水利水电技术第51卷2020年第12期
林永生，杜毓超，朱丹尼，等.贵州省德江隧道岩溶水文地质特征及涌水量预测[J].水利水电技术，2020, 51( 12): 63-70.
LIN Yongsheng, DU Yuchao, ZHU Danni, et al. Karst hydrogeological characteristics and water-gushing prediction of Dejiang Tunnel in Guizhou Province[Jl. Water Resources and Hydropower Engineering, 2020, 51 ( 12) ：63-70.
贵州省德江隧道岩溶水文地质特征及涌水量预测
林永生K2，杜毓超3，朱丹尼1>2，邹胜章
(1.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林541004;2.自然资源部、
广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室，广西桂林541004;3.山东大学
岩土与结构工程研究中心，山东济南250061)
摘要：针对我国西南岩溶地区隧道工程施工遭遇地下涌水灾害，严重影响施工进度、威胁施工安全 等问题，
开展隧道涌水预测。以贵州德江隧道为研究对象，在岩溶水文地质调查的基础上，结合岩溶 地貌类型、岩溶及岩溶水的发育特征，分析了隧道区内池坝地下河系统、闹水岩地下河系统与隧道的 水力关系。同时，对德江隧道分区段进行了水文地质评价。分别采用大气降水入渗系数法和地下水疏 干法，对隧道 Z K7+200—Z K8+150段、Z K8+550—Z K9+100段、Z K9+650—ZK10+500段等岩溶涌水 可能性极大段进行涌水量预测。结果显示，Z K7 +200—Z K8+150段涌水量达3. 79x l〇4m3/d,ZK8 + 550—Z K9+100段涌水量为 0. 43x l〇4 m3/d，而Z K9+650—ZK10+500段涌水量高达 18. 25x l04 m3/d。
结果表明，Z K9+650~ZK10+500为涌水高风险地段，需给予重视。本研究可为施工设计与水害防治 提供科学依据。
关键词：德江随道；岩溶水文地质特征；地下河系统；涌水
doi ：10. 13928/j. cnki. wrahe. 2020. 12. 008 开放科学（资源服务）标识码（O S ID):
中图分类号：P641. 6 文献标识码：A 文章编号：1000-0860(2020)12-0063-08
Karst hydrogeological characteristics and water-gushing prediction of Dejiang Tunnel
in Guizhou Province
LIN Yongsheng1'2,DU Yuchao3,ZHU Danni1'2,ZOU Shengzhang1'
(1. Institute of Karst Geology, CAGS, Guilin 541004, Guangxi, China；2. Karst Dynamiccs Laboratory,
MLR & GZAR, Guilin 541004, Guangxi, China；3. Research Center of Geotechnical &
Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061 ?Shandong, China)
A bstract：Aiming at the problem of water-gushing disaster to be frequently encountered during the tunneling construction within
the karst areas in the Southwest China, which is to seriously impact the construction progress and threaten the construction safety,
a prediction on the water-gushing during tunneling construction is carried out. By taking the construction of Dejiang Tunnel in
Guizhou Province as the study object, the hydraulic relationship of the tunnel to Chiba Underground River System and Naoshuiyan Underground River System within the tunnel area is analyzed in combination with the karst geomorphological type, karst and karst water development characteristics on the basis of the relevant karst hydrogeological investigation. Meanwhile, the hydrogeological
收稿日期：2020-03-12
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFC0406104)；中国地质调査局基本科研业务费专项经费资助（JYYWF20182001)；中国地质调査局 地质调査项目（DD20160302, DD20190825)
作者简介：林永生（丨985—），男，助理研究员，硕士，主要研究方向为岩溶水文地质、环境地质。E-mai丨：linyongsheng@ karst, ac. cn
Water Resources and Hydropou>er Engineering Vol.51 N o A263
林永生，等//贵州省德江隧道岩溶水文地质特征及涌水量预测
evaluation is made on Dejiang Tunnel in sections, while the water-gushing predictions on the sections with the maximum probabil­ity of water-gushing, i.    e. the section of ZK7 + 200—ZK8+150, the section of ZK8+550—ZK9+ 100, the section of ZK9+650— ZK10+500, etc. are made by means of both the atmospheric precipitation infiltration coefficient method and the groundwater drainage method. The results show that the water-gushing yield is 3. 79x104 m Vd of the section of ZK7+200—ZK8+ 150 and is
0. 43x 104 m3/d of the section of ZK8 + 550—ZK9+ 100, but the water-gushing yield of the section of ZK9+650—ZK10+500 is as
high as 18. 25x104 m V d, thus it is indicated that the section of ZK9+650—ZK10+500 is a section with high risk of water-gush­ing and then the relevant necessary attention must be paid to. This study can provide a scientific basis for the relevant construc­tion design and the water disaster control for the tunneling.
