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成都理工大学 硕士学位论文 西南岩溶山区汇水条件及其对越岭隧道涌突水的控制作用 姓名郭娣 申请学位级别硕士 专业环境地质 指导教师许模 20090601 摘 要 I 西南岩溶山区汇水条件西南岩溶山区汇水条件 及其对越岭隧道涌突水的控制作用及其对越岭隧道涌突水的控制作用 作者简介郭娣，女，1984 年 3 月生，2006 年师从成都理工大学许模教授， 2009 年 6 月毕业于成都理工大学环境地质专业，获得工学硕士学位。 摘摘 要要 在碳酸盐岩广泛分布的中国西南地区， 穿越碳酸盐岩地层的铁路隧道大多数 都不同程度的遭遇岩溶突水、突泥灾害，隧道工程所面临的这些主要工程地质问 题与区域气候特征、地层岩性、地质构造、地形地貌等因素相关。其中，岩溶山 区的地形地貌是影响岩溶发育、控制岩溶隧道涌突水的重要因素之一，它主要控 制着区内岩溶水的汇水条件。 本文以西南岩溶山区为研究对象，以岩溶地貌的形态划分为基础，结合大量 的工程实例， 研究西南地区最为典型的五类岩溶地貌形态的汇水特征及其对岩溶 水补径排条件的影响，并进一步结合西南地区的隧道实例，研究地形地貌对隧道 涌突水的控制作用。论文工作所取得的主要研究成果如下 （1）对岩溶地貌按形态进行类型划分，主要划分为正负地形组合和斜坡两 大类汇水地貌。正负地形组合地貌又细化为封闭型汇水地貌、半封闭型汇水地貌 和开启型汇水地貌，斜坡细化为沟谷切割型斜坡和完整斜坡。 （2）以岩溶地貌类型划分为基础，以岩溶地貌汇水形态为重点，结合大量 的工程实例分类分析，展开对典型岩溶地貌形态的汇水特征分析，揭示了各种岩 溶地貌形态降水入渗系数的取值范围及其对岩溶水补径排条件的影响。其中，以 封闭型汇水结构形态为主的峰丛洼地地貌汇水条件最好，降雨入渗系数在 0.6 以 上，而属于开启型汇水结构形态的完整斜坡汇水条件最差，降雨入渗系数通常小 于 0.3。 （3）结合西南地区岩溶隧道工程实例，分析了隧道区地形地貌对岩溶发育 的影响，包括水文网发育特征、地形坡度、地表岩溶形态及其分布等因素对岩溶 发育的影响。探讨了地形地貌对隧道突水来源的控制，揭示了地形地貌，尤其汇 水地貌形态是隧道发生涌突水的重要影响因素， 最后总结了岩溶隧道涌突水的主 要防治原则及应采取的主要防治措施。 关键词西南地区 岩溶地貌 汇排水特征 越岭隧道 控制作用 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 成都理工大学硕士学位论文 II Karst Region Groundwater Catchment Feature in Southwest China and Control Action on Cross- mountain Tunnel Introduction of the author Guo Di, female, was born in March 1984, whose tutor was Professor Xu Mo. She graduated from Chengdu University of Technology in Environmental Geology major and was granted the Master Degree in June, 2009. Abstract In southwest china where carbonate rocks distribute widely, the tunnel through carbonate rocks all occur karst water and mud bursting different degree. There is close relation between climatic characteristics, ation lithology, geological structure , topography and geomorphology with the problem of engineering geology in tunnel project. Topography and geomorphology are important