。 褶皱构造的转折端是岩溶发育的集中场所。 例如大巴山隧道岩溶发育程度还与褶皱构造有关。隧道通过地区区域性的褶皱为九工坪沿河乡大背斜，幅宽46km，长

41、度50km。同时，两翼还形成一系列中、小型复式褶皱构造，在隧道施工中共遇到67组背斜、向斜构造，其轴向与大背斜保持一致。 向斜核部具有储水构造，富集地下水并常形成暗河(管道)系统，向斜被断层破坏时，暗河沿断裂发育，并于相邻暗河发生水力联系。褶皱构造的转折端是岩溶发育的集中场所。下寒武统石龙洞组灰岩中，莲花池复背斜构造的主褶皱轴倾伏端和筲箕湾倒转向斜仰起端的转折部位均发育有大量的落水洞、漏斗、岩溶洼地及岩溶泉。 北东部的花边褶皱，由于有利的地形条件，上述现象尤为显著。 向斜仰起端以发育落水洞、漏斗与洼地等垂直形态为主；背斜的倾伏端以岩溶泉为主。这些泉水均出露于沟谷切割的最低部位，其水量随季节而变

42、化，雨季时一般都很大，呈浑浊的涌水注入地表河沟，潮水沟岩溶泉在隧道施工前最大流量为1026 Ls，是黑水河的源泉之一。4. 连通试验连通试验可以获得很多信息，帮助分析地下水补给排泄条件、流向、渗透速度等特征。大巴山隧道19701971年， 地矿部水文地质工程地质研究所韩行瑞等工程师在配合施工中，在地面进行过连通试验，取得了可喜成绩。地表连通试验表明，大寨沟的支流吴家湾、罗家湾、石麻子沟和杨家湾河水渗漏后都流向潮水沟的A4号泉，表明大寨沟河水的补给亦符合这一运动规律。岭北地段，陡梯子沟流域地下水也向A4 号泉和黑水河方向运动。 (1) WA8泉(794.8m) WA8泉位于向阳村黑水河岸边，其里

43、程为DH429+871左180m，下降泉。该泉东侧3150m为大寨沟的支沟，向南流动，沟中地表水有一渗漏处，1970年6月25日16时投入萤光红400克，7月17日在WA8泉收到，历时23天，平均视速度136.96m/d。 据此推测，附近作坊沟等二沟渗漏处，其水流亦流向WA8泉。 (2) WA5泉(901.8m) WA5泉位于陡梯子沟岸边庙粱上，其里程为DH430+600，下降泉。该泉西南25方向300m处，为洪家湾沟和陡梯子沟会流处， 会流后有一地表水渗漏点。1970年4月16日15时45分，投入萤光红75克，4月19日18时30 分，在WA5泉收到，历时75小时，平均视速度96m/d。 (

44、3) WA6泉(892.8m) WA6泉位于潮水沟西侧50m处，距WA5泉约200m，下降泉。该泉南西50方向980m处陡梯子沟内有一渗漏点。1970年4月24日10时37分，投入萤光红200克，当天17时35左右在WA6泉收到，历时7小时，平均视速度3360m/d。 推测洪家湾沟的一处渗水点亦流向WA6泉。 (4) WA4泉(939.0m)WA4泉位于潮水沟内，西距线路400m(钻3附近)，下降泉。该泉东侧约800m为吴家湾沟，再东为罗家湾沟，继而为石麻子沟、扬家湾沟。沟中均有渗漏点。 1970年7月27日15时，于罗家湾沟一渗漏点(距WA4泉东侧1650m)投入萤光红300克，7月31日5

45、时在WA4泉出现，8时达最高浓度，历时89小时，平均视速度444.94m/d。 从而判定吴家湾沟、罗家沟、石麻子沟和扬家湾沟的渗漏点， 其渗漏水均流向WA4泉中。 (5) WB1泉(1054.0m) WB1泉位于潮水沟上游西侧支沟之中，该支沟上游有一渗漏点，距WB1泉约260m。1971年6月26日10时30分，于渗漏处投入萤光红150克，6月26日22时在WB1泉出现，23时30分达到最高浓度，历时13小时， 其视速度为480m/d。 从而判定潮水沟、吴家湾沟、罗家湾沟上游的5处渗水点，亦流向WB1泉。表5 视速度一览表编号高程(m)视速度(m/d)WA8794.8136.96WA5901.