Keywords：Dejiang Tunnel；karst hydrogeological characteristics；underground river system；water-gushing
0引言
为适应贵州经济的发展，贵州省正在大力建设高 速公路。然而，贵州省地处我国西南岩溶集中连片典 型发育区，洼地、落水洞、地下河广泛分布[1_2]，对高速公路尤其是隧道建设提出了很高的挑战，岩溶隧 道突涌水事故屡有发生。因此，查明隧道岩溶地区水 文地质条件，分析岩溶发育规律以及岩溶地下水系统 特征[3—6]，对预防隧道涌水突水灾害、保障隧道施工 安全具有重要意义。
德江隧道位于贵州省德江至务川段，为德务高速 段内一特长隧道，降道全长5 500.00 m；进出口底板 设计高程分别为690. 49 m、795. 10 m，最大埋深557. 11 m。德江隧道工区内岩溶水文地质条件复杂、岩溶强烈发育，区内发育了两条大中型地下河（闹水 岩地下河和池坝地下河）。本文通过对德江隧道区岩 溶发育特征的调查分析，评价了深埋隧道岩溶水文地 质条件，并预测涌水量，以确保隧道施工安全及全线 顺利贯通。
1地质背景
可溶岩分布受地层岩性、地形地貌和构造控制[7]。区内出露地层以奥陶系、志留系及二叠系分布最广，三叠系仅涉及下统夜郎组灰岩。第四系仅洼 地、谷地底部见有些分布。其中，桐梓一红花园组 (〇,t-h)上部为中厚层灰岩夹白云质灰岩和白云岩，中下部为页岩、介壳结晶灰岩，底部含燧石石灰岩; 栖霞一茅口组（P2q-m)中上部为厚层灰岩，局部夹燧 石灰岩，下部以厚层灰岩为主，夹瘤状泥质灰岩；吴家坪一长兴组（P3w-c)为中至厚层灰岩、夹炭质页岩 及煤层。
德江隧道依次近似以正交横穿文新断层、长丰背 斜和石朝向斜。文新断层位属扭压性质的逆断层；长 丰背斜核部位于隧道桩号ZK7 + 347附近；石朝向斜核部位于隧道桩号ZK10+195附近（见图1)。
2岩溶地貌及个体形态特征
如图2所示，隧道区内根据地貌形态的不同，可 划分为岩溶峡谷、溶丘谷地和溶丘洼地等三大类地貌。
岩溶峡谷：分布于研究区东侧，主要发育于奥陶 系碳酸盐岩地层，沟谷深切、山峰耸立，高程范围在 700〜1 300 m间，地形高差普遍较大、坡度较陡，以垂向岩溶作用为主，纵深发育的溶洞、溶缝常见，地 表水及地下水的冲刷作用明显、
溶丘谷地：分布于石朝向斜轴部，小反水至沙 溪村一带，呈长条状展布，主要发育于二叠系上统 碳酸盐岩地层，地势略向南倾斜，整体较平坦，高 程范围为980〜1100 m，地形高差约100 m；谷内 溶丘散布，丘顶多浑圆，丘高在数米到数十米不等；岩溶作用以水平发育为主，地下形成宽大、复 杂的地下河管道，地表洼地、落水洞多沿谷地轴向 成片分布。
溶丘洼地：主要沿石朝向斜两翼、二叠系中统栖 霞一茅口组灰岩地层分布，于南部闹水岩村北侧陡崖 处圈闭，呈环形条带状。溶丘多成倒锥状或馒头状，各溶丘间以大小不等、形态各异的洼地相连，洼地多 为漏斗状和锅底状，其底部常发育有落水洞，洼地底 部与溶丘顶部的相对高差一般在几十米，高程范围为 1100〜1 300 m0
岩溶区在水流冲刷和溶蚀的作用下形成独特的 地表和地下岩溶形态[8]，这些多样的岩溶形态成因 及发育均有一定相关性，因此它们中的一些可以形 成岩溶的组合类型。根据隧道区岩溶形态特征调查，区发育的主要岩溶个体形态划分为溶沟溶槽、岩溶洼地、落水洞、溶洞、溶蚀裂隙、地下河管道 六种类型。其中，地下河管道为隧道涌水最大的风 险来源。
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/四堡水库
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漆树坨
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会塘
代家坪.梅子庄
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n n 岩溶泉同洼地 PTi 地下河出入口r ^i 地下河r ^i 落水洞i n
天窗地层代号 地质界线
