目前对岩溶发育深度这一问题的认识,由于探测技术手段的局限性而处于感性认识阶段。对于“深岩溶”,目前尚未有确切的界定。宜万铁路出现的“深岩溶”,暂作如下分类:区域深岩溶、 局部深岩溶、层间深岩溶、构造深岩溶、独立单管式深埋岩溶(深埋管道流)、深埋古岩溶。

一、区域深岩溶

发育于区域地下水位以下的岩溶,即浅层岩溶带(垂直渗流带+水平循环带)以下的深部循环带发育的岩溶(属传统定义的深岩溶),称之为区域深岩溶。

在当地排泄基面以下的深岩溶,其岩溶水不受当地排泄基面制约,一般为静态水,岩溶亦不发育;只有当它向更远的排泄基面排泄运移时,由于存在水的循环活动而岩溶相应发育。由于该带深部岩溶水的活动微弱(往深部更趋微弱),所以相应岩溶发育的深岩溶亦微弱。

二、局部深岩溶

考虑到铁路隧道设计、施工的需要,将局部特殊水文地质条件环境下发育的特别深厚的岩溶发育带(垂直渗流+水平循环带)、厚度大于200m的深岩溶,称之为局部深岩溶。

三、层间深岩溶

在背斜山地台原补给→两翼分流→遇阻水层阻隔汇聚或层间富水层“吸纳”汇聚→纵向径流→不受当地排泄基面制约向更远的排泄基面排泄的条件下,于聚水层间发育的较深的岩溶,称为层间深岩溶。如大支坪隧道工程区进口端有三个相对独立的水文地质单元:水洞坪封闭洼地单元、水谷坝槽谷单元、向家坪洼地单元,发育不同类型的层间深岩溶 (图2-16) 。

图2-16大支坪地区水文地质平面缩图

1.地表河流;2.推测暗河及流向;3.分水岭;4.岩溶洼地

图2-17水洞坪封闭洼地单元岩溶发育剖面示意图

(1)水洞坪封闭洼地单元。为支井河岸坡近旁的大型岩溶封闭洼地(汇水面积6km2),降雨汇水集中注入,快速顺岩层走向排泄,水营力剧烈,随着支井河的不断下切,垂向岩溶化快速发育,致岩溶发育深度较大,岩溶发育深度达200m(图2-17)。

(2)水谷坝槽谷单元。水谷坝槽谷为顺陡倾岩层发育的纵向谷,纵向谷汇水面积较大,汇聚渗漏,地表槽谷溪沟成干谷,渗漏水于谷底岩层层间汇聚,纵向径流,向更远的排泄基面排泄,远处排泄基面不断下切,水流相应适应性下切,促成局部层间深岩溶的发育,隧道处岩溶发育深度达260m(图2-18)。

(3)向家坪洼地单元。栖霞组(P1q)、茅口组(P1m)灰岩夹于志留系(S)碎屑岩与吴家坪组(P2w)页岩等阻水层之间,志留系碎屑岩组成山地分水岭,栖霞、茅口组灰岩位于分水岭坡脚,组成低地,构成纵向串珠状封闭洼地负地形。志留系山地降雨形成的径流、地下水皆汇聚于该灰岩层,连同自身地表的入渗水,受吴家坪组阻水层阻隔而汇聚,循纵向径流,向更远的排泄基面排泄,由于地壳不断上升,水流不断下切,岩溶发育有利于向深部扩展,隧道处岩溶发育深度达300m(图2-19)。

图2-18水谷坝槽谷单元岩溶发育剖面示意图

图2-19向家坪洼地单元岩溶发育剖面示意图

相应隧道标高处发育的岩溶区段为:DK130+500~DK132+100(水洞坪单元区)、DK132+100~DK133+700(水谷坝单元区)、DK133+700~DK134+400(向家坪单元区);岩溶发育形态如图2-20所示;溶腔充填物主要为软黏土夹砂、砂夹卵石(图2-21)。

图2-20大支坪隧道溶腔平面形态图

图2-21大支坪隧道溶腔充填物

DK132+990溶腔,在I线发育范围为DK132+940~DK133+035,长95m;在II线发育范围为IIDK132+912~IIDK133+020,长约108m。迂回导坑揭示裂隙溶腔,分别为PDK132+940、PDK133+000左边墙。

四、构造深岩溶

构造深岩溶,为受构造控制而发育的深岩溶。在地质构造强烈地带,如断裂带、紧密背斜褶皱核部等部位,由于岩体受构造强烈挤压,被破裂结构面强烈切割而遭破坏,有利于岩溶水的循环活动,提供了岩溶水的活动空间,其水营力强度、溶蚀作用强度都较一般地区大,为岩溶发育向深部扩展创造了有利条件。构造深岩溶的特点:一般不局限于特定的地层层位,只要存在构造破碎带都有可能发育较深的岩溶。同等条件下,构造带发育的强度、深度比其他一般地区大。岩溶、深岩溶的发育方向受构造带的走向控制,沿构造带走向延展。

断裂带深岩溶,因断裂带岩体破碎,往往成为岩溶地下水局部集中、强烈交替循环、导水渗流等的场所,相应伴随发育深岩溶。如别岩槽隧道工程区茨竹垭断层,为一区域性正断层,断于巴东组(T2b)碎屑岩与嘉陵江组(T1j)灰岩之间。据JZ-别3深钻孔揭露:孔深80.88~89.63m、95.55~98.77m、270.87~274.22m发育充填型溶洞。孔深309m以下还可见溶孔。地下水位埋深235.5m。