重庆市市政设计研究院重庆400000
摘要：隧道穿越断裂破碎带时，涌水和突水突泥是主要的工程地质问题之一，严重影响施工安全和施工进度；以穿越梅家店断裂的某隧道为工程背景，利用大范围地质调查测绘、钻探、现场抽水试验、音频大地电磁法和钻孔综合测井等多种手段，基本查明了断裂破碎带的导水性和富水性；为涌水和突水突泥的预测提供了充分的依据。
关键词：隧道；断裂；导水性；富水性
WaterConductivityandWaterPropertyoftheMeijiadianFault
LeiYunpei，ChenZhiping
（ChongQingMunicipalDesigningResearchInstitute，chongqing530011）
AbstractWaterinrushandwaterinrushareoneofthemainengineeringgeologicalproblems，whichseriouslyaffecttheconstructionsafetyandconstructionprogress，andtakealargerangegeologicalsurveyandmapping，drilling，audiomagnetotelluricmethodanddrillingcomprehensivelogging，andsoon，withawiderangeofgeologicalsurvey，drilling，audiomagnetotelluricmethodanddrillingcomprehensivelogging.Thispaperfindsoutthewaterconductivityandwaterabundanceoffracturedfracturedzone，andprovidessufficientbasisforthepredictionofwaterinrushandwaterbursting.
KeywordsTunnel；Fracture；WaterConductivity；WaterProperty
1引言
隧道穿越断裂破碎带时，可能遭遇以下工程地质和环境地质问题：（1）涌水、突水突泥；（2）围岩塌方；（3）导致地表水渗漏。其中涌水、突水突泥和围岩塌方严重影响施工安全和进度。因此对断裂带富水性和导水性的判断就十分重要。
以穿越梅家店断裂的某隧道为工程背景，利用大范围地质调查测绘、钻探、现场抽水试验、音频大地电磁法和钻孔综合测井等多种手段，基本查明了断裂破碎带的导水性和富水性；为涌水和突水突泥的预测提供了充分的依据。可为类似工程提供借鉴。
2工程背景
2.1工程概况
拟建隧道为规划重庆市东西向城市主干路的一部分，隧道为分离式双洞单向行驶，左右线进口桩号为ZK3+650，出口桩号为ZK6+650；隧道长3000m，设0.85%+0.5%的人字坡。左右线中心间距为40m左右，净高9m，净宽12m，设计标高301.339～315.789m。隧道与断裂的相对位置关系如下图：
图1隧道与断裂的位置关系图
2.2地形地貌
隧道呈近东西向横穿缙云山南段。缙云山为北北东向条形山，山体狭长，山脉走向与构造线方向一致。缙云山为侵蚀构造低山区，呈单面山及列峰脊状低山形态，分布于温塘峡背斜的两翼，主要由三叠系上统须家河碎屑岩地层组成的陡峻单斜山岭，山势走向与构造线一致。隧道穿越区背斜轴部最大地面标高593m，背斜东翼隧道出口附近沟底高程为300m左右，背斜西翼隧道进口附近地面高程为280m左右。
2.3地质构造
1、温塘峡背斜
拟建金凤隧道横穿温塘峡背斜，该背斜走向北15°东，北段属新华夏构造系，北起多字山，经水口，南至江津长江南岸的油溪镇，长48km，褶曲宽3.00～6.00km，为典型的线形褶曲。轴部地层为三叠系下统嘉陵江组（T1j）、三叠系中统雷口坡组（T2l）的可溶性碳酸盐岩类，两翼岩层由老至新依次出露三叠系上统须家河组（T3xj）和侏罗系下统的珍珠冲组（J1z）、中－下统自流井组（J1－2z）中统新田沟组（J2x）和沙溪庙组（J2s）的泥岩、砂岩等。
隧址区西翼岩层倾向280～290o，倾角50～70o；东翼岩层倾向90～110o，倾角5～30o。
2、断层
