白杨坪暗河发育特征及其对宜万铁路工程的影响

洪 平

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

0 引言

白杨坪暗河位于长巴河北侧的长巴河—淹水坝—白杨坪—周家湾一线(图1)。线路之东岳宫隧道、南场隧道、南场中桥、白杨坪隧道、倒吊子1#—5#大桥等都位于该暗河附近，特别是DK192+900—DK196+800段线路平行且位于暗河上方，暗河对工程影响较大。

1 区域地质背景

测区位于鄂西南中山区，山脉走向以北东向为主，气候温和多雨。形成以丘(峰)丛洼地、落水洞为主的地貌景观。

区内出露地层主要为:三叠系下统嘉陵江组(T1j)碳酸盐岩，三叠系中统巴东组(T2b)泥岩、泥质砂岩，岩层产状85°～157°∠25°～35°，T2b组成白杨坪向斜核部，T1j组成翼部。巴东组碎屑岩为区域阻水层，嘉陵江组可溶岩岩质纯，在水的作用下岩溶异常发育，落水洞、岩溶洼地沿岩层走向发育，白杨坪暗河发育在巴东组碎屑岩与嘉陵江组可溶岩的交界部位(见图1)。

2 白杨坪暗河发育特征

2．1 地貌对岩溶的控制作用

地形条件控制区内岩溶水输入方式和地下水势能，影响岩溶发育。周家湾台原区处于尚未解体之高原面上，岩溶洼地、落水洞密布，地表径流差区大气降水就地补给，垂向岩溶强，岩溶发育非均一性强;白杨坪溶蚀封闭洼地区、林河—淹水坝溶蚀槽谷区大气降水成面状和线状补给地下水，岩溶发育以单斜岩溶管道为主。暗河无明显入口，出口标高为472．76 m。

2．2 地层岩性对岩溶的控制作用

白杨坪地区T2b碎屑岩为区域阻水层、T1j碳酸盐岩为强溶蚀地层，其两者接触处常是岩溶水富集地区和岩溶地下水强烈活动场所，也是强岩溶发育地带，这些为白杨坪暗河发育提供了极好的条件。

2．3 地质构造对岩溶的控制作用

构造运动使碳酸盐岩体发生破裂形成裂隙，这是岩溶作用得以进行的先决条件。裂隙不断溶蚀，形成形态各异的落水洞、溶蚀洼地，宽缓向斜有利于岩溶水富集和岩溶发育。

2．4 岩溶水的补径排条件

周家湾台原区为碳酸盐岩溶蚀丘陵台地，台原内落水洞、溶蚀洼地散布其间，成为降雨集中渗漏地和暗河源头补给区，汇水面积约4 km2。

暗河中段补给、径流区为白杨坪溶蚀封闭洼地区，该溶蚀封闭洼地位于碎屑岩与碳酸盐岩交界处，即暗河发育位置。封闭洼地总汇水面积约13．8 km2。降雨沿两侧山地、斜坡渗流汇入洼地低地、漏斗，或地表径流直接注入洼地中的漏斗，再汇入地下暗河。

林河—淹水坝溶蚀槽谷区为白杨坪暗河下游补给、径流区，通过该区向长巴河排泄。槽谷低地由带状洼地和带状漏斗组成，是汇水集中入渗地带，也是暗河所在位置。该区汇水面积约10．8 km2。

总之，地貌、岩性、构造等为白杨坪暗河的发育创造了条件:提供了补给源(总汇水面积28．6 km2)、聚集汇水和暗河径流活动的场所及暗河排泄去处，使白杨坪暗河具备暗河的完全特征［1］。

图1 白杨坪地区暗河平面示意图Fig.1 Schematic plan of underground river of Baiyangping1．三叠系中统巴东组;2．三叠系下统嘉陵江组;3．暗河(上为进口，下为出口);4．岩层产状;5．岩溶洼地。