factors to influent karst development and control tunnel karst water bursting, which control karst groundwater catchment. This thesis taking karst region in southweat china as study object, basing on karst geomorphology shapes and types classification, combining with lots of engineering examples, we research the most five typical karst geomorphology shape’ water catchment and drainage in southweat china. and that influences on the situation of karst supplied. Furthermore, combining with tunnel examples, research the topography and geomorphology control on tunnel karst water bursting. The main results are as follows 1It divides to types according to collecting .The compound feature of plus and minus configuration also can divides into enclosed catchment feature 、 semi- enclosed catchment feature and opening catchment feature detailedly，slope can divides into ravinated slope and integrated slope. 2It study with the characteristic of water draining and catchment divideing by karst feature type. taking the most typical karst geomorphology shape as emphasis, this thesis analyzes karst groundwater catchment and drainage features about each karst geomorphology shape. Combining with many engineering examples, it is to confirm the value range of precipitation recharge coefficient, and to conclude karst groundwater supplyment, catchment and drainage.the rainfall infiltration factor is PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 Abstract III above 0.6.However,integrated slope which belongs to opening catchment configuration is the worst, the drainage.the rainfall infiltration factor is below 0.3. 3 Combining with tunnel examples in southwest china, this thesis analyzes topography and geomorphology influent on karst development and control on tunnel karst water bursting. It further concluding topography and geomorphology control on karst groundwater catchment and drainage. It reveal that topography and geomorphology are important factors to influent karst water bursting in tunnel. Finally, it makes some prevented principles and measures for tunnel water bursting. Keywords Southwest China Karst Geomorphology Groundwater Catchment and Drainag Feature Cross- mountain Tunnel Control Action PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 III 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 成都理工大学 有关保留、 使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和 借阅。本人授权 成都理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名 学位论文作者导师签名 年 月 日 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第 1 章 引 言 1 第第 1 章章 引引 言言 1.1 选题依据及研究意义选题依据及研究意义 随着人类社会的不断向前发展， 对赖以生存的空间、 资源的需求也越来越大。 因此，人类不得不摆脱长期以来居住的地表空间转而向深层的“地下”发展。在人 类向“地下”发展的这一过程中凸现了许多灾害性的问题， 如在岩溶山区进行越岭 长大隧道施工时，经常遇到岩溶突水、突泥等问题。 资料表明，我国按碳酸盐岩的分布面积（含埋藏在非可溶岩之下者） ，可达 到 346.6 万 km2，若按碳酸盐岩出露面积计，为 90.7 万 km2。其中，西南岩溶区 以贵州为中心，跨越云南、广西、四川、重庆以及湖南、湖北、广东西部一带， 包括覆盖岩溶在内，总面积达 54 万 km2图 1- 1，若裸露、覆盖、埋藏型岩溶加 在一起合计达 111.6 万 km2表 1- 1， 占全国岩溶总面积的 32.2 （吴应科， 1998） 。 北海 南海 茂名 怀化 长沙 桂林 昆明 玉林 湖南 西 广 东 四 川青海 云 南 广 贵州 湖北 成都 宜宾 大理 巴东 怀化 南宁 贵阳 重庆 梧州 河池 百色 六盘水 12 3 100100 0 200km 西昌 昆明 1.裸露、覆盖型岩溶 2.埋藏型岩溶 3.省界 图图 1-1 中国碳酸盐岩类型分布图（据中国岩溶地质研究所） PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 目 录 2 表表 1- 1 西南岩溶区岩溶分布情况表（单位万 km2） 省 区 项 目 贵州 云南 广西 四川 （含重庆） 湖南 湖北 广州 备 注 岩溶总面积 12.88 10.66 8.95 8.78 6.05 4.48 1.39 占全省（） 73 27.1 37.8 15.47 28.44 24 6.5 裸露岩溶面积 8.9 9.7 8.2 8.2 5.8 4.1 1.4 占全省（） 51 26 33 15 27 22 7 据 1/20 万水文地 质普查资料 （吴应科，1998） 在碳酸盐岩广泛分布的中国西南地区， 穿过碳酸盐岩地层的铁路隧道大多数 都不同程度的遭遇岩溶突水、突泥灾害，隧道工程所面临的这些主要工程地质问 题与区域气候特征、地层岩性、地质构造、地形地貌等因素相关。其中，岩溶山 区的地形地貌是影响岩溶发育、控制岩溶隧道涌突水的重要因素之一，它主要控 制着区内岩溶水的汇水条件。 新建宜万铁路，位于渝东、鄂西地区，线路全长 377.128km。宜万铁路途经 鄂西渝东山区，地形条件特别困难。铁路沿线山高坡陡、河谷深切、峭壁千丈， 岩溶地貌发育。