晋豫鲁铁路通道南吕梁山隧道水文地质条件研究

晋豫鲁铁路通道南吕梁山隧道水文地质条件研究

袁真秀

（中铁隧道勘测设计院有限公司，天津300133）

要：南吕梁山隧道修建关系到龙子祠泉域水环境的改变与否，可能影响临汾市的工农业用

水问题。通过测区的水文地质的综合勘察与研究，基本查明了隧道通过区域的水文地质条件，特别

摘

是奥陶系灰岩饱水带水位与隧道洞身埋深的相对关系，详细论证了隧道修建对沿线居民用水及水环境的影响程度，明确了隧道与龙子祠泉域水环境的空间立体关系。

关键词：水文地质;龙子祠泉域;水环境;空间立体关系

+

中图分类号：U452.11

文献标志码：A文章编号：1003－8825（2013）04－0111－05构造侵蚀剥蚀基岩山区地貌。其形成受中生代燕山期构造控制，以侵蚀作用为主，剥蚀作用次之，是构造运动上升区，以北部五麓山最高，海拔1946m，一般谷岭高差300～500m。西坡断崖出露，山势陡峭。东坡大面积覆盖黄土，地势相对平缓。由于地处中山及低中山地区，植被茂密，植物以自然生长的灌木丛林为主。地貌上属侵蚀－剥蚀区，部分山脊和沟谷两侧有基岩出露。根据地貌成因类型、形态特征，隧址区地貌类型按总体确定的标准可分为：ⅠA为黄土丘陵区，地下水主要为基岩裂隙水，局部为孔隙潜水；ⅡA为吕梁山脉低中山区，地下水主要为岩溶水、基岩裂隙水，局部为孔隙潜水。岩溶水盆地与岩溶泉域范围基本一致。北部为向斜盆地，南部为向北西倾斜的单斜构造。赋存在构造破碎带和节理密集带中的地下水，对工程影响较大。隧道处于ⅡA吕梁山脉低中山区，水文地质单元属于龙子祠泉域保护区范围，为临汾地区重要的水源地。

龙子祠泉泉域范围属吕梁山南段东翼的一部分，

2

龙子祠泉域面积为2250km。其成因是岩溶水通过

0前言

晋豫鲁铁路通道是我国为缓解能源运输“瓶

，横跨山西、河南、山东三省而建设的一条能源颈”

运输通道，修通后将形成集运能力强、灵活稳定的铁路网络，可以加强山西与华北、华东地区间的联系，缓解山西煤炭运输的困难局面。线路在山西省临汾市蒲县至洪洞县段以隧道形式穿越吕梁山脉，是整条铁路选线的控制性工程。线路将通过临汾市——龙子祠泉域，城市和工农业用水的主要供水水源—

泉水的主要来源为奥陶系灰岩岩溶水，降水为岩溶水的唯一补给来源。隧道的修建对龙子祠泉域的影响及对泉域的水文地质的影响程度，决定着临汾市城市和工农业用水安全。因此，查明测区水文地质条件，是确保隧道修建与运营安全、沿线居民生产生活用水的重点。

对南吕梁山隧道水文勘察，采用调查访问、专家咨询、地质测绘、物探、钻探等综合勘察方法，以及对基础资料的深入分析研究，确定了隧道水文地质条件与修建隧道对沿线居民用水及水环境的影响程度，保障了临汾市的工业用水和人民生活用水问题。11.1

测区概况地形地貌

隧道通过的吕梁山地区是以吕梁山脉为主干的

收稿日期：2013－02－28

作者简介：袁真秀（1974－），男，吉林双辽人。高级工程师，从

mail：yzxiujj@163.com。事地下工程勘察设计工作。E-

厚度达310～550m的奥陶系中统主要含水岩组的储存、运移与调节，使北、西、南三面汇流来的岩溶水聚集在地势最低洼的龙子祠处，受透水性相对弱的山前第四系沉积物的阻挡而溢流成泉。泉域跨临汾地区的尧都、襄汾、洪洞、乡宁、蒲县、隰县六

