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峡口隧道间歇性岩溶涌突水过程及来源解析

罗明明 周宏 郭绪磊 陈乾龙 齐凌轩 况野

罗明明, 周宏, 郭绪磊, 陈乾龙, 齐凌轩, 况野. 峡口隧道间歇性岩溶涌突水过程及来源解析[J]. 地质科技通报, 2021, 40(6): 246-254. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0054
引用本文: 罗明明, 周宏, 郭绪磊, 陈乾龙, 齐凌轩, 况野. 峡口隧道间歇性岩溶涌突水过程及来源解析[J]. 地质科技通报, 2021, 40(6): 246-254. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0054
Luo Mingming, Zhou Hong, Guo Xulei, Chen Qianlong, Qi Lingxuan, Kuang Ye. Processes and sources identification of intermittent karst water inrush in Xiakou Tunnel[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2021, 40(6): 246-254. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0054
Citation: Luo Mingming, Zhou Hong, Guo Xulei, Chen Qianlong, Qi Lingxuan, Kuang Ye. Processes and sources identification of intermittent karst water inrush in Xiakou Tunnel[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2021, 40(6): 246-254. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0054

峡口隧道间歇性岩溶涌突水过程及来源解析

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0054
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41807199

中国地质调查局项目 12120113103800

中国地质调查局项目 DD20190824

湖北交投集团委托项目 2020296639

详细信息
    作者简介:

    罗明明(1989-), 男, 副教授, 主要从事水文地质环境地质方面的教学与研究工作。E-mail: luomingming@cug.edu.cn

    通讯作者:

    周宏(1962-), 男, 教授, 主要从事水文地质环境地质方面的调查与研究工作。E-mail: zhouhong@cug.edu.cn

  • 中图分类号: X43

Processes and sources identification of intermittent karst water inrush in Xiakou Tunnel

  • 摘要: 岩溶涌突水问题勘察与防治一直是隧道工程建设面临的难题。峡口隧道有着较长的岩溶涌突水历史,为了查明间歇性涌突水来源,探究岩溶水系统结构对涌突水过程的控制作用,综合利用水文地质调查、水文学和水文地球化学等方法对涌突水来源和过程进行了识别与分析。结果表明:在研究区孟家陵一带存在地下水分水岭,北部和南部的地下水分别向响龙洞和峡口洞排泄。在集中涌水事件中,次涌水总量与次降雨量具有显著的线性正相关关系,集中涌水与4条盲沟排水在水文地球化学特征上具有同源性,均来自于隧道北部的岩溶水;在隧道稳定排水期间,右洞北侧盲沟主要排泄隧道北部的岩溶水,其他3处盲沟排水则主要来源于碎屑岩裂隙水;集中涌水点位于峡口岩溶水系统的饱水带附近,强降雨导致隧道上方整体处于充水状态,涌水点截断了岩溶通道的快速流而发生涌突水,并且混合了小比例的基流。在岩溶涌突水问题研究中,综合利用多技术方法和多信息渠道验证可提高涌突水来源分析的准确性。

     

  • 图 1  研究区水文地质图

    J2s.沙溪庙组;J3s.遂宁组;O1n-h.南津关组+红花园组;∈2q.覃家庙组;∈1t+sl.天河板组+石龙洞组;∈1n+s.牛碲塘组+石牌组;Z21d.灯影组;Nh3n.南沱组;Pt3Tj.田家坪组;Ar2-3Dgn.郭家窑组

    Figure 1.  Hydrogeological map of the study area

    图 2  研究区三维水文地质结构示意图

    Figure 2.  Three-dimensional hydrogeological structure diagram of the study area

    图 3  峡口隧道2020年7-12月的涌突水过程

    ①~⑤代表 5次隧道涌突水事件,详细信息见表 4

    Figure 3.  Water inrush processes of Xiakou Tunnel from July to December 2020

    图 4  月度取样水化学成分对比

    Figure 4.  Comparison of chemical composition of monthly sampling water

    图 5  研究区不同水点的月度氘氧同位素分布

    Figure 5.  Distribution of monthly deuterium and oxygen isotopes at different water points in the study area