全线将建隧道 131 座其中 310km 的长隧道 18 座，大于 10km 的特长隧道 4 座，最长的野三关隧道长 13.1km，是我国铁路建设史上最艰难的 线路之一。自 2003 年底动工以来，多条隧道在有利于岩溶水汇集的地貌带遇到 突水突泥事故，有的还造成了重大的人员伤亡和财产损失，并影响工程的进度， 延误了工期。 又如川东华蓥山隧道施工于 1998 年 4 月 29 日至 30 日、5 月 9 日至 10 日， 在隧道西口洞内遭受了涌水灾害，造成较大损失。4 月 29 日至 30 日，华蓥山隧 道西口暴雨，降雨量 131.8mm，其左线洞内涌水量达每小时 3.6 万余立方米，溶 洞涌出泥沙约 7000 余立方米；而右线洞内涌水量每小时 1000 余立方米，溶洞涌 出泥沙约 1200 余立方米。5 月 9 日至 10 日，降雨量 70mm，左线涌水量达每小 时 5.3 万余立方米，溶洞涌出泥沙约 5000 余立方米；而右线洞内涌水量每小时 1500 余立方米，溶洞涌出泥沙约 1000 余立方米。华蓥山隧道涌突水主要集中于 左线，与左线左侧地形地貌有利于岩溶水暴雨洪流的汇集有关。左线属岩溶槽谷 型地貌，地表岩溶洼地、落水洞密布，是降雨汇集的良好通道，并且地下溶洞发 育，大密度的降雨使地下水运动加剧，引起溶洞与地下暗河体系之间的连系通道 地下网状岩溶系统被击通，因此产生了突发性的特大涌水涌泥。 再如目前完成施工的渝怀（重庆- 怀化）铁路全长 583.3km，可溶岩分布占全 线总长的 54，其中隧道 59 座共 114.5km，穿越乌江与沅江水系分水岭的圆梁 山隧道是其中最为复杂的隧道工程。 隧道穿越的主要地质构造为毛坝向斜和桐麻 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第 1 章 引 言 3 岭背斜。2002 年 9 月，隧道施工在深切河谷地貌段的毛坝向斜核部 P2wc石灰岩 地层及向斜东翼茅口灰岩 P1m，揭露出三段规模较大的充填型溶洞，其中以茅口 灰岩中部 DK354879 掌子面揭露出充填可塑至硬塑粘土的溶洞为最大，造成了 重大财产损失和人员伤亡。 根据以上对我国碳酸盐岩发育分布特征的阐述和岩溶隧道突水、 突泥灾害的 调查分析可以看出，隧道岩溶突水、突泥灾害一般都发生在地形地貌有利于岩溶 水汇集、 岩溶较为发育的地区。 从地理位置来看， 几乎都分布在云南东部、 贵州、 桂中以北、湖南西部、四川东南部、重庆、湖北西部等我国西南地形地貌、地质 条件都较复杂的地区。 过去很多国内外著作， 在论述岩溶隧道涌突水影响因素时， 都不同程度涉及到隧道所处的地貌- 地质环境问题，诸如气候、地形地貌、岩性、 构造，以及水动力状态与水文网的展布等因素。但从根本上来说，这些因素或条 件，实质上都属于“环境”中的一项内容。从环境角度观察研究问题，更能揭示隧 道区岩溶发育的组合形态、演变过程及其内在联系，并预测隧道岩溶水的富集段 等。因此，研究岩溶与环境的依存关系，对促进岩溶研究、指导岩溶隧道工程施 工等都具有十分重要的意义。 地貌- 地质环境，是一个十分复杂的课题，涉及面十分广泛。鉴于此，本人 着重抓住地貌环境对岩溶发育及岩溶水赋存的影响，在进行工程实践的基础上， 结合国内外相关资料，在导师的指导下，拟以“西南岩溶山区汇水条件及其对越 岭隧道涌突水的控制作用”为题进行硕士论文研究。本论文以西南地区岩溶地貌 的基本形态为基础，对其进行分类研究，并结合大量的工程实例来分析各类岩溶 地貌对岩溶水汇集、排泄的控制作用。以此为理论依据，提出各类岩溶地貌组合 降水入渗系数的取值，并阐述地形地貌对越岭隧道涌突水的影响，最后反馈于隧 道工程实践当中，实现理论与方法指导岩溶地区隧道工程建设之目的。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 岩溶地貌发育形态研究现状 关于岩溶发育的理论，自 20 世纪 60 年代来，即开始了地貌发育是一个“开 放系统”这一理论的初步认识上，进行了溶蚀理论、过程、水动力条件以及与气 候的关系等多方面的研究， 形成了一个蓬蓬勃勃发展的时期， 如国外的W.B.White 1988，M.M.Sweeting 1990，国内中国科学院地质研究所岩溶研究组（1979） ， 任美锷等（1983）及俞锦标（1990）等对此都作过系统的研究。 