［1］

个县（区）。隧道位置与龙子祠泉域保护区范围

关系，见图1。

·112·SubgradeEngineering

路基工程

2013年第4期（总第169期）

图1隧道位置与龙子祠泉域保护区范围关系

1.2地质构造

测区经历多次构造运动，形成以紫荆山断裂带

1.3地层岩性

隧址区内古生界、中生界及新生界均有出露，

为代表的一系列复式褶皱、断裂，彼此互相交错，互相重叠，从而形成极其复杂的构造体系

［2］

隧道穿越区对龙子祠泉域水环境影响较大的岩层主要为奥陶系中统可溶岩地层

［2］

。测区

。

西部受与线路大角度相交的五麓山经向构造带控制，该构造带大致呈南北走向，南北长约70km，东西宽约15km，紫荆山断裂为其构造形迹，岩层向西倾斜35°～75°。测区东部受与线路大角度相交的龙门正弦状构造带控制，该构造带大致呈南北走向，南北长约58km，东西宽10～20km。发育多个次级褶皱的吕梁山复式向斜为其构造形迹，岩层产状平缓，倾角一般不超过10°。从构造角度看，隧址区处于受紫荆山断裂和吕梁山复式向斜复合所控制的构造带内。

奥陶系中统分为下马家沟组、上马家沟组及峰峰组，除峰峰组分2段外，其它两组均分为三段，共分三组八段。

111

各组一段（O2x，O2s，O2f）含泥质多，多为

角砾状（白云质）泥灰岩，含有石膏，裂隙闭合，岩溶不发育，构成隔水层。

222

各组二段（O2x，O2s，O2f）CaO含量高且层

厚，裂隙岩溶发育，构成较好的含水层。就岩溶、裂隙发育程度而言，O2f最强，O2s次之，O2x又

2

2

2

袁真秀：晋豫鲁铁路通道南吕梁山隧道水文地质条件研究

22

次之，但因O2s厚度大，故O2s实为最主要的含

·113·

龙子祠泉域受紫荆山断裂与吕梁山山前断裂构造体系所控制，构成了本区的水文地质单元，其水文地质条件复杂。2.2

泉域成因及岩溶水系统特征

泉域处于吕梁山脉的东坡，由西部山区补给的岩溶地下水，在向东部盆地运动过程中，受到山前大断层东侧阻水体的阻挡。大断层是导水通道，而断层东侧第四纪覆盖下的石炭、二迭系地层是横向阻水体。地下水横向受阻后，便沿断层顺向运动，在龙子祠一带地形最低，成为东部阻水边界的缺口，断层的东侧坡洪积物厚约35m，下部为石炭、二迭系地层，因下部阻水，上部部分透水，使岩溶水溢

［4］

流成泉，该泉属于山前断裂溢流泉（图3）。

水层。

33

上、下马家沟组的三段（O2x，O2s）大体上

为灰岩与泥灰岩互层，顺层方向可视为弱含水层，垂直层面方向则起隔水作用。

由于奥陶系中统三组八段岩性的含水性质的不同，形成局部的稳定上层滞水状态，只有在一定条件下才对奥陶系灰岩饱水带进行补给，这是当地奥陶系岩溶水的一大特点。

石炭系平行不整合于奥陶系之上，发育中统本溪组（C2b）、上统太原组（C3t）及山西组（C3s）三部分。为一套由薄层砂页岩为主的海陆交互相煤系地层，中间夹数层厚几米的石灰岩。太原组与山西组含可采煤。本溪组底部为山西式铁矿与铝土页岩，局部也有可开采煤层。灰岩与较厚的砂岩夹层可构成小规模含水层，前者泉流量最大可达10.00L/s，后者一般为0.10～0.51L/s。从整体上说，本层隔水。

二迭系发育下统下石盒子组（P1x）、上统上石盒子组（P2s）与石千峰组（P2sh）。为一套以砂岩、砂质页岩、页岩、薄煤层组成的河湖相沉积，总厚度为500～800m，整合于石炭系之上，本层整体隔水。22.1

龙子祠泉域水文地质条件分析水文地质单元划分

综合考虑地貌、地质构造等特征，以吕梁山山地与汾河谷地西侧洪积倾斜平原分界线为界将本区划分为两个水文地质单元：界线以西为吕梁山南段水文地质单元；以东为临汾盆地水文地质单元（图2）。

