牛鼻子洞

八字岭隧道牛鼻子暗河示踪试验成果分析

邓谊明;汪继锋

【摘要】宜万铁路八字岭隧道为一深埋岩溶隧道,穿过三叠系灰岩组成的向斜核部,

岩溶、地下水非常发育,沿向斜核部发育的牛鼻子暗河严重影响隧道的施工安全.通

过示踪试验成果,分析牛鼻子暗河的空间分布特征及地下水补、径、排特点,评价该

暗河对八字岭隧道的影响程度,为隧道设计施工提供依据.

【期刊名称】《铁道勘察》

【年(卷),期】2007(033)003

【总页数】4页(P11-14)

【关键词】八字岭隧道;牛鼻子暗河;示踪试验;评价

【作者】邓谊明;汪继锋

【作者单位】铁道第四勘察设计院,湖北武汉,430063;铁道第四勘察设计院,湖北武

汉,430063

【正文语种】中文

【巧克力曲奇 中图分类】U4

1概况

宜万铁路八字岭隧道长5867m，穿越向斜山地组成的向斜构造。向斜核部紧密，

倾角达80，是岩溶水汇聚场所，响洞坪—牛鼻子洞、张三坡—牛鼻子洞两暗河即

发育于此。为验证调查结果，查清入水口与周边排泄点的关系，确定暗河走向，评

价暗河水对隧道的影响，于2003年8月19日14时在响洞坪伏流入口投放示踪

剂，2004年6月9日20时在张三坡伏流入口投入示踪剂；在牛鼻子洞、后河、

凉水井、银水湾等暗河出口和岩溶大泉排泄点进行接收。其结果如表1、图1、图

2所示。

表1示踪试验成果项目高程/mCl-浓度/(mg/L)本底值初显值初显值时间异常

峰值显峰时间本底值初显值初显值时间异常峰值显峰时间投放点张三坡响洞坪

10991028响洞坪张三坡接收点牛鼻子洞凉水井后河银水湾4454106609302

551258月30日4：9月6日

21001251256月14月9：003006月14月

17：00注投盐2000kg，响洞坪—牛鼻子洞距离：4330m投盐2500kg，张三坡

—牛鼻子洞距离：5960m

图1张三坡—牛鼻子洞暗河示踪试验Cl-浓度—时间曲线

图2响洞坪—牛鼻子洞暗河示踪试验Cl-浓度—时间曲线

2示踪剂Cl-浓度—时间曲线特征

由于地下水通过岩溶管道排泄，具有以纵向流动为主的特征，可近似认为该地下水

为稳定的一维流。在短时间内注入示踪剂，形成高浓度液体进入地下河管道，示踪

剂沿纵向迁移。溶质弥散可用下列微分方程式表示

式中D——纵向弥散系数；

x——示踪剂运动距离；

V——水流速度；

c——示踪剂浓度；

t——迁移时间。

该式说明示踪剂浓度随时间的变化与弥散系数和地下水的速度有关。示踪剂逐渐分

散，占据一定的范围，其分布理论上为一顺水流方向拉长的椭圆形。示踪剂弥散范

围中心浓度最高，随后逐渐降低，其浓度变化曲线应为两翼略对称的单峰曲线。若

遇支流汇入，曲线一翼或两翼将产生波折反应，呈不对称型。

2.1张三坡—牛鼻子洞示踪曲线特征

(1)Cl-浓度异常曲线为单峰，两侧陡且基本对称，是标准的单一管道单峰曲线。

(2)峰值后陡坡曲线中的两个台阶，说明存在两个贮水洞穴或暗河分支(如响洞坪—

牛鼻子洞)。

2.2响洞坪—牛鼻子洞示踪曲线特征

(1)整体为平峰顶、两侧缓坡不对称型。初期为台阶式(共2矮向日葵 1个台阶)缓坡，说明管

道遇到相对较宽的贮水洞，出现弥散现象，反映存在串珠状贮水洞穴。

(2)曲线峰值呈平顶状(钝峰)，历经3天多时间。高峰过后呈缓坡，较长时间消失，

表明该处存在更大的贮水潭穴(也许为“顺层纵向槽潭”)，Cl-离子在较大水体中

弥散，到达峰值和峰值消散至正常值都需时间，因而延长了峰值出现的时北京六朝古都 间和浓度

衰减时间。

(3)在缓坡曲线中，出现两处低值(9月13日19：00，9月19日7：00)，表明存

在支管岩溶水补给而被稀释的结果(如张三坡之暗河)。

3示综试验分析

张三坡，响洞坪二投点示踪结果表明，该两伏流入口与凉水井、后河、银水湾排泄

点楼梯画法 不连通，只与牛鼻子洞出口存在联系。

3.1暗河的特征

响洞坪—牛鼻子洞暗河为缓坡钝峰不对称型曲线，张三坡—牛鼻子洞暗河为陡坡

尖峰对称曲线，反映了不同的管道形态和结构特征，说明他们虽共一出口，但基本

上仍为各自相对独立的两个管道。

(1)暗河的梯度

张三坡—牛鼻子洞：

