一、巖溶水的分類

宜萬鐵路的巖溶水根據其不同的儲存特征、巖溶水的不同特性,劃分為:表層帶巖溶水、巖溶孔隙水、巖溶裂隙水、巖溶洞穴水、巖溶管道水、巖溶地下河和巖溶大泉等類型,如表2-9所示。

表2-9巖溶水類型表

巖溶水類型組合方式非均質性各向異性流態類型流態特征
表層帶巖溶水以裂隙為主,裂隙間的組合很強層流連續流
巖溶孔隙水以孔隙為主,孔隙裂隙組合層流以連續流為主(緩流)
巖溶裂隙水溶隙、裂隙組合層流以連續流為主(緩流)
巖溶洞穴水以溶洞為主,裂隙、溶隙、洞穴組合較強層流和紊流以連續流為主
巖溶管道水以管道為主,裂隙、溶隙、管道組合紊流以連續流、非連續流為主(快速流)
巖溶地下河以較大直徑管道、洞穴為主,裂隙洞穴、管道組合紊流以連續流、非連續流為主(快速流)
巖溶大泉以管道裂隙為主,管道、裂隙組合紊流和層流以連續流為主

二、巖溶水富集地段

碳酸鹽巖地區巖溶發育的程度、巖溶水的富水性,受地層巖性、地層的整體結構、地質構造等控制。巖溶水的發育規律及發育程度與巖溶的發育規律及發育程度等具一致性。綜合分析宜萬鐵路巖溶地區的巖溶、巖溶水的發育規律,得出巖溶水明顯富集于如下地段:

(1)碳酸鹽巖地區的強巖溶發育帶。排泄基準面控制的淺部巖溶發育帶。

(2)碳酸鹽巖與碎屑巖阻水層、泥灰巖等相對阻水層的交界處,巖溶水運移受阻而匯聚、富集。如嘉陵江組碳酸鹽巖與巴東組碎屑巖的交界處發育的白楊坪富集帶及暗河、小溪暗河、齊岳山德勝場暗河等;志留系碎屑巖與二疊系棲霞組、茅口組灰巖交界處發育的馬鹿箐隧道進口地區的油竹暗河;寒武系、奧陶系下統碳酸鹽巖與奧陶系中上統泥灰巖、志留系碎屑巖的交接處發育的長陽背斜北翼巖溶水富集帶等。

(3)褶皺構造核部。 背斜褶皺核部,特別是緊密背斜褶皺核部,巖體受強烈擠壓、褶皺生成的多序次的破裂結構面特別發育,有利于地下水的活動,有利于巖溶的發育和巖溶水的儲存,如齊岳山背斜核部發育的大量巖溶裂隙水、溶隙流、溶隙管道流;向斜褶皺核部有利于巖溶水的匯聚、富集,如八字嶺向斜核部發育的牛 鼻子暗河、五爪觀向斜發育的五爪觀暗河。

(4)斷層破碎帶、節理裂隙密集帶。該帶自身巖體較破碎,同時促使后期巖溶的發育,呈帶狀富水,如野三關隧道F18斷層為富水、導水斷層(施工產生涌水并將淺部巖溶水導入隧道)。

(5)茅口組(P1m)上部因存在沉積間斷歷經了巖溶化的歷程,發育“古巖溶層”,該古巖溶層是較好的儲水層,如野三關隧道等都遭遇該層的突水。

(6)碳酸鹽巖中的層間破碎帶。巖層內原巖結構松散、膠結不好、裂隙發育(巖體被強烈切割呈碎裂結構),存在大量空隙,有利于巖溶水的儲存、富集。如棲霞組(P1q)下部含煤地層及與碎屑巖的交界處結構松散、破碎,多成為含水層,野三關隧道開挖該層產生涌水并將3#暗河導入隧道。

三、巖溶水的地質結構

巖溶水的地質結構包括介質及其儲水空間、地質構造所提供的含水體的延展空間的組合。巖溶水不同的含水介質(不同的碳酸鹽巖)在同等外部條件作用下其巖溶化程度不同,提供的儲水空間亦各異。不同的構造類型具不同的構造特征,其控制含水體的空間展布的狀態、規律亦不同。因此,儲水介質、地質構造是總結(劃分)巖溶水地質結構需考慮的基本要素。各類含水介質、地質構造綜合構成的儲水空間上的組合,基本構成了三維空間巖溶水的地質結構。

巖溶水對鐵路隧道工程影響最大,造成的危害也最大。因此,對宜萬鐵路巖溶地區進行的巖溶水地質結構的劃分時,當側重考慮隧道工程的需要。主要的巖溶水地質結構類型劃分為均勻型、間互型(灰巖與相對阻水層相間)和單斜構造結構等類型,如表2-10 所示。

表2-10巖溶水地質結構類型表

續表2-10

四、巖溶水的補給、排泄與動態

(1)巖體中儲存的巖溶水被不同的地形(陡坎、陡坡、河流谷坡)切割使巖溶水得以排出;有壓巖溶水若被阻水層阻隔被壓出地表而溢出。

(2)巖溶水排泄的形式有點狀排泄、線狀排泄。點狀排泄多為集中排泄型,如大泉、暗河出口等;線狀排泄多成線漫流,以線狀分布的泉群形式排泄等。

(3)活動著的巖溶水(具備水流梯度勢能)都盡力克服阻力向低處運移,即所謂“水往低處流”。河流是地表水、地下水匯流的集聚地,也是巖溶水相對最終的(較低處的、較長期的)排泄場所,因此,河流一般被認為是巖溶水的相對排泄基準面。

(4)排泄基準面作為巖溶水相對最低處的排泄場所,起著控制巖溶水的活動空間、限制巖溶水活動范圍的作用。位于不同地貌位置、不同特征的河流(排泄基面),其控制的巖溶水的活動狀態(水動力條件)各異,組構成不同的巖溶水水動力剖面(水動力剖面由垂直入滲帶、季節變化帶、水平流動帶組成)。宜萬鐵路處在新構造運動不斷上升、河流不斷下切的山區,不同地貌區域其河流的下切強度不同。將其切割程度不同的河流(排泄基準面)分成淺切割河流、深切割河流兩種。