受到系统理论和整个科学界多学科交叉渗透的总趋势， 我国岩溶研究出现了 一些新的思路趋向和方法。这就是实现地质学和地理学的有机结合，把岩溶形态 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 目 录 4 组合成因的研究同地质、 气候、 水文条件更好的结合起来。 国际许多著名的学者， 如 H.Paloc、J.Avias、W.Back、W.Monroe、J.Roglic、D.C.Ford、W.B.White、T. Waltham、M.M.Sweeting、P.W.Williams 等都对中国岩溶进行了实地考察，运用 地质学与地理学相结合的思路，对岩溶的发育形态做过许多深入的研究。即认为 岩溶地貌的形成过程绝非一个简单的溶蚀作用所能概括， 它包括了迄今为止都还 需要深入研究的物理化学过程，它是水与岩石、大气、土壤生物这一岩溶作用界 面都发生强烈的物质能量交换和平衡，并且这一过程中除了侵蚀、沉积这一机械 物理作用外还有塌陷、气水压作用等很复杂的一个综合作用过程，正是这一过程 才导致了岩溶地貌地表、地下同时发育，岩溶形态千姿百态。 岩溶形态研究的另一个重要趋向， 是由单项的岩溶形态研究发展到岩溶形态 组合的研究，即对包括宏观的、微观的、地表的、地下的、溶蚀的、堆积的形态 进行配套研究。早在我国古代，徐霞客（公元 15871641 年）便对单项岩溶形态 做过研究，他在中国南方岩溶区行程万里，准确、细致的记录地记述了热带亚热 带峰林地貌的分布、形态特征和各种岩溶现象。还有欧洲现代岩溶学的奠基人 J.Cvijic 也早已对多种岩溶形态做过细致描述。 后期， 许多学者对于岩溶形态组合做了深入的研究。 李维能、 方贤铨 （1983） 认为岩溶地貌形态不是孤立地出现在地表，它们按一定的规律组合在一起，并出 现在一定区域范围内，构成一定的岩治地貌形态组合类型。这种地貌形态组合类 型能够反映岩溶地貌发育阶段的特征。 根据测绘需要他们将岩溶地貌组合概括为 以下类型石林溶沟型、岩溶丘陵洼地型、峰丛洼地型、峰丛盆地型、峰林盆地 型及孤峰岩溶平原型。 由铁道部第二勘测设计院 1984 年编著的岩溶工程地质手册 ，对我国西南 地区岩溶组合类型进行过研究，认为我国川东地区属垄脊槽谷型，在地质上由一 系列平行至雁行排列的梳状褶皱和走向压性断裂所组成； 贵州境内属典型的高原 - 山地岩溶地貌景观，可划分为溶丘洼地、峰丛谷地、山地沟谷岩溶组合形态的 地貌小区；云南东部则以著名的石林地貌为主。 1980 年出版的中国科学院中国自然地理地貌中记述，按照岩溶发育过 程的特点，广西的岩溶地貌大致可以划分为四个类型，即峰林、峰丛、孤峰和残 丘。贵州中南部在海拔 2000 或 2000 米以上的高原面上，主要以低矮的峰林洼地 为主；在海拔 10001500 左右的山盆期地面上，则以大型的峰林洼地、丘陵洼地 为特征；贵州中部峰林洼地的分布大致限于贵阳以南，而贵阳以北为岩溶丘陵。 综上所述，我国西南地区岩溶分布范围较广，发育并保留着大面积的热带岩 溶。西南地区岩溶组合形态类型的划分，需要综合考虑其形态成因和个体形态。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第 1 章 引 言 5 1.2.2 地形地貌对岩溶发育的控制作用研究现状 长期以来，我国岩溶学术界广泛接受的岩溶发育的四个基本条件，即可溶性 岩石、可溶岩具有透水性、侵蚀性的水流及水流具有流动性，总结出岩溶发育与 地层岩性、地质构造、地形地貌、气候等许多因素相关。其中，地形地貌因素与 岩溶发育有着密切的关系，是岩溶山区控制岩溶水的赋存和运移的主导因素之 一，国内外如 White W.B、H.Paloc、J.Avias、袁道先、卢耀如等学者均对此进行 过细致的研究。 袁道先（1993）提出地形地貌条件是影响地下水循环交替条件的重要因素。 区域地貌表征着地表水文网的发育特征， 反映了局部和区域性的侵蚀基准面和地 下水排泄基准面的性质和分布，控制地下水的运动趋势和方向，从而也控制了岩 溶发育的总趋势。 任美锷（1983）认为喀斯特发育与地形地貌因素有密切关系，地表陡缓直接 影响降水渗入量的大小。在比较平缓的地段，降雨入渗量大，有利于岩溶发育。 