    图 6  次涌水总量与次降雨量的关系(①~⑤号为涌突水编号)

    Figure 6.  Relationship between event total water inrush and rainfall event

    图 7  右洞涌水点过程采样的氘氧同位素变化曲线

    Figure 7.  Variation curve of deuterium and oxygen isotopes in water inrush process of the right tunnel

    表  1  峡口隧道涌水历史

    Table  1.   Water inrush history of Xiakou Tunnel

    涌水位置 涌水时间 涌水路段里程桩号 最大涌水量/(m3·h-1) 涌水段围岩
    通风斜井 2011.08.28-2012.03.05 XJK0+077~101 300 大冶组(T1d)薄-中厚层灰岩
    隧道左洞 2012.05.07-2012.05.12 ZK107+552~555 480 栖霞组(P1q)灰岩夹页岩、泥层
    隧道右洞 2012.06.09-2012.06.29 YK107+555~595 360 栖霞组(P1q)中厚层灰岩夹泥层
    通风斜井 2014.08.31-2014.09.10 XJK0+077~101 500 大冶组(T1d)薄-中厚层灰岩
    隧道左洞 2020.04.19-2020.06.28 ZK109+225~275 300 嘉陵江组(T1-2j)薄-中薄层白云岩
    隧道右洞 2020.04.19-2020.11.30 YK109+229~279 14 947 嘉陵江组(T1-2j)薄-中薄层白云岩
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    表  2  2015-2016年月度水化学与氘氧同位素统计值

    Table  2.   Statistics of monthly water chemistry and deuterium-hydrogen isotope from 2015 to 2016

    取样位置 统计值 K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ SO42- Cl- HCO3- NO3- TDS δD/‰ δ18O/‰ 补给高程/m
    ρB/(mg·L-1)
    响龙洞 平均值 0.78 1.47 69.45 6.44 0.58 22.54 2.04 207.22 6.70 213.02 -53.20 -8.47 1 013
    标准差 0.14 0.22 11.02 1.04 0.14 5.85 1.14 24.94 1.98 21.77 4.04 0.45 -
    右洞北侧盲沟 平均值 0.97 2.58 62.17 5.00 0.55 15.55 1.62 195.68 2.65 188.37 -57.48 -8.98 1 225
    标准差 0.41 0.60 12.49 0.81 0.07 3.16 1.10 26.98 0.60 19.90 2.24 0.47 -
    左洞南侧盲沟 平均值 5.98 26.65 48.68 7.25 4.40 61.45 2.63 177.53 3.04 244.45 -59.53 -9.00 1 233
    标准差 2.02 10.50 11.45 1.30 1.68 22.36 1.21 26.12 1.12 29.49 2.39 0.39 -
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    表  3  水化学和稳定氘氧同位素测定结果

