1、第 59 卷 第 5 期2023 年 5 月GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY甘 肃 水 利 水 电 技 术Vol.59，No.5May，2023DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2023.05.010收稿日期：2023-03-22作者简介：苏 婷（1998-），女，云南个旧人，硕士研究生，研究方向：地下水科学与工程，E-mail：tingsu_。龙马山向斜岩溶水文地质特征及隧洞工程涌突水分析苏婷1，苏东院2，凌成鹏1，李少飞2，米健2（1.成都理工大学，四川 成都 610059；2.云南省水利水电勘测设计研究
2、院，云南 昆明 650021）摘要：滇中引水工程玉溪段小扑隧洞穿越龙马山向斜东侧可溶岩分布区域，在施工过程中发生涌突水灾害的可能性较大。通过对工程区的地层岩性、地质构造和水文地质条件进行分析研究，结果表明：龙马山向斜区域内管道岩溶水和构造岩溶水相互混杂，构成了复杂的岩溶水系统；研究区内二叠系阳新组（P1y）岩溶发育程度最高，富水性最强；隧址区主要划分为3个级岩溶水系统；小扑隧洞在穿越轿顶山-大垴坡岩溶水系统时，发生涌突水事故的可能性较大。关键词：向斜构造；岩溶水系统；隧洞涌突水；滇中引水中图分类号：P641；U453.6+1文献标志码：A文章编号：2095-0144（2023）05-0042-
3、041前言我国西南地区可溶岩分布广泛，岩溶发育强烈，地质条件复杂。随着云南省“兴滇战略”的实施，滇中引水工程正在设计与兴建中。工程建筑物以引水隧洞为主，引水线路穿越多个地质构造带，岩溶发育，地下水补给丰富，径流和地质条件复杂1。以小扑隧洞穿越龙马山向斜段为例来研究岩溶水文地质特征及涌突水情况，隧洞穿越了可溶岩地层和向斜储水构造带，其中管道岩溶水和构造岩溶水相互混杂，构成了复杂的岩溶水系统。因此，小扑隧洞施工存在较大的涌突水风险2。诸多学者对隧洞穿越可溶岩区的涌突水危险的识别做了专门研究。圆梁山毛坝向斜岩溶发育主要受岩性和构造控制，屈科等3据此分析了毛坝向斜岩溶发育的分布特征。大柱山隧洞横穿街子
4、坡复式向斜富水构造，杜宇本等4通过对街子坡复式向斜岩溶水系统及隧洞涌突水危险性研究，有效预测评价岩溶隧洞的涌突水危害。朱海明等5从水化学试验资料出发，对龙马山向斜的径流模式进行了分析，研究了该区域地下水径流和排泄规律。在对龙马山向斜地质条件进行详细调查的基础上，研究了岩溶水文地质特征，同时预测了小扑隧洞穿越向斜段可能发生涌突水的位置，为隧洞岩溶地质灾害预测及防治提供参考和依据。2地质背景2.1地形地貌与气象条件龙马山向斜位于云南省玉溪市，处在江城盆地与玉溪盆地之间，整体地势中间高，东西相对较低。由于受南部东西走向的桃园-长岭岗断层的切割影响，龙马山向斜南翼缺失，北翼保留完整。向斜区内可溶岩分布
5、以溶蚀地貌为主，包括石芽原野、溶丘洼地、岩溶断陷盆地等。研究区为亚热带气候，山区较平原区降雨量大，蒸发作用强烈。滇中引水工程小扑隧洞穿越段位于龙马山向斜北翼东侧，穿越段全长6 530 m。地表高程1 9002 200 m，隧洞埋深一般在50200 m，最大埋深为330 m。2.2地层岩性龙马山向斜核部岩性为侏罗系张河组（J2z）非可溶岩，轴部近东西向，南翼由于断层切割缺失，北翼地层由老到新依次为：震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系和侏罗系。研究区内可溶岩分布广泛，出露面积约占总面积的55%。可溶岩地层主要为二叠系阳新组（P1y）、石炭系中下统（C1+2）、泥盆系上统（D3）、震旦系