地形较陡的地段，地表径流较快，入渗量较小，岩溶发育较差。如谷坡地段垂直 渗入带内的岩溶发育比分水岭地段要强。不同地貌部位上发育的岩溶形态也不 同。在岩溶平原区，垂直渗入带较薄，容易形成埋深较浅的溶洞与暗河；在宽缓 微切割的分水岭地带，垂直渗入带也较薄，可在不深处发育水平洞穴。在切割较 深的山地、高原或高原边缘区，垂直渗入带很厚，地下水埋深很深，以垂直岩溶 形态为主，水平岩溶形态发育于埋深较大的地下水面附近。 卢耀如（1986）指出地貌形态及其发展阶段说明了剥蚀、溶蚀的程度，处于 地貌发展的早期阶段较晚期岩溶发育相对强烈。在地貌发展阶段的相同的地段， 因其地貌形态不同，其岩溶发育的程度也是不同的，这主要取决于地貌形态是否 有利于地表水的排泄。如四周封闭的槽谷地貌较陡峻的斜坡地貌，因汇水条件良 好，岩溶化密度一般较高。 车用太（1985）认为岩溶地貌对地下岩溶空间的形成与发展的影响作用主要 表现在两方面，一是补给区地表岩溶洼地、槽谷等汇水面积是影响地下岩溶水量 大小的物质基本， 二是补给区落水洞的分布与排泄区暗河出口等位置则基本控制 了区域岩溶水迁流途径。在可溶岩分布区地形相对低洼处，降雨时形成积水并被 长时间的溶蚀－侵蚀，地表水向优势集水带富集。地表水和地下水不断的循环交 替，久而久之，在地表形成岩溶洼地或槽谷，在地下将岩体中的溶隙逐渐扩展成 管道。水流通过不断的选择性溶蚀，最终在与岩体的相互作用下，在地貌上表现 出不同的岩溶形态岩溶洼地、槽谷、落水洞等。这些岩溶地貌形态反过来影响 甚至控制地下水流的运移途径和水动力条件， 促使岩溶水形成最捷径的补径排系 统。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 目 录 6 因此，地形地貌控制着降水的汇集单元及岩溶地下水的径流、排泄的方式， 与地表和地下岩溶发育有着密切的关系。在不同的地貌部位或不同的地貌单元， 岩溶发育也不相同，因为在高山、低谷、丘陵、平原等地区的水动力条件不同， 地下水的垂直分带也相应发生变化，岩溶形态的表现特点也很不一致。 1.3 研究内容及技术路线研究内容及技术路线 1.3.1 研究内容 本论文拟以西南地区多个具有代表性的岩溶地貌汇水形态类型的隧道工程 实例为依托（表 1- 2） ，参考国内外各种研究理论，在对西南地区岩溶地貌地表形 态、地下形态及各种组合形态归类划分的基础上，展开对各类岩溶地貌形态汇水 条件分析及降雨入渗系数取值的研究。 并进一步探讨地形地貌对越岭隧道岩溶发 育及涌突水来源的控制。 表 1- 2 西南地区部分岩溶长隧道概况 编号 隧道名称 铁路线路名 称 长度 m 穿越地层 最大涌水量 m3/h 1 大瑶山隧道 衡广复线 14295 浅变质砂岩、 灰 岩 4.0105 2 野三关隧道 宜万线 13864 碳酸盐岩层 1.0105 3 圆梁山隧道 渝怀线 11068 碳酸盐岩层 3.5106 4 华蓥山隧道 南广线 10251 碳酸盐岩层 2106 5 排花洞隧道 渝利线 5348 碳酸盐岩层 / 6 武隆隧道 渝怀线 9398 碳酸盐岩层 / 7 齐岳山隧道 宜万线 10528 灰岩 1.8107 8 马鹿箐隧道 宜万线 7879 碳酸盐岩层 3.0105 9 大巴山隧道 襄渝线 5333.7 灰岩 6.1105 10 中梁山隧道 襄渝线 3985 灰岩、页岩、砂 岩 3.4105 11 斗蓬山隧道 贵广线 7320 灰岩、页岩、砂 岩 / 12 油竹山隧道 贵广线 9830 灰岩、页岩、砂 岩 / 13 乌蒙山隧道 贵昆线 12675 灰岩 1.3106 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第 1 章 引 言 7 本论文主要内容拟由以下几方面构成 （1）西南地区地质环境条件概况 隧道岩溶突水、突泥灾害一般都发生在地形地貌有利于岩溶发育、岩溶水赋 存丰富的西南地区碳酸盐岩分布区。首先从自然地理概况、地层岩性、地质构造 三方面对中国西南地区的地质环境条件进行简单归纳。 （2）岩溶地貌形态及其发育特征研究 以西南地区岩溶地貌形态为依托，分析、归纳岩溶山区岩溶个体形态发育特 征和岩溶组合形态发育特征，为岩溶地貌类型的划分提供基础。 （3）西南地区岩溶地貌类型划分 根据西南地区岩溶资料， 对岩溶地貌进行分类。 