46、896.00WA6892.83360.00WA4939.0444.94WB11054.0480.00表6 大巴山隧道施工前地下水位里程突水点钻孔编号地面高程(m)水位高程(m)水位深度(m)洞顶上部水位高度(m)DH429 +871850.0794.6055.4018.60DH430+6001钻4917.99901.8016.19117.84DH430+9502钻51094.80896.80198.00101.80DH431+60031058.10DH432 +10041059.10DH432 +2005钻61361.901060.50301.40262.14注：本表是根据隧道竣工纵断面图推测

47、的，仅供参考。 分析： 连通试验表明，投入点与接受点的连线大体上与构造线一致，即与走向一致。 潮水沟为本区地下汇水河流，其下游黑水河亦是之。 视速度快者，表明通道较为畅通，如WA6泉；视速度慢者，表明通道较为差，如WA5泉。 地下水流向大体上与地表水流向（沟谷方向）垂直。 地表水流向（沟谷展布方向）大体上与构造线垂直（岩层走向）。 本区岩溶水、裂隙水沿构造线运动。黄土地区的隧道 当隧道通过黄土地区且下部有承压水时，应对承压含水层的顶板的稳定性进行检算，以免造成隧底溃底（隧底隆起）。 郑西客线秦东隧道，0.0218.5m为黄土与古土壤互层，下部240296m为砂砾石和砂承压含水层，隧道拟在黄土与

48、古土壤互层的底部通过，通过初步检算，承压含水层的安全厚度不小于20m，提供隧道设计时考虑。 附近有地表水体的隧道在隧道影响范围内有常年流水的河流或水库等地表水体，隧道施工中可能产生集中涌水，应认真进行调查，根据岩层及其解理裂隙的产状推测可能集中涌水的部位。 1. 京通线桃山隧道 隧道位于北京市东北部与河北省交界处长城脚下，全长2007.9m。距进口700m处有一条常年流水沟，与线路斜交，沟底高出线路70余米，有泉眼多处，沟旁有两座小山村，共有13户居民，在距隧道右侧约500m 处修建水库蓄水。1974年9月，当下导坑掘进至距流水沟140m处，左侧出现涌水，随着掘进延伸，涌水量不断增加，当掘进至

49、沟底，出现了高压水，流量达25000m3/d，洞内水深没膝，并发现多醋断层、溶洞及发生大小坍方182次。当洞内发现溶洞水后，洞顶流水沟的水流迅速枯竭，水库水源中断，水电站停止发电，村民生活用水亦告断绝。ADH1241+151242+05段，岩性为石灰岩，风化严重，节理发育，十分破碎；灰黑色中厚层状矽质燧石条带，质脆坚硬节理发育，岩石十分破碎。此段有局部坍方，在与糜棱岩接触中坍方严重。 ADH1242+05+33，F1断层破碎带，糜棱岩呈黄褐色质软破碎松散坍方严重。 流水沟位于124225。 该段涌水主要为石灰岩溶洞水和断层水，以溶洞水的涌水量为最大。溶洞水：主要发布在流水沟地段石灰岩出露的溶洞

50、中。 这是隧道内地下水的主要来源，它来源于西部大面积石灰岩区的溶洞水。 从导坑揭示出水点的溶洞直径高1.6m宽2.5m以股状的形式流出，水压大来势迅猛。 断层水：主要分布在断层带中。由于断层贯通于石灰岩地层，大量的溶洞水补给断层，由断层出来的地下水往往呈溪流或小股水，最明显的表现在1与3断层交汇部位水量集中。 2. 宝中线冯家山隧道 隧道长3123.5m，位于陕西省宝鸡县冯家山水库西侧。隧道距水库边缘400700m。水库正常蓄水位高程712m，规划水库正常蓄水位高程714m，隧道有2800m长低于水库正常蓄水位高程712m。 DK26+500DK27+500右侧350700m有一被第四系地层掩