梅家店断裂（F3）从金凤隧道K5+220附近通过，沿断层走向形成高60-120m的断层崖。根据现场调查及区域地质资料，梅家店断裂走向北35°～45°东，倾向南东，倾角35°～40°，长约3.5km，横贯温塘峡背斜，断裂逆时针平推特征显著，大有切断温塘峡背斜之势，为渝西地区线形背斜构造中之罕见现象。梅家店断裂上盘为须家河地层；下盘地层为珍珠冲地层和须家河地层。须家河地层和珍珠冲地层中的多个隔水层被完全切断，断层破碎带的影响范围宽度为310-457m，钻探揭露的断层影响范围内的最老地层为须家河二段砂岩，断层在深部切割碳酸盐岩地层的可能性较大。结合区域地质构造发育中的应力应变特征，上述断裂的出现除与基底构造有联系外，还与区域地应力的分布特点关系密切，在该区存在局部的地应力异常，其中由北东至南西的水平主应力值可能高于相邻的构造部位。因此，隧址区局部可能存在一定强度的残余应力现象。
3钻探情况
在水文钻孔SW5中在孔深229-249m位置揭露到断层破碎带，其中229-232.8m为炭质页岩，岩芯以片状为主，采取率较低，232.8m至249m均为砂岩。236.2m（高程316m）见一组裂隙推测为断层面，倾角45°，具有明显的擦痕及金属光泽。断层破碎带以上，层面倾角一般5-12°，断层破碎带及以下岩层倾角突变，一般60-70°。而断层破碎带以下，岩层完整，层理不明显，但倾角有恢复为缓倾角的趋势。说明岩层倾角的突变可能是由于挤压作用和上下盘相对位移在断裂带中形成的揉皱。破碎带内页岩破碎，偶见层面，层面及构造裂隙均呈扭曲状，但十分光滑，而砂岩由于岩质较硬，层扭曲现象不明显，主要表现为岩体破碎，裂隙发育，层面上多见擦痕极金属光泽。隧道上盘轴部钻孔CK11深度251.24m，孔底标高288.83m；CK12钻孔深度280.72m，孔底标高301.58m，CK11和CK12均未揭露到断层。隧道北侧的SW4，钻孔深度280.85m，孔底标高270.96m，未揭露到断层。钻孔情况说明梅家店断裂的断层面及断层破碎带由南向北逐渐由浅变深，物探解译成果与钻探相互吻合。
4音频大地电磁法
本次勘察过程中垂直于梅家店断裂的走向布置了4条物探线，编号MT3-MT5，平行于断层走向在断层下盘布置1条物探线，编号MT6。成果如下：
（1）MT3线音频大地电磁解释结果
该测线沿梅家店断裂垂直布设，小号点在西面，大号点在东面，测线中部500m位置与梅家店断裂出露位置相交。纵观全线，该测线在中部从低调一直向下发育一低阻异常带，这与梅家店断裂位置重复，推测该低阻异常由梅家店断裂发发育过程中周围岩体破碎，导致岩体含水率较高引起。测线左侧又上到下依次错落出现两个横条状低阻异常体，推测该区域岩体较破碎。
图2MT3线视电阻率反演结果
（2）MT4线音频大地电磁解释结果
图3MT4线视电阻率反演结果
该测线沿梅家店断裂垂直布设，小号点在西面，大号点在东面，测线中部500m位置与梅家店断裂出露位置相交。纵观全线，该测线在中部从低调一直向下发育一低阻异常带，这与梅家店断裂位置重复，推测该低阻异常由梅家店断裂发发育过程中周围岩体破碎，导致岩体含水率较高引起。测线起点处出现一上一下两个低阻体，推测该区域岩体较破碎。
（3）MT5线音频大地电磁解释结果
图4MT5线视电阻率反演结果
该测线沿梅家店断裂垂直布设，小号点在西面，大号点在东面，测线中部500m位置与梅家店断裂出露位置相交。纵观全线，该测线在中部从低调一直向下发育一低阻异常带，这与梅家店断裂位置重复，推测该低阻异常由梅家店断裂发发育过程中周围岩体破碎，导致岩体含水率较高引起。测线起点处出现一上一下两个低阻体，推测该区域岩体较破碎。
（4）MT6线音频大地电磁解释结果
图4MT6线视电阻率反演结果
该测线沿梅家店断裂地表出露附件平行布置，小号点在北面，大号点在南面。纵观全线，该测线在地表位置电阻率较低，且低阻体出现北深南浅的特点，物探推测这主要体现了梅家店断裂在地表的影响状态，具体来说就是梅家店断裂在北部对地表岩层的破碎程度较大，较深，对南部地表岩层的破坏程度较小，较浅。在测线后部下侧还出现一低阻异常区域，推测该区域岩体较破碎。
梅家店断裂的物探成果和钻探情况相互印证，梅家店断裂破碎带的埋深由南向北逐渐变深。
5断层的富水性和导水性
（1）断层下盘的富水性
断层下盘珍珠冲地层富水性极好，地表分布的泉点、井点和水库池塘等分布较多，其中断层下盘的水井SJ25-SJ28、SJ30，最大井深仅2m，均处于自流或满水状态，常年不干涸；断层面附近的泉点Q12-Q17均为上升泉，为南侧山脉中的地下水在径流到断层面位置后，由于珍珠冲二段的泥岩相对隔水，地下水部分以上升泉的形式出露，一部分从断层面溢出后进入第四系土层再溢出地表，形成下降泉如Q11、Q18，断层下盘的珍珠冲地层内的地质及水文钻孔水位均较高，如工勘钻孔CK7，水位标高513.97m，该水位与孔口齐平，甚至高于上羊角水库的水位（509.95m），由于钻孔出水量太大，进行了多次抽水试验才成功；水文钻孔SW6，钻孔水位-6.57m（503.59m），抽水试验后水位恢复过程中，钻孔内可听见明显的水流声。