6、上统灯影组（Zbdn）和陡山沱组（Zbd）。根据地表岩溶发育情况统计，阳新组（P1y）42灰岩岩溶发育程度最为强烈，岩溶率较高。可溶岩地表岩溶发育特征见表1。表1可溶岩地表岩溶发育特征地层P1yC1+2D3ZbdnZbd岩性灰岩夹白云岩灰岩、白云岩、偶夹砂页岩白云岩夹白云质灰岩灰岩、白云岩白云岩为主，夹砂岩岩溶发育特征地表溶蚀严重，溶隙、溶孔、岩溶洼地、漏斗、竖井、落水洞、大型溶洞和地下暗河发育，溶洞、暗河规模较大地表岩体整体较完整，发育溶孔、溶隙，局部可见岩溶洼地，暗河管道发育，岩溶地层发育不均匀地表溶蚀较强，发育溶孔、溶隙、石芽和岩溶洼地，岩体较破碎，洼地规模较大，存在落水洞，局部岩溶较发
7、育地表溶蚀较强，多为陡崖地形，陡崖上有干溶洞，溶洞规模较小，地表发育溶孔、溶隙地表溶蚀中等，多为陡崖地形，暗河溶洞中等发育，岩体中偶有溶孔、溶隙发育岩溶分布/（个/km2）105105105105岩溶率15%30%5%20%2%20%10%20%5%10%岩溶发育程度分级强强-中等中等中等中等2.3地下水的补给、径流和排泄特征研究区地下水主要受大气降水补给，可溶岩分布地区地表发育有洼地、落水洞和溶洞，降水通过岩溶汇集后补给地下水。因此，龙马山地表岩溶发育程度较高地区为地下水的主要补给区。龙马山向斜在响水村一带存在地表分水岭，控制着向斜岩溶地下水顺岩层，向东西两端径流。地表水和大气降水在局部岩溶
8、负地形处汇集后，垂直入渗补给地下水，然后以管道形式向东西两侧以泉或地表水形式进行排泄。基岩裂隙水主要通过基岩裂隙与溶蚀裂隙的集中通道，由高处向低处径流，径流距离相对较短。部分基岩裂隙水通过溶蚀裂隙、溶洞、溶穴等通道与岩溶水贯通，形成岩溶裂隙水，通过地下岩溶管道进行径流排泄。地表水面为区域岩溶地下水的最低排泄基准面。龙马山向斜东端地下水向星云湖排泄，向斜西端向曲江支流大河排泄。地下水在径流过程中遇到河流切割、阻水层或断层时，多溢流成泉或以暗河形式排泄。龙马山向斜南部发育桃园-长岭岗断层，断层北侧是导水性岩层，南侧为相对隔水性岩层。地下水在断层处汇聚，受断层南侧隔水地层的影响，地下水沿断层走向流动
9、。当水流切割深部承压含水层，导致断裂带附近水位高于地面，就会形成地表温泉。图1是江城镇温泉村出露的温泉，流量稳定，水温在28 左右，水质较好。3岩溶水文地质特征3.1岩溶含水岩组划分研究区地下水类型主要为碳酸盐类岩溶水，有极少部分为基岩裂隙水。岩溶含水岩组主要为二叠系阳新组（P1y）、石炭系中下统（C1+2）、泥盆系上统（D3）、震旦系上统灯影组（Zbdn）和陡山沱组（Zbd）。由于地层中碳酸盐岩的纯度、地表岩溶发育情况和可溶岩与非可溶岩之间的组合关系不同，导致各岩溶含水岩组的富水性存在一定差异（表2）。（1）富水性强碳酸盐岩含水岩组为阳新组图1江城温泉村地表温泉第5期苏 婷，等：龙马山向斜岩
10、溶水文地质特征及隧洞工程涌突水分析第59卷43（P1y），厚度110305 m，以响水村分水岭为界，呈可溶岩条带状向南东、南西方向展布。地表及地下岩溶形态发育，地下水径流模数10.015.0 L/（skm2），暗河（大泉）流量50.0200.0 L/s。（2）富水性中等碳酸盐岩含水岩组为石炭系中下统（C1+2）、泥盆系上统（D3）和震旦系上统灯影组（Zbdn）。石炭系中下统（C1+2）主要由灰岩构成，厚度1080 m，岩溶发育程度与P1y类似。但是，由于厚度相对较小，故富水性为中等，地下水径流模数5.010.0 L/（skm2），枯季流量为10.050.0 L/s。泥盆系上统（D3）为厚层白云
11、岩，岩性单一，厚度在250m左右，地下水径流模数5.010.0 L/（skm2），枯季流量为1.020.0L/s。震旦系上统灯影组（Zbdn）为厚层白云岩，局部夹薄层碎屑岩，呈条带状分布，厚度130520 m，岩溶中等发育，地下水径流模数为5.010.0L/（skm2）。（3）富水性弱的碳酸盐岩夹碎屑岩含水岩组为震旦系上统陡山沱组（Zbd）。岩性为白云岩夹石英砂岩，厚度200 m左右，地表岩溶发育程度与Zbdn类似，厚度相对较小。地下水径流模数0.11.0 L/（skm2），泉水流量为0.11.0 L/s。3.2隧址区岩溶水系统划分根据研究区工程地质及岩溶水文地质条件，对工程区进行了水文地质单
