李 鵬 程

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,湖北 武漢　430000)

1　工程概況

新建鐵路梅州至潮汕鐵路始于廣東省東部梅州市梅縣區(qū)南口鎮(zhèn)，止于廣東省揭陽(yáng)市沙溪鎮(zhèn)廈深客運(yùn)專線潮汕站，線路正線全長(zhǎng)121.548 km。擬建豐順?biāo)淼肋M(jìn)口位于梅州市豐順縣建橋鎮(zhèn)下坪塘村，出口位于梅州市豐順縣東聯(lián)鎮(zhèn)虎局村。隧道里程為：DK47+765～DK62+153，全長(zhǎng)14 388 m，最大埋深830.5 m，內(nèi)軌設(shè)計(jì)標(biāo)高174.629 m～69.087 m。

2　地質(zhì)概況

2.1　地形地貌

低山丘陵區(qū)植被發(fā)育，自然坡度25°～40°，溝谷多呈“V”字型或“U”字型，最高點(diǎn)位于豐田嶂西側(cè)的韓山，主峰海拔+1 042.9 m，豐順?biāo)淼勒脧捻n山主峰下方穿過。豐順?biāo)淼廊L(zhǎng)14 388 m，最大埋深830.5 m，隧址區(qū)山高林密，草木茂盛，自然坡度較陡，溝底狹窄，多順直，隧道中部國(guó)道G206附近谷地較開闊，多辟為農(nóng)田。

2.2　地層巖性

地表地層主要為第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土，洞身地層主要為侏羅系上統(tǒng)安質(zhì)凝灰熔巖、凝灰?guī)r、英安斑巖、流紋斑巖等雜質(zhì)砂巖，燕山期花崗巖。

2.3　地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)在大地構(gòu)造上處于粵東隆起帶，位于東西向佛岡—豐良深斷裂帶、北東向蓮花山深斷裂帶與北西向榕江大斷裂帶的交匯部位，受上述構(gòu)造疊加影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，其中以北東向構(gòu)造最為發(fā)育，次為北西向和東西向。隧道線路在里程DK50+560,DK56+620,DK61+380附近，分別穿越了建橋斷層、豐良斷層、湯西斷層，三條斷層均為北東向，屬于新華夏系構(gòu)造體系之蓮花山斷裂帶的次級(jí)斷層，其性質(zhì)為壓性。另外根據(jù)物探推斷，在隧址區(qū)發(fā)現(xiàn)有20條小斷層，整體走向以北東為主，次為東西向，傾向南或南東。

桐子洋復(fù)式向斜，以桐子洋——走馬崗為中心軸線，呈北東50°左右方向展布，向斜核部位于韓山。北西翼巖層產(chǎn)狀35°，南東翼巖層產(chǎn)狀稍陡，40°～65°左右褶皺被區(qū)內(nèi)北東走向斷層切割，呈斷塊展露，受褶皺構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。

2.4　水文地質(zhì)

隧道區(qū)地下水類型包括第四系松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水。孔隙潛水主要分布于隧道通過區(qū)的溝谷中，含水層為第四系殘積黏性土，由于含水層厚度不厚，水量很小。基巖裂隙水含水層巖性主要為英安斑巖、流紋斑巖及花崗巖，地表風(fēng)化帶節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石整體較破碎，含水性中等～弱；弱風(fēng)化～未風(fēng)化的基巖較完整，賦水性弱。隧址區(qū)構(gòu)造及節(jié)理裂隙較發(fā)育，構(gòu)造裂隙帶富水性和導(dǎo)水性相對(duì)較好，但北東向斷裂和東西向斷裂均以壓性為主，豐水性和導(dǎo)水性較差。

2.5　地?zé)岬刭|(zhì)

2.5.1地?zé)崃黧w的形成機(jī)理

隧址區(qū)地?zé)崽镄纬蓹C(jī)制可概括為：區(qū)內(nèi)大氣降雨入滲及圍巖網(wǎng)狀裂隙水直接或間接補(bǔ)給帶狀構(gòu)造裂隙水后，構(gòu)造裂隙水在水頭壓力及其他因素的共同作用下，沿?cái)嗔哑扑閹逻\(yùn)移，在深部接受熱能傳遞，地下水溫度不斷升高，并不斷溶解圍巖中的SiO2，F(xiàn)等礦物質(zhì)，在熱動(dòng)力與水動(dòng)力作用下產(chǎn)生垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)，密度低的熱流體沿著北西向斷裂破碎帶尤其是斷層交匯部位向上運(yùn)移，在運(yùn)移中溫度較高的熱流體部分熱量在圍巖中散失，同時(shí)可能會(huì)有淺層冷水的混入，從而使熱流體溫度自下而上逐漸變低。地?zé)崃黧w沿地下通道上升，并在地勢(shì)較低、覆蓋層較薄或裂隙裸露處涌出地表形成溫泉。