51、盖的古河道与隧道平行，是水库水渗向隧道的天然通道。DK27+160+910段，受水库影响最为严重，能见到水库渗流水沿隧道下导坑墙脚、掌子面右侧底部及右侧路基面呈股流涌水，洞深上部也出现过较大的渗水和滴水。表7 冯家山水库渗流造成的隧道涌水量预测与实测情况对比里 程预测涌水量(m3/d)施工实测涌水量(m3/d)DK27+164+198无415.2DK27+205+213无144.0DK27+332+336无139.2DK27+415+5151073.61555.2DK27+595+6951616.21104.0总涌水量2689.83357.6 (五) 地下水类型 地下水的类型主要为孔隙水、裂隙

52、水和岩溶水。有的单位还根据岩性、构造等划分亚类。如裂隙水分为不同岩性接触带裂隙水、断层裂隙水和节理裂隙密集带水等，不尽相同。铁道科学研究院西南分院和西南交通大学的科研报告既有隧道环境地下水变化规律以及对环境生态平衡影响的评估中，对成昆、襄渝、阳安线的涌水隧道进行统计分析，其地下水类型列于下表中。 表8 隧道涌水地下水类型及所占比例 线路名称隧道占线路长度比例(%)1km以上涌水隧道数岩溶水为主隧道数及所占比例 (%)孔隙裂隙水隧道数及所占比例(%)断层水隧道数及所占比例 (%)综合性涌水隧道数及所占比例 (%)成昆线31.410312 /11.657 / 55.410 / 9.724 / 22

53、.3襄渝线34.0746 /8.150 / 67.54 / 5.414 / 19.0阳安线17.0181 /5.510 / 55.53 / 16.74 / 22.3 (五) 同位素方法 规程中规定：特长、长隧道宜采用T、D、18O等环境同位素方法，研究地下水的特征。 1. 氢、氧稳定同位素 应用氢、氧稳定同位素氘、氧18（D、18O），可研究地下水的生成和补给等特征。该方法只在西康线秦岭特长隧道中应用过，从勘察到线平导施工的10年间，共取D、18O水样125个。经分析得出隧道地区地下水起源于大气降水，并以选择雪融水及冬季降水的方式补给为主。平均补给高程岭南2000m左右，岭北在2200m左右。

54、 与此同时，先后取氚样114个，研究得出隧道区地下水分两种类型，即浅层风化裂隙水和下部构造裂隙水。前者主要循环在4050m以上深度范围内，水交替作用强烈；后者大多循环在500m以上的深度范围内，水交替作用缓慢，滞流时间至少在40年以上。对氘、氧18和氚资料的分析和研究，很好地解决了隧道通过区有关水文地质问题，为隧道裂隙水分布的水文地质概念模型的建立及进一步为建立突水、涌水预测预报的数学模型提供了重要依据。同时，也为今后解决深埋长大隧道突涌水防治中的水文地质工作内容具有重要的指导意义。2. 放射性同位素氚的应用 氚(Tritium)是超重氢，为氢的同位素之一，放射低能(贝塔)射线，其半衰期为12

55、.26年。氚的符号为T或3H，单位为TR，即1018个原子中有一个氚原子称为1TR。氚产生于大气中，当大气降水落入地面时，河水、地下水中即含有氚，利用其衰变特征，可判断地下水不同深度处渗透运动的时间差，从而可了解到地下水的运动速度。 20世纪70年代末从国外引进并应用同位素氚技术。研究隧道区地下水的特征、预测隧道涌水量。近几年还应用氚研究隧道涌水对地表生态和环境的影响评价。表9 应用同位素氚汇总表隧道名称隧道长度(m)勘察年代取水样数量成果雨水河水泉水井水钻孔水隧道涌水乌鞘岭隧道972.719851122预测涌水量秦岭特长隧道1844623361855综合研究地下水特征精伊霍越岭隧道67001