12、元划分。水文地质单元的边界一般为：地表或地下分水岭、阻水的断层、岩体、隔水岩层（体）、可构成定水头补给与排泄的河流等地表水体。龙马山向斜在响水村附近存在分水岭，分水岭东侧为江城岩溶水系统（YH-1），西侧为玉溪岩溶水系统（YH-1）。小扑隧洞主要穿越分水岭东侧（即龙马山向斜东端）的江城岩溶水系统（YH-1），可以分为3个级岩溶水系统：蔡家庄岩溶水系统（YH-1-1）、西河岩溶水系统（YH-1-2）和祭天山-黄营岩溶水系统（YH-1-3），各系统的富水性特征见表3。由于蔡家庄岩溶水系统位于向斜东北方向被隔水层包围的封闭水系统内，故对小扑隧洞施工基本无影响。富水性强中等弱含水岩组名称碳酸盐岩碳酸盐
13、岩碳酸盐岩夹碎屑岩地下水类型碳酸盐岩类岩溶水碳酸盐岩类岩溶水碳酸盐岩类岩溶水地层P1yC1+2、D3、ZbdnZbd表2岩溶含水岩组的富水性差异水系统分级I星云湖岩溶水系统YH-江城岩溶水系统YH-1蔡家庄岩溶水系统YH-1-1西河岩溶水系统YH-1-2祭天山-黄营岩溶水系统YH-1-3轿顶山-大垴坡岩溶水系统YH-1-3-1下麦冲-上麦冲岩溶水系统YH-1-3-2地层D3、Zbdn、ZbdZbdn、ZbdP1yC1+2、D3富水性富水性一般岩溶发育程度不高，富水性中等岩溶发育程度高，富水性强-中等岩溶发育程度高，富水性中等-强表3向斜东端岩溶水系统划分及富水性特征4隧洞涌突水分析由于向斜构造
14、是良好的储水构造，研究区内可溶岩地层分布广泛，岩溶发育程度较高，故隧洞在施工过程中发生涌突水危害的可能性较高。通过对小扑隧洞穿越龙马山向斜东端岩溶水系统的部分段落进行分析研究，可以得到以下结果。（1）桩号YX23+085YX23+935 m段穿越西河岩溶水系统（YH-1-2），主要为震旦系的灰岩、白云岩，岩溶发育程度不高，岩体中岩溶形态以溶孔、溶隙为主，很少见到大型溶蚀空间或岩溶管道。隧洞底板高程低于地下水位，地下水位与隧洞顶板存在一定的高差。隧洞洞身承受静水压力，施工过程中可能会有较大的涌突水风险。（2）桩号YX24+119YX25+528 m段穿越下麦2023年第5期甘肃水利水电技术第59
15、卷44冲-上麦冲岩溶水系统（YH-II-1-3-2），主要为泥盆系和石炭系的灰岩、白云岩，岩溶发育强烈，地表有溶洞、落水洞等岩溶形态出露，富水性较好，在可溶岩、非可溶岩地层接触带或断层带附近岩溶发育特别强烈。隧洞底板高程低于地下水位，施工过程中存在涌突水风险。（3）桩号YX25+545YX26+896 m段穿越轿顶山-大垴坡岩溶水系统（YH-II-1-3-1），主要为二叠系阳新组可溶岩，岩溶发育非常强烈，存在溶洞、落水洞、暗河管道等岩溶形态。隧洞围岩局部稳定性差，在地下暗河与隧洞相交位置附近，存在地下岩溶塌陷的可能。施工过程中可能会揭露出隐伏溶洞，需要特别重视洞壁变形、坍塌、岩溶塌陷等问题，及
16、时做好隧洞围岩的支护。由于隧洞位于地下水位以下，开挖过程中可能存在地下暗河、管道等形式的涌突水、突泥、岩溶塌陷等灾害。施工排水可能会导致暗河出口重要泉点（黄营村黑龙潭泉、大龙潭泉等）产生减流现象，甚至出现疏干现象。同时，还存在地下水环境影响问题。（4）桩号 YX30+200YX31+000 m 段穿越桃园-长岭岗断层。受断层影响，地表的砂泥岩地层与下伏可溶岩将会贯通，断层带岩层相对较破碎，可能会发生较大规模的突（热）水、突泥。5结论通过对龙马山向斜地层岩性、地质构造进行分析研究，查明了向斜区域岩溶发育程度和岩溶地下水补给、径流和排泄特征，提出了小扑隧洞施工过程中发生涌突水灾害的危险段，得出的主要结论如下。（1）龙马山向斜出露的可溶岩地层中，P1y地层岩溶发育最为强烈，岩溶率达15%30%，其余可溶岩地层C1+2、D3、Zbdn和Zbd发育程度以中等为主，岩溶率5%20%。（2）通过分析地下水补给、径流和排泄条件，结合可溶岩地层发育程度和含水岩组富水性分析，龙马山向斜分水岭东侧为江城岩溶水系统（YH-1），进一步可以划分为蔡家庄岩溶水系统（YH-1-1）、西河岩溶水系统（YH-1-2）和