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断层
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分水岭 背斜
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Z ]向斜 S 3隧道线
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图1
隧道区水文地质
3地下河系统及特征
区内岩溶地下水系统的空间分布主要受地形地
貌、地质构造共同控制[9M °]，表现在：岩溶地下水系 统的空间总体展布是受北北东向展布的石朝向斜
、北 东向的长丰背斜及文新断层的控制，大致以三会唐一 袁家坡一大火堰地表分水岭为界分为东、西两大部
分：东部受长丰背斜、文新断层控制形成池坝地下 河；西部由于石朝向斜控制形成闹水岩地下河。
示踪试验是研究地下水径流特征的有效方法，尤 其是应用在岩溶地区的地下河系统，可相对直观地了 解地下河管道延伸“轨迹”、含水介质空间结构、发 育规模及其类型，确定地下水流向和流速，掌握地下 管道间及管道与地表间的水力联系程度。
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2 km
3. 1 示踪试验
由于闹水岩地下河系统上游（补给区）落水洞、 地下河人口较多，地下河人口与地下河出口之间地下 结构、形态尚不清楚，特别是四堡水库、汪家坝消水 洞水流进人地下后，是否是向南径流，最后汇人闹水 岩地下河系统，关系到地下水系统边界的划分问题。 3. 1.1 投放点与接收点选择
闹水岩地下河系统北部汪家坝、四堡水库一带， 发育多个消水洞，为了摸清该区与闹水岩地下河的水 力联系，同时确定系统北部边界，选择北部汪家坝、
朱丹个人资料简介四堡水库消水洞为投放点，闹水岩地下河出口为接收
点（见表1)。示踪剂分别选用荧光素钠、罗丹明B 。 在闹水岩出口，采用荧光光度计FL  30—662型自动 监测，结果如图3所示。3.1.2 示踪结果分析
如图3所示，地下河系统北部汪家坝落水洞投放 的荧光素钠在地下河总出口有着良好的曲线，表明地 下河管道由汪家坝消水洞至地下河出口彼此连通。同 样在四堡水库消水洞处投放的罗丹明B 在地下河出 口接收到，呈较好的曲线，峰值更为明显，表明四堡
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690
|灰岩 |溶蚀裂隙
表1
示踪投放点与接收点基本情况
图4
池坝地下河剖面
类别地点岩溶类型出露流量/
示踪剂
高程/m
L • s_ 丨名称用量/kg 投放点
汪家坝落水洞1 116
0.5-1荧光素钠2
四堡水库
消水洞
1 1300.5罗丹明B 9.5
接收点闹水岩地下河出口
920
400-600
水库消水洞与地下河出口连通。从而确定了地下河北 部边界在四堡水库，进一步确定了地下河系统特征。 3.2地下河系统特征 3.2.1 池坝地下河系统
池坝地下河系统出口位于德江县龙泉乡池坝村， 出露于山谷南侧，汇水面积4.1 km 2。该系统主要受 长丰背斜及文新断层的控制，长丰背斜核部出露桐
梓_红花园组（0,t -h )灰岩，翼部为湄潭组（0,m
)、
中上奥陶统（〇2+3)和石牛栏组（S lSh )等碎屑岩夹碳酸 盐岩含水岩组，呈北北东向展布。文新断层为北北东 方向的断层，划分中上奥陶统（02+3)与志留系龙马溪
(S ,In )。
地下河主要接受米山方向汇水的补给，沿北
东方向径流，在池坝的山谷南侧出露（见图4)。3.2.2 闹水岩地下河系统
闹水岩地下河系统出口位于德江县龙泉乡闹水 村，出露于山体半山腰处，高程920 m ，汇水面积 29. 1 km 2。该系统处于溶丘洼地，沿石朝向斜发育。 石朝向斜核部为夜郎组（T ,y )，翼部由吴家坪一长兴 组（P 3w -c )和栖霞一茅口组（P 2q -m )等灰岩组成，向
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