倒虹吸形成深饱水带大型充填溶洞的典型实例——圆梁山隧道毛坝向斜深饱水带特大型充填溶洞的形成及充填物成灾机制分析

摘要

圆梁山深埋特长隧道是渝怀铁路越岭线路方案的关键性控制工程,隧道总长11.070km.隧道穿越四周被志留系和泥盆系泥岩包围的二叠系及三叠系碳酸盐岩构成且受众多NW～NWW向横张断裂切割的毛坝紧密向斜.穿越毛坝向斜碳酸盐岩长度约2.2km.地表多为岩溶洼地及槽谷,岩溶泉、泉群、暗河多出露于横张断裂端部碳酸盐岩与下伏泥岩接触带.泉出露高程,亦即向斜岩溶水局部排水基准面,多在850～900m以上.隧道高程低于局部排水基准面400～450m.隧道施工开挖揭示,向斜核部和东翼在隧道洞身附近当地地下水位400m以下发育有3个罕见的特大型充填溶洞.其中平切面积达6000m2充填有紫红色粉细砂的2#溶洞多次发生涌砂突水灾害,总涌砂量高达6×104m3.3#溶洞则发生过极其特殊的黏性土爆喷型突出灾害.初步综合分析认为:向斜核部的层间滑脱和纵向张裂隙以及东翼茅口碳酸盐岩中部的层间错动带,被NW～NWW向横张断裂所交切,为岩溶水的深循环提供了较通畅的原始通道; 横断层间的水头差,导致岩溶水在此通道中做倒虹吸循环; 长期差异溶蚀使原始导水能力强的裂隙或断裂发展为溶洞,其中的水流转化为管道流.强烈溶蚀冲刷与顶板坍塌导致向斜核部吴家坪组碳酸盐岩中的层间滑脱与纵向张裂隙分别发育为1#、2#溶洞,东翼茅口碳酸盐岩中的层间错动带则发展为3#溶洞; 后因深部径流条件改变而被充填,形成现今这种罕见的深饱水带特大型充填溶洞.