断层下盘钻孔内水位标高502.03-513.97m，梅家店断裂面出露的上升泉分布标高一般520-530m，断层下盘的水井作为地下水的露头，是观测地下水水位的理想水文点，其中SJ25、SJ26和SJ30最具代表性，三个水井分布高程基本一致，约523m，均未自流井，通过现场调查发现，三个水井在地表的位置较高，高于周边的水库、池塘水位，同时周边无其他补给源，说明三个水井和断层面处出露的泉点都是承压水的露头，三个水井的孔口高程近似等于承压水头高度，约523m。地表的上羊角水库，水位标高约509.95m，勘察期间一直处于满水和排水状态，说明上羊角水库是受地下水补给的，深部地下水通过断层破碎带和碎屑岩层面补给水库，同时也说明，水库和深部地下水存在紧密的水力联系，地下水一旦漏失，水库漏失的可能性极大。
断层下盘的富水性主要受控以下三个因素：1）、地表大面积覆盖的须家河砂岩直接接受大气降雨补给；2）、梅家店断裂的影响；3）断层下盘接近区域水文地质单元的排泄区，地表高程与地下水分水岭的相对高差超过200m以上。这些条件决定了断层下盘珍珠冲及须家河六段富水性好。
（2）断层上盘的富水性
断层上盘泉点分布较少，局部冲沟底部可见少量泉点。两个水文钻孔SW4和SW5，其中SW4水位-30m（高程521.8m），出水量较少，抽水试验未成功；SW5水位-32.5m（高程520m），钻孔抽水试验后，孔内流水声明显，但水量总体较小。综上所述，断层上盘须家河地层富水性中等。
（3）断层的富水性及导水性
断层下盘的珍珠冲一段为砂岩，少见泥岩，透水性较好；珍珠冲二段主要为泥岩夹砂岩，由于受断层的影响，岩体较破碎，其隔水性一般。从隧道纵断面可知，断层下盘的地下水与断层破碎带之间必然存在水力联系，而断层上盘的须家河地层属中等富水，断层破碎带及影响范围内，虽有少量页岩、泥岩分布，但厚度较薄，十分破碎，难以形成隔水层，断层破碎带以砂岩为主，具有储水和导水的条件。在水文钻孔SW5中在孔深229-249m位置揭露到断层破碎带，其中229-232.8m为炭质页岩，岩芯以片状为主，采取率较低。232.8m至249m均为砂岩。断层破碎带以上，层面倾角一般5-12°，断层破碎带及以下岩层倾角突变，一般60-70°。破碎带内裂隙十分发育，其中页岩内裂隙面较光滑但不平直，扭曲严重；砂岩内裂隙面均较粗糙，局部可见擦痕及金属光泽。236.2m（高程316m）见另一组裂隙推测为断层面，倾角45°，具有明显的擦痕及金属光泽。SW5综合测井成果显示，在断层破碎带内，孔深229m和239m发现两处明显的出水点，这是梅家店断裂富水性及导水性的直接证明。
梅家店断裂为区域内主要导水通道之一，沿梅家店断裂的走向及梅家店断裂的末端均分布有大量的泉点和井点，这些泉点和井点是地下水的主要露头，泉点一览表见4.5-1，其中Q6为最具代表性的泉点，该泉点为上升泉，存在时间达50年以上，自流状态，后该泉点所在的水田和冲沟被改造为鱼塘，泉水出口大致呈圆形，直径最大时达2m，约10年前开始，由于区域内的地下水整体有所降低，该泉点不再出水，孔口逐渐坍塌，鱼塘开始漏水，多次整治无效。据调查，该泉口位置最多时一次性倒入3-4吨混凝土，未达到防渗效果，大多数混凝土消失。沿梅家店断裂的走向，除了这些泉点和井点外，沟底低洼处随处可见积水，土体处于饱和状态，水草十分丰富，从Q20开始形成冲沟，该冲沟在雨季最大流量可达7000m3/d，水量十分可观。梅家店断裂的末端，水井分布十分密集，小范围内分布了11个水井，见表4.2-3这些水井主要分布于自流井地层内，按一般工程经验，该地层内富水性一般较差，而本次调查发现，这些水井无论是深度不足3m的浅水井，还是深度达130m的钻孔，水位均较高或处于自流状态，说明区域内的地下水十分丰富，而这些井点本身所处的位置大多比较高，很多位于斜坡顶部，甚至高于附近的水库。
综上所述，梅家店断裂富水且导水性较好。因为梅家店断裂的影响，隧道疏干地下水后造成的影响范围可能会较大，甚至影响到断裂末端一带的水井，必须予以重视。
6结论
（1）梅家店断裂富水且导水性较好。施工期间应做好应急预案，防止涌水和突水突泥，采取较严密的堵水措施以防止地表水渗漏。
（2）大范围地质调查测绘、钻探、现场抽水试验、音频大地电磁法和钻孔综合测井等多种手段的综合运用，可供今后类似工程借鉴。
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作者简介：雷云佩（1986–），男，重庆市开州区人，注册岩土工程师，从事岩土工程勘察设计。