一、岩溶水的分类

宜万铁路的岩溶水根据其不同的储存特征、岩溶水的不同特性,划分为:表层带岩溶水、岩溶孔隙水、岩溶裂隙水、岩溶洞穴水、岩溶管道水、岩溶地下河和岩溶大泉等类型,如表2-9所示。

表2-9岩溶水类型表

岩溶水类型组合方式非均质性各向异性流态类型流态特征
表层带岩溶水以裂隙为主,裂隙间的组合很强层流连续流
岩溶孔隙水以孔隙为主,孔隙裂隙组合层流以连续流为主(缓流)
岩溶裂隙水溶隙、裂隙组合层流以连续流为主(缓流)
岩溶洞穴水以溶洞为主,裂隙、溶隙、洞穴组合较强层流和紊流以连续流为主
岩溶管道水以管道为主,裂隙、溶隙、管道组合紊流以连续流、非连续流为主(快速流)
岩溶地下河以较大直径管道、洞穴为主,裂隙洞穴、管道组合紊流以连续流、非连续流为主(快速流)
岩溶大泉以管道裂隙为主,管道、裂隙组合紊流和层流以连续流为主

二、岩溶水富集地段

碳酸盐岩地区岩溶发育的程度、岩溶水的富水性,受地层岩性、地层的整体结构、地质构造等控制。岩溶水的发育规律及发育程度与岩溶的发育规律及发育程度等具一致性。综合分析宜万铁路岩溶地区的岩溶、岩溶水的发育规律,得出岩溶水明显富集于如下地段:

(1)碳酸盐岩地区的强岩溶发育带。排泄基准面控制的浅部岩溶发育带。

(2)碳酸盐岩与碎屑岩阻水层、泥灰岩等相对阻水层的交界处,岩溶水运移受阻而汇聚、富集。如嘉陵江组碳酸盐岩与巴东组碎屑岩的交界处发育的白杨坪富集带及暗河、小溪暗河、齐岳山德胜场暗河等;志留系碎屑岩与二叠系栖霞组、茅口组灰岩交界处发育的马鹿箐隧道进口地区的油竹暗河;寒武系、奥陶系下统碳酸盐岩与奥陶系中上统泥灰岩、志留系碎屑岩的交接处发育的长阳背斜北翼岩溶水富集带等。

(3)褶皱构造核部。 背斜褶皱核部,特别是紧密背斜褶皱核部,岩体受强烈挤压、褶皱生成的多序次的破裂结构面特别发育,有利于地下水的活动,有利于岩溶的发育和岩溶水的储存,如齐岳山背斜核部发育的大量岩溶裂隙水、溶隙流、溶隙管道流;向斜褶皱核部有利于岩溶水的汇聚、富集,如八字岭向斜核部发育的牛 鼻子暗河、五爪观向斜发育的五爪观暗河。

(4)断层破碎带、节理裂隙密集带。该带自身岩体较破碎,同时促使后期岩溶的发育,呈带状富水,如野三关隧道F18断层为富水、导水断层(施工产生涌水并将浅部岩溶水导入隧道)。

(5)茅口组(P1m)上部因存在沉积间断历经了岩溶化的历程,发育“古岩溶层”,该古岩溶层是较好的储水层,如野三关隧道等都遭遇该层的突水。

(6)碳酸盐岩中的层间破碎带。岩层内原岩结构松散、胶结不好、裂隙发育(岩体被强烈切割呈碎裂结构),存在大量空隙,有利于岩溶水的储存、富集。如栖霞组(P1q)下部含煤地层及与碎屑岩的交界处结构松散、破碎,多成为含水层,野三关隧道开挖该层产生涌水并将3#暗河导入隧道。

三、岩溶水的地质结构

岩溶水的地质结构包括介质及其储水空间、地质构造所提供的含水体的延展空间的组合。岩溶水不同的含水介质(不同的碳酸盐岩)在同等外部条件作用下其岩溶化程度不同,提供的储水空间亦各异。不同的构造类型具不同的构造特征,其控制含水体的空间展布的状态、规律亦不同。因此,储水介质、地质构造是总结(划分)岩溶水地质结构需考虑的基本要素。各类含水介质、地质构造综合构成的储水空间上的组合,基本构成了三维空间岩溶水的地质结构。

岩溶水对铁路隧道工程影响最大,造成的危害也最大。因此,对宜万铁路岩溶地区进行的岩溶水地质结构的划分时,当侧重考虑隧道工程的需要。主要的岩溶水地质结构类型划分为均匀型、间互型(灰岩与相对阻水层相间)和单斜构造结构等类型,如表2-10 所示。

表2-10岩溶水地质结构类型表

续表2-10

四、岩溶水的补给、排泄与动态

(1)岩体中储存的岩溶水被不同的地形(陡坎、陡坡、河流谷坡)切割使岩溶水得以排出;有压岩溶水若被阻水层阻隔被压出地表而溢出。

(2)岩溶水排泄的形式有点状排泄、线状排泄。点状排泄多为集中排泄型,如大泉、暗河出口等;线状排泄多成线漫流,以线状分布的泉群形式排泄等。

(3)活动着的岩溶水(具备水流梯度势能)都尽力克服阻力向低处运移,即所谓“水往低处流”。河流是地表水、地下水汇流的集聚地,也是岩溶水相对最终的(较低处的、较长期的)排泄场所,因此,河流一般被认为是岩溶水的相对排泄基准面。

(4)排泄基准面作为岩溶水相对最低处的排泄场所,起着控制岩溶水的活动空间、限制岩溶水活动范围的作用。位于不同地貌位置、不同特征的河流(排泄基面),其控制的岩溶水的活动状态(水动力条件)各异,组构成不同的岩溶水水动力剖面(水动力剖面由垂直入渗带、季节变化带、水平流动带组成)。宜万铁路处在新构造运动不断上升、河流不断下切的山区,不同地貌区域其河流的下切强度不同。将其切割程度不同的河流(排泄基准面)分成浅切割河流、深切割河流两种。