2.5.2熱儲(chǔ)特征及其埋藏條件

隧址區(qū)地?zé)崃黧w主要受斷層控制，次為受巖性控制。北東向斷裂為隧址區(qū)的主要控?zé)針?gòu)造，東西向?yàn)榇我責(zé)針?gòu)造，北西向斷裂為隧址區(qū)主要的導(dǎo)水導(dǎo)熱構(gòu)造。隧址區(qū)地?zé)崽镆詫?duì)流傳導(dǎo)熱為主，熱儲(chǔ)類型為帶狀裂隙型熱儲(chǔ)，為承壓型地?zé)帷?/p>

2.5.3地?zé)崽镞吔鐥l件

隧址區(qū)地?zé)崽锲矫嫔铣尸F(xiàn)出北西向展布的長(zhǎng)條狀、不規(guī)則的渾圓狀、斜“S”狀，熱儲(chǔ)的邊界條件受到地層、構(gòu)造和巖漿巖共同控制。

3　熱流體化學(xué)特征

3.1　地?zé)崃黧w化學(xué)組分特征

通過對(duì)隧址區(qū)地?zé)崽餆岬V溫泉水和鉆孔水進(jìn)行取樣，實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)溫泉水中陽(yáng)離子以Na+為主，含量85.6 mg/L～77.7mg/L，次為Ca2+,K+，含量分別為2.47 mg/L～17.1 mg/L,3.97 mg/L～6.91 mg/L，Mg2+含量微；而隧道鉆孔地下水陽(yáng)離子以Ca2+為主，其次為K+。各地?zé)崽锛般@孔水中陽(yáng)離子對(duì)比如圖1所示。從溫泉水與孔內(nèi)水化學(xué)成分差異性巨大可知二者來源不同。

3.2　同位素地球化學(xué)

3.2.1同位素特征

氫同位素(δD)和氧同位素(δ18O)是判斷地下水來源的天然示蹤劑，為了研究隧址區(qū)地?zé)崴般@孔冷水的補(bǔ)給源，研究工作在鄧屋、豐良等四個(gè)地?zé)崽锛八淼繢K45+760,DK57+300處兩個(gè)鉆孔中采取水樣進(jìn)行氫氧同位素分析，其分析結(jié)果見表1。由表1可知，地?zé)崃黧w氫同位素(δD)變化范圍-48.1‰～-45.5‰，氧同位素(δ18O)變化范圍-7.4‰～-6.9‰；鉆孔地下冷水氫同位素(δD)變化范圍-45.9‰～-42.7‰，氧同位素(δ18O)變化范圍-7.0‰～-6.7‰。氫同位素變化幅度-5.4‰，氧同位素變化幅度-0.7‰，其變化幅度均不大。

表1　氫氧同位素分析結(jié)果表

‰

3.2.2水來源判別

氫同位素(δD)和氧同位素(δ18O)是判斷地下水來源的天然示蹤劑，為了研究隧址區(qū)地?zé)崴般@孔冷水的補(bǔ)給源，將分析數(shù)據(jù)投影到δD-δ18O圖上(見圖2)，圖2中斜線為大氣降水線方程，隧址區(qū)地?zé)崴般@孔內(nèi)冷水均落在大氣降水線附近，這說明溫泉水與鉆孔內(nèi)冷水一樣，均來源于大氣降水。

3.2.3補(bǔ)給區(qū)溫度及補(bǔ)給高程

隧址區(qū)地?zé)崽锏責(zé)崴畞碓从诖髿饨邓a(bǔ)給，而大氣降水的同位素補(bǔ)給一般具有高程效應(yīng)，即是在地形起伏較大的地區(qū)，大氣降水中的氫同位素(δD)和氧同位素(δ18O)隨著地面高程的增加而逐漸降低。利用中國(guó)大氣降雨高程效應(yīng)公式、大氣降雨氧同位素(δ18O)、氫同位素(δD)與平均氣溫的關(guān)系公式可計(jì)算出補(bǔ)給區(qū)溫度及補(bǔ)給高程。公式如下：

δD=-0.02H-27；

δ18O=(0.521±0.014)t-(14.96±0.21)；

δD=3t-92。

其中，H為補(bǔ)給高程，m；t為補(bǔ)給區(qū)溫度。

通過計(jì)算結(jié)果可知，補(bǔ)給區(qū)平均溫度為15.19 ℃，補(bǔ)給區(qū)高程為787 m～1 056 m，平均965 m，地?zé)崴a(bǔ)給高程較鉆孔冷水略高。

4　地?zé)崤c隧道影響分析

4.1　隧道地溫預(yù)測(cè)

勘察工作在豐順?biāo)淼兰捌涓浇脑粕剿淼拦彩┕?個(gè)深孔，并進(jìn)行了鉆孔全孔測(cè)溫工作，根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算得每個(gè)鉆孔的地溫梯度值，具體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)見表2。