［1］

［3］

图3龙子祠泉成因示意

该泉的补给以向斜翼部裸露灰岩区降水入渗为主，其次为来自石炭、二迭系砂页岩区的地表径流入渗补给。岩溶水盆地中主要含水层为中奥陶统碳酸盐岩。

下奥陶统以白云岩、燧石白云岩为主，底部为薄层白云质泥灰岩，为弱岩溶相对隔水层。

由上述含水岩层组成的向斜岩溶水盆地轴部埋深不大，奥陶系灰岩顶板埋深高程不超过500m，其高程仍高于龙子祠泉水高程。因而向斜轴部基本上不起阻水作用，也不具承压性质。向斜西翼的地下水可以绕过轴部流向东翼。这样，从靳家川、何家峪至龙子祠形成了一条强径流带；在向斜的东翼也形成了一条强径流带，并从土门一带沿山前大断裂通向龙子祠泉。2.32.3.1

图2

水文地质单元分区示意

龙子祠泉域岩溶水补给、径流与排泄岩溶地下水的补给

［5，6］

大气降水是龙子祠泉域岩溶水系统地下水的唯一补给来源。按补给方式，可分为直接入渗补给和

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路基工程

2013年第4期（总第169期）

间接入渗补给两种类型。直接入渗补给，发生在O2地层裸露区。降水直接通过包气带进入饱水带，补给地下水。间接入渗补给，分别发生在C，P和Q地层覆盖区。在覆盖区内，大气降水一部分形成地表径流，当流至O2地层裸露区时，下渗进入岩溶含水系统；另一部分渗入覆盖层后，或沿着裂隙通道渗入O2岩溶含水系统，或以泉的形式由覆盖层出露地表，经2次入渗补给O2岩溶水系统。显然，间接入渗补给的减量效应、滞后效应均较直接入渗显著。2.3.2

岩溶地下水的存储和运移

龙子祠泉域含水系统平面示意，见图4。

祠—峪里、前郭家庄南等地即是范围较大的凹陷区。这些凹陷区四周为翘起的隔水底板所封闭，构成了有利的储水空间。勘探和开采资料已证实，上述凹陷区构成了局部饱水带。土门饱水带水位在500m左右（149，150，151，152孔），龙子祠—峪里饱水区水位为477.50（龙子祠泉）～484.0lm（峪里160孔），前郭家庄南饱水区水位为625.00m（光华159孔）。以上资料表明，龙子祠饱水带水位最低，龙子祠泉为该岩溶含水系统的最低排泄点。3

隧道位置与岩溶地下水饱和水位的关系

为明确岩溶地下水位与隧道洞身的位置关系，勘察工作除搜集到5处煤田深孔钻探资料（2502，2503，2301，2302和2303）外，还布置了8个深孔对岩溶地下水位和设计隧道洞身位置关系进行详细勘查。各钻孔的分析结果，如表1。

表1

钻孔性质钻孔编号

23012302

利用钻孔

230325022503CZK4CZK5CZK6DZK－10

布设钻孔

DZK－11DZK－13DZK－20

深孔钻探分析结果

揭露情况

结论

孔深/m226.10312.353.30345.40379.82501.195.20403.42510.75341.35310.00685.38

均未揭穿岩溶地下水位泉域内隧道设计标高高于沿线岩溶地下水位

图4龙子祠泉域含水系统平面示意

DZK－21

600.48

揭穿岩溶地下水位揭穿岩溶地下水位

隧道设计标高高于岩溶地下水位77m隧道设计标高高于岩溶地下水位135m

岩溶水系统的地质结构是一个北、西、南三面隆起，东侧受土门－龙子祠断层所的吕梁山复向斜。向斜轴部北段位于山头、梨树凹、一平垣一线，近SN走向；南部位于龙子祠、峪里、三官庙一线，转为SW－NE走向。沿向斜轴部隔水底板下凹，构成了有利的汇水和储水条件。北、西、南三面位置较高，有利于地下水向向斜中心的轴部汇集。由于次一级褶皱十分发育，向斜轴部呈波状起伏。如北端之青山峁背斜、土门与龙子祠之间的仙洞沟隆起、峪里以南之秦王山背斜等，造成了一系列隆起和凹陷盆地相间分布的构造格局。其中土门、龙子