3 岩溶对宜万铁路工程的影响分析

宜万铁路东岳宫隧道出口—水田坝隧道进口间的线路平行白杨坪暗河并展布于暗河上方的带状洼地中，受其影响的工点有东岳宫隧道、南场隧道、南场中桥、白杨坪隧道、倒吊子 1#、2#、3#、4#大桥。

3．1 岩溶对铁路工程的影响分析

3．1．1 岩溶对桥梁工程的影响分析

(1)暗河水位标高以上的强岩溶化岩体为极不均匀的松散结构体，勘探数量、深度及勘探资料对强岩溶化岩体物质组成、强度等的分析评价影响桥基类型的选择。

(2)强岩溶化岩体发育深度受暗河水位和暗河底标高控制，该深度范围内溶蚀岩体，其溶蚀残留土、溶蚀残留岩体(块)分布不均匀和各向异性，影响持力层的选择;“强岩溶化岩体”中的“残留岩体(块)”分布不完整、不均匀，若选此“残留岩块”作持力层时，需特别慎重，勘探数量和深度应充分考虑其复杂变化的特性，确保其作为持力层应有的足够的安全宽度和厚度，若勘探控制不严、稍有不慎，造成误判将留下隐患。

如倒吊子1#大桥宜昌台:定测时(施工图)情况见表1。施工过程中出现的变化见表2。

从表中反映的情况说明:①强岩溶化岩体发育较深，＞70 m，标高可达563．65～549．55 m。②因为勘探点数量、深度不够，对强岩溶化岩体中的“残留岩体”控制不严密，误选作持力层，造成实际情况与设计不符，设计变更。

3．1．2 岩溶对隧道工程的影响分析

(1)各隧道均位于表层松散层或强岩溶化岩体中。强岩溶化岩体因溶蚀而解体，除保留部分极不均匀残留岩块外，多成溶蚀土、溶蚀碎石(块)土，呈松散结构;该强岩溶化岩体深入隧道路肩以下相当深度:南场隧道路肩以下50～57 m，白杨坪隧道路肩以下58～60 m。

①强岩溶化岩体呈松散结构，围压大、来压快，易变形、塌方，浅埋地段易冒顶。一旦塌方、冒顶，将增加处理难度。②隧道底部因该强岩溶化岩体松散、工程特性复杂、强度较低且不均匀，隧道基础、支护结构需加强处理。

(2)南场隧道、白杨坪隧道洞身皆穿越具一定汇水面积的封闭漏斗洼地(表3)，降雨形成的地表径流和汇聚的地下水集中注入和渗入漏斗→经过隧道→再汇入深部暗河。入渗水的浸泡和渗流活动将改变强岩溶化松散岩体的物理力学特性，降低其强度，引起隧道周边围岩受力条件改变，围压骤增，导致大变形、大塌方(施工频繁发生坍方，如南场隧道DK193+558—+572于2007年8月9日发生突发性冒顶坍方，地面形成14 m(纵长)×12m(横宽)×10m(深)陷坑);上述渗流活动过程即使隧道建成后仍将长期存在，处理不当将留下隐患。

表1 吊子1#大桥宜昌台施工图桩基情况表Table 1 Table of pile foundation of Yichangtai working drawing

表2 吊子1#大桥宜昌台施工变更表Table 2 Change table of Yichangtai work

表3 南场隧道、白杨坪隧道涌水量预测表Table 3 Forecasted statement of outflow in tunnel

4 结论

白杨坪暗河对宜万铁路工程影响较大，强岩溶化岩体的复杂性、不均匀性的特性，初期认识欠充分;对已施工的桥梁需引起高度重视和反思，仍值得重新慎重核查，以消除后患。隧道开展动态设计，及时针对隧道施工超前预报资料，结合有关监测结果及时修正设计，变更施工方案。

［1］ 顾湘生，刘坡拉．铁路岩溶工程地质勘察技术［M］．武汉:中国地质大学出版社，2012．