56、99814预测涌水量大巴山隧道5333199913111预测涌水量东秦岭特长隧道.1226020011515隧道涌水对环境生态影响评价乌鞘岭特长隧道200502002补充初步设计取样17个200320047810计算地下水年龄、环境影响评价等北天山特长隧道2003雪192襄渝二线武当山7680200413111襄渝二线关角特长隧道326052005初步设计取水样6组在应用同位素氚法中，应注意以下几个问题。(1) 采取氚样的要求水中的氚具有纬度效应和高程效应。就高程效应而言，取样点应有确定的高程，尽量取不同高程的泉水和井水，越岭隧道当取河水时应尽量在沟脑附近取样，否则若在下游取样，无法确定地下水

57、出水点的高程。例如兰武二线乌鞘岭特长隧道7号斜井施工中大量涌水，为评价对环境是否有影响，选取7个的氚样，分析高程与氚含量的关系。最初在曲线图上各点很分散，分析其原因，河水是在下游取的样，将高程调整为地下水出水点的高程后，于是有5个样本相关。 取样时一定要取雨水，作为当年氚含量的背景值。取样的数量应满足相关分析的要求。每个水样的重量应不少于2.5kg。(2) 降水氚浓度恢复 降水氚的输入浓度是进行计算的基础资料，由于我国缺乏这方面的系统长期观测资料，因此需要对历年降水氚浓度进行恢复。 大巴山隧道氚浓度恢复计算 1999年7月，大巴山隧道水文地质勘测中，取水样16瓶，以便测定同位素氚的含量，籍以了

58、解地下水运动速度和评估隧道可能涌水量。 查本区从未进行过降水云团中氚含量的测定，故无法得知降水云团中氚含量的衰减速率。为此只好参考我国1978年5月降水中氚含量的地理分布资料，按经纬度，并兼及大陆效应和纬度效应，来推算本区1978年降水云团中氚的大概含量(图1)。 图1 我国1978年5月降水中氚含量等值线分布图表10 我国1978年5月降水中氚含量表地 点齐齐哈尔长 春扎鲁特旗赤 峰沈 阳北 京石家庄福 州氚(TR)23871918300101335100322314207745.01.3地 点南宁广州重庆莲沱武汉南京兰州济南氚(TR)32.6311.81.5113790574.12.965

59、.12.72211719515 经查大巴山隧道，位于东经1088和北纬3215左右，位于图1 中100TR线稍北，故取120TR作为大巴山隧道1978年降水中氚含量。 1978年的120TR到1999年的18.4TR，历经21年，如不考虑衰减快慢， 则平均衰减速率为4.838TR/a。 120120TR 110 110.324TR 大气降水中氚含量衰减率=4.838TR/a大 100 100.648TR 数学模形：气 90 90.972TR Y=497.3644.838X降 80 81.296TR 式中：X公元年代(年，后2位)水 70 71.62TR Y该年雨水中氚含量(TR)中 60 61

60、.944TR 氚 50 52.268TR含 40 42.592TR量 30 32.916TR(TR)20 23.24TR 10 18.4TR 078 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 99年(公元)图2 大巴山隧道历年降水中氚含量推测图 西康线秦岭特长隧道 铁一院西安分院与西南交通大学部级科研报告子报告一隧道裂隙水分布的水文地质概念模型研究的成果： 根据北半球降水氚值的对数与所在纬度呈正比关系，即logTL，并利用前苏联伊尔库茨克和香港站的降水氚资料，内插秦岭隧道地区同期的降水氚值(见表2)，再与国际原子能机构(IAEA) 提供的加拿大渥太华站同期降水氚值进行线性和对