宜万铁路岩溶与地质构造：地质工程勘察技术

2．2．2　宜万铁路岩溶与地质构造

地质构造控制可溶性地层的展布和连续性，控制岩溶发育的方向、部位和空间展布，控制岩溶发育的强度和深度。

一、褶皱与岩溶的关系

褶皱变形的不同部位其变形强度和对地层的切割程度各异，破裂变形的力学性质不同、破裂程度不同，其裂隙介质的导水性也不同。它们往往控制地下水系统的边界，影响地下水流的交替强度，从而控制岩溶、岩溶水的发育。不同的褶皱部位其变形机制不同、破裂结构面切割程度不同，岩溶、岩溶水发育程度的差异亦明显。

（一）褶皱核部

（1）背斜核部。岩层受构造应力作用，于垂直主应力方向产生压缩变形，形成背斜、向斜褶皱构造。褶皱核部应力集中，岩层受强烈挤压，并产生以下现象：

1）与褶皱变形同时产生的、配套的第一序次的“X”形扭节理裂隙。

2）随着岩层的弯曲变形，弧顶产生第二序次的拉张应力，形成纵向张性裂隙。背斜核部该裂隙上宽下窄；向斜弧顶于中和面以下与背斜相反，上窄下宽。

3）随着褶皱变形的强烈，引起层面的大幅滑移，层间的扭应力（低序次）使层间产生大量破劈理。

4）随着褶皱变形的加剧，使岩层内物质顺层间引起重分配，使褶曲的顶部加厚，翼部变薄；刚性岩层（如灰岩）因厚度难改变，结果在褶曲顶部岩层间相互脱开（形成顶部“虚脱”现象），层间形成空隙空间。

褶皱核部是地应力集中、岩体变形最强烈的地方，上述破裂结构面的叠加，使节理裂隙集中、密集发育，提供强渗流通道，且易溶蚀成槽谷、洼地，有利于地表水的汇集及集中渗漏，为岩溶、岩溶水的发育提供了场所和条件。如齐岳山隧道工程区为紧密背斜褶皱，核部组成背斜山地，并发育纵向槽谷、洼地，有利于降雨、地表水的汇聚。岩层较陡立，层间裂隙（破劈理）、核部构造节理裂隙发育，有利于岩溶的发育及地下水的渗漏、储存。2006年7月5日暴雨（120mm/d）背斜核部DK363＋095～＋103掌子面右拱腰、边墙大突水达13 000m³/h（图2－4、图2－5）。

图2－4　齐岳山隧道地区水文地质平面缩图

1．地表河流及流向；2．断层；3．地层界线；4．分水岭；5．暗河及出口；6．泉

图2－5　齐岳山背斜核部纵断面涌水点

（2）向斜核部。向斜核部的受力变形机制与背斜核部类似，只是向斜核部岩层弯曲弧顶变形强烈部位位于中和面以下，处于深埋部位，岩溶化作用难于企及。但它对岩溶、岩溶水发育的控制作用仍不可忽视。

向斜核部处于负地形时，向斜两翼组成山地和斜坡，向斜核部标高最低，成为地表水和地下水汇聚、径流、排泄的场所，常发育大型暗河溶道，也常是排泄基面的所在地，如小溪暗河即发育于金子山复向斜的小溪次级向斜中（图2－6）。

图2－6　小溪河暗河系统平面示意图

1．暗河天窗；2．暗河及进出口

向斜核部处于正地形时，向斜核部为山地台原，山地台原发育的溶蚀洼地、岩溶漏斗分布于向斜核部，其方向与向斜轴向一致，核部岩层产状相向，接收台原岩溶洼地等的入渗和山地侧向岩溶水、地表水的补给，于向斜核部汇聚、径流成暗河（溶道型岩溶）。如八字岭隧道工程区为山地向斜，东、西、南三向被河溪深切，北部与大山相连；向斜核部上方山地台原岩溶发育，降雨入渗汇入核部；北部山地的岩溶水侧向补给向斜核部；北部山地下来的响水坪、张三坡两溪沟的地表水直接注入地下，上述入渗、注入水流于核部汇成牛鼻子洞暗河，沿轴向径流、排泄于泗渡河（图2－7）。

（二）褶皱的转折部位

背斜的倾伏端、褶皱的转折部位，岩层皆发生曲面弯曲，产生低序次应力场，岩层的受力条件与背斜核部类似，节理裂隙密集，有利于岩溶发育，是岩溶的好发部位。

（1）如别岩槽隧道为箱型背斜，核部岩层产状平缓，岩体变形、变动较小，节理裂隙欠发育；箱型背斜核部横剖面的两侧的转折端（核部产状平缓处至两翼产状变陡的转折部位）应力集中，岩体变形较大，破裂结构面（断层和节理裂隙）发育（如东翼的茨竹垭断层等），相应岩溶随之发育，庙坪暗河的主要径流段、隧道出口突水截流庙坪暗河的地段皆位于转折端（图2－8、图2－9）。