表2　鉆孔地溫梯度值　℃/100 m

根據(jù)地溫梯度理論計(jì)算公式，預(yù)測(cè)工程最大埋深地溫值。計(jì)算公式如下：

T=t+(H-h)·gγ。

其中，T為H深度處隧道原巖溫度，℃；H為隧道最大埋藏深度830.5 m；h為常溫帶距地面厚度，一般取30 m；gγ為隧址區(qū)地溫梯度，取鉆探實(shí)測(cè)平均值1.28 ℃/100 m；t為地區(qū)恒溫層溫度(多年平均氣溫21.4 ℃)。

預(yù)測(cè)隧道埋深最大處地溫值為T=21.4+(830.5-30)×1.28/100=31.75 ℃，隧道DK47+765～DK51+100，DK53+600～DK62+153段溫度小于28 ℃，無熱害；DK51+100～DK53+600段溫度28 ℃～≤31.65 ℃，熱害輕微。

4.2　地?zé)崃黧w對(duì)隧道建設(shè)影響分析

4.2.1隧道線路與溫泉分布的空間關(guān)系

距隧道路線最近的地?zé)崽餅楸倍返責(zé)崽铮植加诰€路DK58+500～DK62+153段南西側(cè)，最近處直距約5 km，北東側(cè)豐良地?zé)崽飺?jù)隧道線路直距約9.5 km，就平面分布情況看，地?zé)崽锍雎秴^(qū)距隧道選址區(qū)較遠(yuǎn)。

在垂直方向上，隧址區(qū)地?zé)崽锍雎稑?biāo)高在+7 m～+98 m之間，其中豐良溫泉出露標(biāo)高較高，為+92 m～+98 m，其附近的鐵路隧道內(nèi)軌設(shè)計(jì)標(biāo)高+170 m；北斗溫泉出露標(biāo)高+30 m～+40 m，附近的鐵路隧道內(nèi)軌設(shè)計(jì)標(biāo)高+69 m～+113 m，其余溫泉標(biāo)高在+7 m～+25 m。從縱向分布情況看，鐵路隧道內(nèi)軌設(shè)計(jì)標(biāo)高均高于其附近出露的溫泉標(biāo)高。

4.2.2地?zé)釋?duì)擬選線路影響分析

1)標(biāo)高條件。隧址區(qū)地?zé)崽镏饕軜?gòu)造控制，其熱儲(chǔ)為帶狀熱儲(chǔ)，地?zé)崃黧w是從上往下深循環(huán)的對(duì)流系統(tǒng)，隧道路線設(shè)計(jì)標(biāo)高高于附近溫泉出露標(biāo)高，之間也無溝通斷層，因此，地?zé)釋?duì)擬選線路無影響。

2)巖性條件。隧址區(qū)及地?zé)崽飬^(qū)巖性主要為陸相火山噴發(fā)的流紋巖、英安巖、安山巖及燕山期侵入的花崗巖。在無構(gòu)造裂隙發(fā)育的地段，地下水主要以網(wǎng)脈狀風(fēng)化帶裂隙水為主，風(fēng)化帶以下巖石相對(duì)完整，密實(shí)，導(dǎo)水性和導(dǎo)熱性較差，為構(gòu)造帶裂隙水及地?zé)崴南鄬?duì)隔水層，不利于地?zé)崃黧w的連通。

3)構(gòu)造條件。隧道線路穿越的區(qū)域斷層有北東向建橋斷層、豐良斷層、湯西斷層，該組北東向斷層為區(qū)域性控?zé)釘鄬樱m與北西向?qū)畬?dǎo)熱的汾水?dāng)鄬?、坑子口斷層相連通，但北東向斷層為強(qiáng)烈擠壓的逆斷層，其含水性及導(dǎo)水性較差。隧址區(qū)溫泉大都出露于北東向與北西向、或東西向與北西向斷層的交匯部位，而隧道線路附近均未見有三個(gè)方向的斷層交匯。因此，隧道線路無地?zé)崃黧w存在的構(gòu)造條件。

綜上所述，從隧道線路內(nèi)軌設(shè)計(jì)標(biāo)高、巖性條件、構(gòu)造條件分析說明，地?zé)崃黧w對(duì)擬選線路基本無影響。

5　結(jié)語(yǔ)

地?zé)犭m對(duì)隧道圍巖影響不大，但過高的溫度會(huì)對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生重要影響，并影響日后施工及運(yùn)營(yíng)，所以查明地?zé)岢梢?、分布狀況、具體溫度值等對(duì)隧道選線及設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要。應(yīng)采用綜合方法對(duì)地?zé)衢_展選線及勘察工作，對(duì)高地溫危害區(qū)段，設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)采用相應(yīng)降溫、排水及通風(fēng)系統(tǒng)，并備好必要的排水、通風(fēng)設(shè)備，做好高地溫施工預(yù)案，對(duì)隧道內(nèi)地下水加強(qiáng)監(jiān)測(cè)(水溫、水量)，施工期間開展地溫超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。

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