表1中的2301，2302和2303深孔均为干孔，未揭露岩溶饱水带水位；CZK4，CZK5，CZK6，DZK－10，DZK－11和DZK－13其孔底标高均低于隧道设计标高，揭露了基岩裂隙水与岩溶滞水，未揭露岩溶饱水带水位，而DZK－20，DZK－21孔揭露岩溶饱水带水位，隧道设计标高高于岩溶地下水位70多米。因此，可判定隧道设计标高高于沿线岩溶地下水位。南吕梁山隧道与岩溶饱和水位相对关系示意，见图5。根据资料，乔家湾地区龙子祠泉域岩溶水排泄水力坡度为15‰，大于隧道限坡13‰，据此，

袁真秀：晋豫鲁铁路通道南吕梁山隧道水文地质条件研究·115·

推断隧道的修建对沿线的岩溶地下水产生的影响不大。

图5南吕梁山隧道与岩溶饱和水位相对关系

施工实践证明，水文地质勘察资料是准确的，保证

4

结语

通过调查访问、专家咨询、地质测绘、物探、钻探等综合勘察方法，并结合龙子祠泉域地下水径流方向特征和隧道与岩溶饱和水位相对关系勘察，表明隧道洞身处于岩溶水垂直渗流带，隧道设计标高高于沿线岩溶饱和带水位，且岩溶水排泄水力坡度大于隧道限坡。以上工作，详细查明了南吕梁山——龙子祠泉域的地层岩性、地质隧道重要水环境—

构造、泉域边界与范围、成泉原因、泉水的补给、排泄和运移规律、水量变化、水质等情况，查明了奥陶系灰岩饱水带与推荐隧道线路的空间关系，论证了临汾市77万人的工农业生产、生活主要用水水源不会受隧道修建的影响。目前，隧道已基本贯通，

参考文献：

［1］李彦军，王洪勇，袁真秀．南吕梁隧道工程地质勘察报告［Ｒ］．天津：

中铁隧道勘测设计院有限公司，2009．［2］TB10012－2007，J124－2007

国铁道出版社，2007．［3］TB10049－2004，J339－2004

中国铁道出版社，2004．

［4］袁真秀，李彦军，秦正贵．南吕梁特长铁路隧道工程地质选线关键问

题研究［J］．隧道建设，2012（2）：188－191．

［5］王红全，张志祥．龙子祠泉域岩溶水资源评价及保护研究［J］．山西

水利，2010（8）：22－33．

［6］王红全，张志祥，郭勤芳．龙子祠泉流量动态特征及衰减成因研究

［J］．科技情报开发与经济，2010，20（25）：143－145．

铁路工程水文地质勘察规程［S］．北京：铁路工程地质勘察规范［S］．北京：中

了铁路建设顺利推进。

StudyonHydrogeologicalConditionsofSouthLvliangshanTunnelalongtheＲailway

ThoroughfareacrossShanxi，HenanandShandong

YUANZhenxiu

（ChinaＲailwayTunnelSurvey＆DesignInstituteCo．，Ltd．，Tianjin300133，China）

Abstract：TheconstructionofSouthLvliangshanTunnelrelatestothechangeofwaterenvironmentofLongziciSpringarea，whichmayinfluencewateruseofagricultureandindustryinLinfen．Throughcomprehensivehydrogeologicalsurveyandresearchinthetestingzone，thehydrogeologicalconditionsoftheareawherethetunnelgoesthrough，especially，therelationbetweenthewaterlevelofsaturatedzoneinrespectofOrdovicianlimestoneandthedepthoftunnel，werefoundoutsubstantially，thustheinfluenceoftunnelconstructiononresidentialwaterandthewaterenvironmentalongthelinehasbeendemonstratedindetails．FinallythespatialrelationsbetweenthetunnelandthewaterenvironmentofLongziciSpringareahasbeendefined．Keywords：hydrologicalgeology；LongziciSpringarea；waterenvironment；spatialrelations