别岩槽隧道全长3721m,洞身最大埋深530m,全隧道处于单面下坡。隧道主要穿越三叠系嘉陵江组、大冶组碳酸盐岩及三叠系巴东组、须家河组、侏罗系珍珠冲组、自流井组、新田沟组、下沙溪庙组碎屑岩,其中可溶岩占整个隧道的67%。隧道穿越方斗山背斜和茨竹垭区域断裂。受背斜和断层控制,测区内形成背斜垄脊和碎屑岩山脊分流排水、纵向槽谷及岩溶洼地汇水、顺层形成管道流、集中排泄的岩溶水运移模式(图3-128)。
图3-128别岩槽隧道地下水运移模式示意图
(1)区内发育庙坪暗河和盐井暗河,其中,盐井暗河对隧道无影响。庙坪暗河在隧道出口右侧约50m处,出口标高比隧道出口低8m。该暗河未见明显入口,起源于茨竹垭洼地。主要汇集洼地的大气降水以及背斜核部台地的地下水通过横向裂隙或横向管道流汇入茨竹垭槽谷,地下水在槽谷沿茨竹垭断裂和岩层面作纵向运移,汇集在马家湾大型洼地,暗河主通道再沿横张节理以及茨竹垭断裂的次一级断裂——水塘沟断裂向西,在隧道右侧的凹槽处排出地表,全长约8km,平均水力坡度为26‰。测得最大流量为1 152L/s。
(2)在茨竹垭槽谷发育茨竹垭区域断裂,区域上延伸方向为NE—SW向,倾角50°~75°。根据地质调绘资料,该断裂带在隧道地表的出露位置为DK404+400~+440,走向约50°,倾向约140°,倾角约65°~75°,厚度约40m,主要由碎裂岩、角砾岩、断层泥及挤压透镜体构成。根据钻探和测井资料显示,Jz-Ⅲ03-别1孔的地下水埋深约207m,在327.8~329.6m裂隙发育并漏水,岩溶水的富水透水性较强; Jz-Ⅲ602-别3钻孔及测井资料显示,270.87~274.22m处仍发育有充填粉质黏土的溶洞,并且在347.52~352.84m地段裂隙仍很发育(图3-129),见溶孔,富水透水性依然很强,说明在茨竹垭槽谷处岩溶发育的深度大,隧道施工时(隧道洞身的埋深约370m)可能通过各种岩溶管道、溶隙和溶孔大量涌入隧道,造成大规模涌突水突泥,在施工中应引起高度重视。
图3-129别岩槽隧道工程地质纵断面图
(3)突水突泥、暗河改道是隧道施工可能遭遇的最主要地质问题,分析认为在茨竹垭区域断裂附近即茨竹垭洼地、嘉陵江组与大冶组接触面附近、背斜核部、F2、F3断裂附近可能发生大规模的涌突水突泥。在茨竹垭断裂和茨竹垭槽谷地段,暗河可能通过各种通道进入隧道,而在出口附近(DK406+300~+700),庙坪暗河位于隧道右侧不远处,暗河水可能通过F2、F3断裂或层间通道涌入隧道,改变暗河的排泄方式,成为地下水的排泄通道,引发大规模涌水。 必须采用全断面超前封闭止水,做好排水、防渗等措施,加强超前预测预报,并制定好灾害处理的各种预案措施。
预测隧道的最大涌水量为286 378m3/d,正常涌水量为55 681m3/d。
根据钻探和调查资料,茨竹垭槽谷地段隧道上方地下水头高160m左右,在背斜核部隧道上方地下水头高约200m。隧道在DK406+440附近的地下水头高约40m。
(4)该隧道采用了EH-4、V6两种方法探测深部岩溶发育情况,对两种方法的主要异常解释如下:
别岩槽隧道的岩溶异常分为表层水平发育的岩溶异常和具有一定深度的低电阻异常。 表层水平发育的岩溶异常分布于F1断层以后的整个灰岩出露地区,溶蚀深度近200m,并分别在DK404+825、DK405+450、+525和+950等处在150~200m深度处存在封闭的低阻岩溶异常,这些异常体与隧道标高有大于200m的高差,一般不会对隧道施工产生大的影响。在隧道标高附近,两种方法同时存在三处明显的低阻异常:DK404+000~+150,异常位于巴东组泥灰岩与须家河组砂页岩的接触层面上,其长轴方向与岩层产状基本一致,深度位于隧道洞身,V6的异常 比EH-4显得宽缓,位置向出口方向偏移,该异常有可能是岩性不均匀引起,但由于发育于岩性层面附近,且位于洞身,故仍判定为岩溶异常,设计施工应予以重视;在DK406+450和+600两处,存在明显的“V”形低阻异常,是以断层异常为主,伴随岩溶发育的异常,具强富水特征,以上三处异常为Ⅰ类异常。另外,在DK403+530、+700、+800、DK404+600、DK405+400和+550等处隧道标高附近,V6有相对低电阻异常,前三个异常位于碎屑岩层当中,分析应为岩性不均匀性引起;后三个异常分别位于嘉陵江组和大冶组地层中,有可能为岩溶发育所引起,其中位于DK405+550处异常,从地表附近就成“V”形谷发育,与DK405+525处浅部岩溶异常相叠在一起,极有可能与浅部岩溶相连通,此处也应为Ⅰ类异常,其余两处为Ⅱ类异常。
对上述物探异常,在施工中应引起高度重视,采取超前预报查明其具体位置、规模,确定其危害程度,采取相应工程措施,确保施工安全。
(5)在须家河组的顶部、底部以及珍珠冲组的底部有多层炭质页岩或煤线,在长期封闭状态下,存在一定量的瓦斯富集,隧道在开挖过程中通过上述地层时,可能遭遇有害气体,它会毒害人的身体,甚至引起燃烧和爆炸,造成严重事故。施工中应加强监测,并加大通风强度,根据监测成果,采取相应工程措施,确保人员及机具安全。另外,在以往的隧道施工还遇到黑色页岩层中同样会出现瓦斯的现象,如本隧道穿越的珍珠冲、自流井组地层中也要提防类似情况的发生,加强监测及通风,切不可轻视。
(6)别岩槽隧道周围有乌龙池、养马池、茨竹垭等海相上组合圈闭,别岩槽隧道从养马池圈闭构造上部通过。根据中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院完成的《宜万铁路新建工程天然气影响评价报告》结论:别岩槽隧道不会受到附近地下圈闭中天然气的影响,但施工中应注意J1z、T3x中可能存在的浅层天然气。在施工中应加强通风及监测,根据监测结果,采取相应工程措施。
(7)在须家河组底部和顶部、珍珠冲组底部含煤地段的地下水一般具硫酸根离子的弱侵蚀性,应采取水样进行化验,确定其侵蚀性,根据化验结果采取相应的工程措施。
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