工程地質及水文地質調繪是運用地質、工程地質及水文地質理論,對與隧道工程有關的各種地質現象進行觀察和描述,初步確定隧道工程的地質條件。將地層巖性、地質構造、巖溶洼地與落水洞等地貌特征和井、泉、暗河出入口等地下水露頭的分布、類型、水量、水質等工程地質條件及水文地質諸要素采用不同的顏色、符號,按精度要求標繪在一定比例尺的地形圖上,并結合勘探、測試資料編制工程地質圖、水文地質圖。
地質調繪是復雜巖溶隧道地質勘察工作的基礎!
一、工程地質及水文地質調繪內容
(一)地質調查內容
調查地層層序、巖層產狀,可溶巖與非可溶巖的相互關系、分布規律、埋藏條件;巖溶區褶皺、斷層等地質構造的性質、產狀、斷層帶的寬度、性質、裂隙發育特征、巖體破碎程度,并與地下水的活動相聯系,分析與巖溶作用的關系。
(二)巖溶調查內容
(1)巖溶地貌調查。調查各種巖溶地貌形態類型、分布范圍、排列方向、高程,巖溶泉和暗河的出露位置,覆蓋層的巖性、厚度,巖溶發育與近代侵蝕基準面的關系,巖溶發育與巖性、地質構造、裂隙發育程度、地貌單元、水系溝谷的關系。
(2)巖溶洞穴調查。調查與隧道工程有關的洞穴、暗河,確定洞穴的平面走向及代表性斷面形態;地下水水位、流速、流向、流量;洞內沉積物特征、成分及物理力學性質;洞穴發育所在層位與巖性、構造的關系;洞體的完整性及穩定性。
(三)水文地質調查內容
在調查巖溶泉、落水洞、暗河與出露的地層層位、巖性、地質構造關系及其高程、水位、水深、流量、水位變幅、流速的基礎上,為確定暗河來龍去脈進行重要水點的示蹤試驗,進行降雨量與出水量的長期觀測。在調查基礎上,分析巖溶水的補給來源,地表水或大氣降雨與地下水的轉換條件,巖溶水的排泄方式,地表水和地下水分水嶺位置。
二、巖溶隧道工程地質及水文地質調繪應用
(一)確定地層巖性和劃分巖溶巖組類型
(1)宜萬鐵路長大巖溶隧道主要穿越寒武系、二疊系、三疊系碳酸鹽巖地層。其中高風險性的長大巖溶隧道所穿越的地層如表3-2所示。
表3-2巖溶隧道主要地層巖性
隧道名稱 | 地層巖性 |
白云山隧道 | 主要發育寒武系中統覃家廟組、上統三游洞組和下奧陶統的碳酸鹽巖地層,局部地表發育白堊系的礫巖層 |
八字嶺隧道 | 主要發育有二疊系棲霞組、茅口組、長興組,三疊系大冶組、嘉陵江組等碳酸鹽巖地層,約占隧道長的90%,局部發育有二疊系吳家坪組灰質頁巖及煤系地層和志留系、泥盆系的碎屑巖地層 |
野三關隧道 | 主要發育有二疊系棲霞組、茅口組、吳家坪組、長興組,三疊系大冶組、嘉陵江組等碳酸鹽巖地層,約占隧道長的63.4%,志留系、泥盆系等碎屑巖占隧道長的36.6% |
大支坪隧道 | 主要發育志留系、泥盆系的碎屑巖和石炭系、二疊系、三疊系碳酸鹽巖,其中碳酸鹽巖長度為7 501m,占整個隧道長的85.5% |
魯竹壩 |
2號隧道 | 主要發育有二疊系茅口組、吳家坪組、大隆組,三疊系的大冶組、嘉陵江組的碳酸鹽巖地層,局部發育有白堊系的礫巖層 |
云霧山隧道 | 主要發育寒武系(下統天河板組、石龍洞組,中統高臺+茅坪組、光竹嶺組,上統耗子沱組)、奧陶系的灰巖、白云質灰巖、泥質白云巖等可溶巖地層 |
馬鹿箐隧道 | 主要出露地層有志留系中統、泥盆系的碎屑巖和二疊系、三疊系下統大冶組、嘉陵江組的碳酸鹽巖地層。其中二疊系棲霞組、茅口組、吳家坪組、長興組,三疊系大冶組、嘉陵江組等灰巖地層長度為7 408m,占整個隧道長的94.1% |
金子山隧道 | 隧道穿越三疊系下統嘉陵江組的灰巖地層和三疊系中統侏羅系的灰巖、泥灰巖地層 |
齊岳山隧道 | 主要地層為二疊系茅口組、吳家坪組、長興組,三疊系大冶組、嘉陵江組的碳酸鹽巖地層,三疊系巴東組碎屑巖夾碳酸鹽巖,須家河組,侏羅系的珍珠沖組、自流井組、新田溝組、下沙溪廟組、上沙溪廟組的碎屑巖地層。其中碳酸鹽巖長4.873km,約占隧道長度的46.3% |
別巖槽隧道 | 隧道主要穿越三疊系嘉陵江組、大冶組碳酸鹽巖和三疊系巴東組、須家河組、侏羅系珍珠沖組、自流井組、新田溝組、下沙溪廟組碎屑巖。其中可溶巖占整個隧道長的67% |
(2)巖溶巖組類型劃分。巖石成分和結構構造的差異,構成不同的巖類組合特征。從縱向剖面上巖類組合與巖溶發育強度和滲透特征劃分巖溶巖組類型,宜萬鐵路復雜巖溶隧道巖溶巖組類型主要有非碳酸鹽巖巖組、不純碳酸鹽巖巖組、純碳酸鹽巖巖組,如表3-3所示。
表3-3宜萬鐵路碳酸鹽巖巖溶巖組類型
寒武系水井陀組和石牌組為非碳酸鹽巖構成的地層,不發育巖溶;石龍洞組基本為碳酸鹽巖組類,上部為厚—巨厚的斑塊狀云灰巖,中、下部為間互型的灰巖與白云質條帶的組合或厚層灰巖夾白云質灰巖,隨分布和出露條件的不同,巖溶發育有較大差異,但總體是巖溶發育的層位;高臺組為不純碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖交互,單層和連續厚度較小,在水文地質上可視為隔水層;茅坪組為不純碳酸鹽巖夾碎屑巖或兩種可溶性弱的碳酸鹽巖的不等厚交互,總體結構不利于巖溶發育,其透水介質主要為裂隙及溶隙,在水文地質上屬于相對隔水層或弱透水層;光竹嶺組完全由純碳酸鹽巖組成,單層厚度、連續厚度及總厚度均較大,巖性為灰巖、白云巖,是有利巖溶發育的巖組,分布有大型巖溶管道,構成集中型巖溶水系統。覃家廟組、大水井組毛田組均為不純碳酸鹽巖,巖溶發育較弱;三游洞群由純碳酸鹽巖組成,為厚—巨厚層白云巖、白云質灰巖,是有利于巖溶發育的巖組類型,洞穴及管道發育,是溶隙—洞穴與管道構成的巖溶水系統,屬強透水層。
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