因岩溶地貌类型涉及到成因、 形态和组成物质，基于以上认识，将岩溶地貌类型的以地貌成因原则进行划分， 在此基础上再按岩溶地貌汇水形态进行划分。以汇水为主线，对岩溶地貌形态进 行划分，为进一步研究各岩溶地貌形态汇水条件和降水入渗系数的选取奠定基 础。 （4）西南地区各类岩溶地貌汇水条件分析 首先分析地形地貌对岩溶水汇集、 排泄的影响， 再按照划分的岩溶地貌形态， 逐一分析各岩溶地貌类型的汇水特征，并通过大量的实例，来揭示各种地貌类型 降水入渗系数的取值或取值范围。 （5）地形地貌对越岭隧道涌突水的控制作用分析 岩溶山区隧道涌突水与岩溶水的来源、赋存量大小和运移途径息息相关。而 岩溶地貌是控制岩溶水的赋存和运移的主导因素之一。 通过分析地形地貌对岩溶 发育和岩溶地下水补给、径流和排泄的影响，结合岩溶隧道工程实例，研究岩溶 山区地貌形态对越岭隧道涌突水的控制作用， 并总结出隧道开挖中岩溶涌突水的 主要防治原则和采取的主要防治措施。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 目 录 8 1.3.2 技术路线 岩溶地貌形态 及其类型划分 岩溶地貌 基本形态 岩溶地貌 组合形态 岩溶地貌汇 水条件研究 各类岩溶地貌 汇排水特征 工程实例 分类分析 评价降水入渗 系数的取值 地貌对越岭隧道涌突 水控制作用研究 地形地貌对隧道区 岩溶发育的影响 地形地貌对隧道涌水 来源的控制 工程实 例分析 防治措 施研究 结论 岩溶地貌与 岩溶水关系 岩溶地貌 类型划分 西南地区地质 环境条件概括 地质构造地层岩性气候条件地形地貌 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第 1 章 引 言 9 1.4 取得的主要研究成果取得的主要研究成果 本文以西南岩溶山区为研究对象，以岩溶地貌的形态划分为基础，结合大量 的工程实例， 研究西南地区最为典型的五类岩溶地貌形态的汇水特征及其对岩溶 水补径排条件的影响，并进一步结合西南地区的隧道实例，研究地形地貌对隧道 涌突水的控制作用。论文工作所取得的主要研究成果如下 （1）对岩溶地貌按形态进行类型划分，主要划分为正负地形组合和斜坡两 大类汇水地貌。正负地形组合地貌又细化为封闭型汇水地貌、半封闭型汇水地貌 和开启型汇水地貌，斜坡细化为沟谷切割型斜坡和完整斜坡。 （2）以岩溶地貌类型划分为基础，以岩溶地貌汇水形态为重点，结合大量 的工程实例分类分析，展开对典型岩溶地貌形态的汇水特征分析，揭示了各种岩 溶地貌形态降水入渗系数的取值范围及其对岩溶水补径排条件的影响。其中，以 封闭型汇水结构形态为主的峰丛洼地地貌汇水条件最好，降雨入渗系数在 0.6 以 上，而属于开启型汇水结构形态的完整斜坡汇水条件最差，降雨入渗系数通常小 于 0.3。 （3）结合西南地区岩溶隧道工程实例，分析了隧道区地形地貌对岩溶发育 的影响，包括水文网发育特征、地形坡度、地表岩溶形态及其分布等因素对岩溶 发育的影响。探讨了地形地貌对隧道突水来源的控制，揭示了地形地貌，尤其汇 水地貌形态是隧道发生涌突水的重要影响因素， 最后总结了岩溶隧道涌突水的主 要防治原则及应采取的主要防治措施。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第 2 章 西南地区地质环境条件 10 第第 2 章章 西南地区地质环境条件西南地区地质环境条件 我国近年来实施西部大开发战略，大量的交通工程将纷纷新建、改建，如快 速发展的国道主干线建设、铁路网络的完善。因而，在地形、地质条件复杂的云 南东部、贵州、桂中以北、湖南西部、四川东南部、重庆、湖北西部等中国的西 南地区，铁路、公路建设将大量采用隧道和桥梁。受到西南地区地层岩性、地形 地貌条件控制，这些隧道通过的岩溶山区大都为岩溶发育、岩溶水赋存丰富的地 区，隧道多为深埋、特长、越岭型。本章从自然地理概况、地层岩性、地质构造 三方面对中国西南地区的地质环境条件进行简单归纳。 2.1 自然地理自然地理 2.1.1 地形地貌 整个西南片区东侧属于地势较低的长江中、 下游山地丘陵和东南沿海山地平 原，故地势总貌是西高东低。从南北方向看，由于贵州中部是长江和珠江两大水 系的分水岭地带，故地势又具有由本区中部向南北两个方向倾斜的特点。区内标 高一般在 10002500m。