    Table  3.   The results of hydrochemistry and stable deuterium-oxygen isotopes

    取样地点 K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ SO42- Cl- HCO3- NO3- TDS δ18O/‰ δD/‰ 取样时间 备注
    ρB/(mg·L-1)
    通风斜井涌水 1.25 1.95 59.27 2.96 0.51 29.95 4.87 180 2.46 193 - - 2014.09.02 15 L/s
    通风斜井涌水 3.44 2.28 67.89 3.32 0.88 44.28 5.10 194 4.38 228 - - 2014.09.03 10 L/s
    右洞北侧盲沟 1.32 1.41 59.49 3.52 0.56 24.85 5.14 210 5.77 207 - - 2014.09.02 385 L/s
    右洞南侧盲沟 4.29 4.36 53.36 2.61 1.13 35.16 5.50 205 7.71 217 - - 2014.09.02 98 L/s
    左洞北侧盲沟 2.56 3.58 59.15 4.55 0.72 22.62 5.14 238 7.36 225 - - 2014.09.02 58 L/s
    左洞南侧盲沟 5.12 7.24 49.73 3.35 2.19 38.05 5.31 200 8.75 220 - - 2014.09.02 42 L/s
    孟家陵表层泉 0.34 1.08 40.20 12.20 0.04 6.44 0.62 168 0.29 247 -8.88 -51.63 2020.07.20 涌突水①
    右洞涌水点 3.49 1.21 64.80 8.74 0.65 15.20 1.15 189 2.81 312 -8.62 -53.09 2020.07.20 涌突水①
    右洞南侧盲沟 1.62 4.33 62.90 4.06 0.72 19.90 1.01 178 3.72 296 -8.80 -53.58 2020.07.20 涌突水①
    左洞南侧开孔 0.86 1.16 65.40 7.45 0.57 14.80 0.92 198 2.71 314 -8.46 -53.08 2020.07.20 涌突水①
    左洞南侧盲沟 1.23 2.38 63.90 7.46 0.87 20.60 0.95 191 2.71 327 -8.59 -53.09 2020.07.20 涌突水①
    响龙洞 0.85 1.54 73.30 6.79 0.55 21.20 1.33 210 5.90 342 -8.89 -53.96 2020.07.20 涌突水①
    孟家陵落水洞 3.42 0.84 36.80 1.40 1.18 7.80 0.46 120 2.32 174 -10.84 -69.39 2020.07.26 涌突水②
    右洞涌水点 1.48 1.31 66.60 9.68 1.05 27.00 0.91 251 1.10 339 -8.75 -52.21 2020.07.26 涌突水②
    左洞南侧开孔 1.36 1.32 65.80 9.30 0.97 23.10 0.90 235 2.08 323 -8.80 -52.06 2020.07.26 涌突水②
    响龙洞 0.69 1.65 75.20 7.65 0.84 20.10 1.35 253 6.16 354 -9.05 -53.70 2020.07.26 涌突水②
    右洞涌水点 2.77 2.09 61.80 9.90 2.14 24.30 0.97 214 2.05 305 -8.65 -54.39 2020.07.30 停止涌水
    左洞南侧盲沟 3.59 11.30 55.10 8.40 3.31 41.70 1.52 181 1.88 277 -8.56 -56.48 2020.07.30 停止涌水
    响龙洞 0.64 1.49 70.60 6.29 0.50 17.20 1.17 231 5.87 329 -8.51 -55.26 2020.07.30 停止涌水
    右洞北侧盲沟 0.88 2.83 56.70 3.50 0.45 14.10 0.78 211 3.50 293 -8.82 -55.11 2020.08.10 停止涌水
    右洞南侧盲沟 1.46 10.50 54.40 3.80 0.64 22.10 1.06 210 3.18 307 -8.92 -55.70 2020.08.10 停止涌水
    左洞北侧盲沟 6.00 24.60 44.00 9.80 3.85 61.90 1.84 185 0.59 334 -9.01 -57.61 2020.08.10 停止涌水
    左洞南侧盲沟 4.80 28.90 43.20 7.78 3.84 57.00 1.98 190 1.10 336 -8.92 -58.00 2020.08.10 停止涌水
    响龙洞 0.74 2.19 63.90 7.19 0.47 19.50 1.30 250 6.66 352 -8.70 -54.95 2020.08.10 停止涌水
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    表  4  次降水量与次涌水总量对比

    Table  4.   Comparison of event rainfall and event total water inrush

    编号 降雨日期 次降雨量/mm 次涌水总量/104m3 次涌水补给系数
    2020.07.16-07.18 54 43 0.44
    2020.07.25-07.26 35 25 0.39
    2020.10.01-10.06 140 123 0.48
    2020.10.14-10.15 13 16 0.66
    2020.11.17-11.24 83 75 0.49
    总计 325 281 0.47
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  • 收稿日期:  2021-02-28

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