（2）如鲁竹坝隧道进口大型溶腔即发育于背斜倾伏端的转折部位（图2－10、图2－11）。

（三）褶皱翼部

翼部可溶岩与非可溶岩的交界处、相对阻水层的界面上下层位、层间裂隙发育的层位，多是岩溶水富集带（特别是上述情况下的陡倾岩层），沿途常常得到沿地层走向地表水的入渗补给（补给源丰富）；沿层间垂直渗流活跃，岩溶化程度高，汇聚后于层间多形成管道流（溶道）。宜万线这样的例子较多，如大支坪隧道志留系碎屑岩与下二叠系栖霞组、茅口组灰岩交界处（岩层陡倾）发育的管道流（溶道）系统、齐岳山隧道巴东组碎屑岩与嘉陵江组灰岩界面处发育的德胜场暗河（溶道）系统等。

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图2－7　八字岭隧道区水文地质缩图

1．地表河流；2．地层界线；3．暗河及进出口；4．分水岭

图2－8　别岩槽隧道区水文地质平面示意图

1．分水岭；2．推测暗河及出口；3．地下水流向；4．岩层界线；5．背斜轴道

图2－9　别岩槽隧道剖面背斜翼部转折端汇水示意图

图2－10　鲁竹坝2^＃隧道溶腔地质图

1．推测暗河及流向；2．实测暗河及流向；3．暗河天窗；4．岩溶洼地；5．地层界线；6．背斜轴部及倾伏端

二、结构面与岩溶关系

地质构造破坏了岩体的完整性，从而增加了岩石的透水性，改善了水在可溶岩岩体内的循环条件，强化了水的溶蚀作用，促进了岩溶的发育，因此，破裂结构面控制岩溶发育的强度。灰岩等的透水性主要有赖于风化裂隙、构造裂隙的发育程度，而风化裂隙仅及表层，构造裂隙才能涉及深部。因此，构造带（断裂带、裂隙密集带）是控制岩溶发育深度的重要因素。

图2－11　鲁竹坝2^＃隧道工程区水文地质图

1．河流；2．暗河；3．集水范围；4．断层；5．地下水流向；①五龙口—混水河暗河；②马石坝暗河；③獐角坝暗河

断裂、节理裂隙是岩体在构造应力作用下形成的破裂构造形迹，其展布具强烈的方向性。不同应力条件下产生的断裂、裂隙（压性、张性、扭性等）具不同的构造、结构特征，具不同的水文地质特性、不同的富水条件。富水程度一般张性大于压性破裂结构面。山地背斜（背斜核部为正地形）核部纵张裂隙贯通性好，横张裂隙强势；沿纵张裂隙多发育大型溶蚀洼地、串珠状漏斗，涉及较大范围的汇水面积，形成对地下的补给。横张裂隙溶蚀发育强烈，终将成导水通道，将背斜核部的岩溶水导入纵向（沿地层走向）富集带，形成管道流、暗河（溶道型岩溶）。如鲁竹坝隧道工程区为一背斜构造，地貌走向、次级分水岭、带状溶蚀洼地都与构造线一致；马石坝—混水河暗河沿强势的横向张裂隙（N60°—90°W）发育（图2－10）。又如，长阳背斜核部台原山地沿张性裂隙发育大型负地形的封闭洼地等，形成补给区，沿横张裂隙发育的溶隙（图2－12）将核部岩溶水导至“接触带”（奥陶系下统碳酸盐岩与奥陶系中上统泥灰岩阻水层接触带）汇聚成纵向富水带，形成纵向管道流。

隧道施工揭露的大型岩溶腔体、断裂涌水等，大多出现在张性裂隙或断层处。如野三关隧道F18张性断层，其本身富存裂隙水，同时导水性亦强，隧道开挖，除泄出大量裂隙水外，同时将3^＃暗河引入隧道；白果坝暗河右岸山坡隧道群（下村坝隧道、长鹰坝隧道等）沿横向强势的张裂隙带发育深大的岩溶腔体（图2－13至图2－15）。

图2－12　长阳背斜北部水文地质平面略图

1．暗河；2．分水岭；3．岩层界线；4．地表水流向；5．泉；6．背斜轴部；7．断裂构造

图2－13　下村坝－长鹰坝地区岩溶地质略图

1．地表洼地；2．岩层界线；3．断层；4．地表干沟；5．暗河；6．隧道

图2－14　下村坝隧道遭遇溶腔剖面示意图

图2－15　长鹰坝隧道遭遇溶腔剖面示意图