如滇东高原海拔一般在 2000m 以上，广西东部山脉的峰 顶高程则仅有 10001500m。区域多处于以山岳为主的二级台地上，山峦叠起， 地势陡峻，这些大山使本区地形复杂多样。例如，北部的大娄山将四川盆地和贵 州高原相隔；西部的乌蒙山又纵贯在滇东高原之中；南部的大瑶山等则使广西具 有四周高而中部低的盆地地貌。与地势相适应，本区主干河流除具有由西向东的 流向外， 还具有在山区中部向南、 北方向分流的特点。 长江中上游及其支流乌江、 嘉陵江、岷江都发源并流经区内。 2.1.2 气候条件 区内气候属亚热带气候区，温暖多雨，湿热同季，植被茂盛。年平均温度多 在 16℃以上。广西大部分地区，年平均温度 2022℃以上；重庆年平均气温为 18℃，月平均气温为 7℃，最低极限气温为零下 3.8℃，7 月至 8 月份气温最高， 多在 27℃38℃之间， 最高极限气温可达 43.8℃； 而贵州平均气温在 820℃之间， 大部分地区 1416℃，7 月份气温在 2225℃之间，1 月份为 46℃。 区内年降雨量大部分地区一般在 8001600mm 之间，局部地区降雨量大于 1600mm/a。重庆、四川两地年降水丰富，全区平均降水量 1100 mm 左右，夏季 占年降水量 4050，而冬季只占全年的 45；广西大部分地区年降雨量大 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 成都理工大学硕士学位论文 11 于 1000mm，不少地方年降雨 14001600mm 以上；贵州全省年均降水量 8501600mm，降水主要集中在 510 月，占总降水量 75％以上，强度较大。 区内大部分地区蒸发量在 8001200mm/a 之间，但少数河谷地区由于气候干 燥、气温高。如贵州北盘江下游的河谷和西部高原年蒸发量为 11001300mm/a。 2.2 地层岩性地层岩性 曹建华（2005）指出西南地区在大地构造上一部分位于扬子区，一部分位于 扬子区与华南加里东地槽毗邻过渡地带的江南区，如图 2- 1。 ⅠⅠ ⅡⅡ ⅠⅡ扬子区江南区 图图 2- 1 中国西南岩溶区碳酸盐岩分布分区示意图 2.2.1 扬子区 扬子准地台是震旦纪以来的地台，基底内的碳酸岩系分布在滇东的上昆阳 群、 川陕间汉南一带的变质沉积岩系及湘西板溪群中。 昆阳群台较多的白云岩类， 汉南的火地垭群以石英岩、片岩、大理岩为主，板溪群中的碳酸岩仅呈少量夹层 或透镜体。均受到不同程度的变质，除板溪群与上覆岩系为假整合或轻微角度不 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第 2 章 西南地区地质环境条件 12 整合以外，均以剧烈褶皱与上覆岩层不整合。这些岩系内的碳酸岩或因变质或因 呈夹层等形式而影响到岩溶的发育（中国科学院地质研究所岩溶研究组，1979） 。 震旦纪晚期至三叠纪碳酸岩系中岩溶广泛发育， 仅由于碳酸岩物质组成和岩 层组合方面的差异， 在各地质时期、 不同地段上的碳酸岩系中岩溶发育具差异性。 现分述如下 震旦系震旦系上统陡山沱组及灯影组一般为白云岩，不溶物含量在 10 左右，常系硅质，岩性变化不大，厚度变化大，西部康滇地轴东侧最厚，可达千 米以上；江南古陆附近最薄，仅几十米，不纯碳酸盐岩比例也较大。 寒武系下寒武统上部开始沉积清虚洞组灰岩；中、上寒武统几乎全部为碳 酸盐岩沉积， 贵州、 川南为白云岩， 向东石灰岩所占比例增加， 直至全为石灰岩。 寒武系碳酸盐岩厚度在湘、鄂西部和贵州达 2000 余米，四川一般在 400700m 之间。西部的滇东及龙门山一带部分或全部缺失中、上寒武统，岩性中泥质灰岩 和泥灰岩增加，厚度小于 400m。长江中游白云质含量低，泥质含量高甚至具泥 岩夹层。 奥陶系 主要为灰岩类， 平均泥质含量达 10左右， 岩性稳定， 厚仅数百米。 沉积有桐梓组和红花园组灰岩，与上寒武统白云岩呈连续过渡。酉阳及贵州都匀 以东地区，下统以灰岩为主，可夹碎屑岩，总厚 200500m。 志留系主要为碎屑岩，局部有泥质灰岩或泥灰岩间层。贵州及滇东北地区 夹几十米连续厚度的灰岩、泥质灰岩或泥灰岩。 泥盆系泥盆系在相当大的范围内缺失一部分或全部。泥盆系中统上部和上 统为碳酸盐岩沉积，岩性变化较大，上统以灰岩为主，中统白云岩占主导地