入口高程1099m(H1)；

出口高程445m(H2)；

试段长596风平浪静造句 0m(L)；

梯度为

响洞坪—牛鼻子洞：

入口高程1028m(H1)；

出口高程445m(H2)；

试段长4330m(L)；

梯度为

(2)暗河流速

张三坡—牛鼻子洞：

投盐时间为2004-06-09，20：00；

峰值显现时间为2004-06-14，17：00；

历时为117h(421200s)；

流速为

响洞坪—牛鼻子洞：

投盐时间为2003-08-19，14：00；

峰值显现时间为2004-09-06，21：00；

历时为439h；

流速为

(3)暗河管道平面展布特征

张三坡—牛鼻子洞为平直管型通道。

响洞坪—牛鼻子洞为一具多个串珠状贮故事的故事 水洞穴和一个较大的贮水“槽潭”，并有

两个支管道汇入的复杂管道系统。

经综合分析，暗河体系平面展布如图3、图4所示。

图3响洞坪—牛鼻子洞暗河平面展布(单位：m)

图4八字岭隧道张三坡、响洞坪—牛鼻子洞暗河系统分析

(4)暗河管道充水体积

示踪试验段的管道系统体积，其数量与接收点在示踪时间段里流出的水体体积相等。

即示踪剂投放时间至弥散中心浓度到达接收点的时间段里共流出的水体体积为

V=Qdt

式中t0——投盐时间；

t1——示踪剂弥散中心浓度(峰值浓度)到达指定点时间；

Q——投放点的流量。

牛鼻子洞暗河出口示踪表明，该出口是两暗河的共同出口，采用牛鼻子洞暗河出口

流量，算得的体积为二暗河的共同体积(见表2)。

表2暗河管道体积计算投入点流量/(L/s)流量/(L/s茶艺表演 )t0t1历时t0-t1/s管道体积

V=Q(t1-t0)响洞坪38张三坡初中英语短语大全 20220-(38+20)=1602003年8月19日14：

002003年9月6日21：1580400=252864m3

3.2暗河补给源

从示踪试验结果看，张三坡、响洞坪两入口形成两个相对独立的管道，组成两个补

给源。响水洞汇水面积为5.3km2、张三坡汇水面积为3.0km2。示踪试验时测

得的入口表水径流量分别为：38L/s、22L/s，总和仅占牛鼻子洞暗河当时流量

(220L/s)的27%。因此，除暗河入口表流外，尚有该流域面积范围内渗入地下的

岩溶水，通过其他渠道补给暗河。

示踪试验表明，从投示踪剂到初显，响洞坪—牛鼻子洞系统历时254h，张三坡

—牛鼻子洞系统历时109h；从同期降雨、涌水量—时间曲线(图5)看，降雨峰值

与涌水量峰值历时仅48～72h。可见存在近程的补给源，如暗河管道上部的向斜

核部封闭洼地汇水的补给，其面积(Ⅰ)为2.27km2。该补给源的渗水汇入暗河处，

正好为一“槽潭”区(如图4)。降雨在Ⅰ区范围相对较快地直接渗入地下，汇入暗

河，使暗河流量增加灵敏。从图5曲线分析，该增加量占同期暗河总流量的

40%～60%(见表3)。

图5牛鼻子洞暗河流量、降雨量历时变化曲线

表3降雨与暗河流量的关系

项目降雨次数暗河总流量/(L/s)降雨瞬时增加量/(L/s)占总流

量比值/%①743040②1508959③985253④17010260

3.3暗河对隧道的影响

隧道工程区为一向斜山地，东、西、南三向被河溪深切，只向NE向延伸，北侧山

地地表径流和地下水汇聚向斜核部，以两个单管式管道(流)向西南径流，于四渡河

(牛鼻子暗河出口)排泄，同时得到向斜核部封闭洼地汇水直接补给(如图4)。

向斜核部褶皱紧密，倾角陡(60～80)，顺层裂隙发育，有利于顺层溶蚀并向深部

发展，暗河即顺层面溶蚀发育。顺层裂隙、溶隙成为浅部与深部岩溶水(管道流水)

联系相对密切的通道。

(1)暗河与隧道的空间关系

平面相交位置和高程关系见表4、图4。

表4暗河与喉音 隧道高程的关系暗河名称暗河与隧道相交里程相交处暗河高程/m相

交处隧道路肩高程/m暗河—隧道垂直差/m响洞坪—牛鼻子洞DK106+300879

9463312924681张三坡—牛鼻子洞DK106+29169

68

(2)地下水位

响洞坪—牛鼻子洞暗河在隧道处(DK106+300)的高程为879.94m；张三坡—牛

鼻子洞暗河在隧道处(DK106+050)的高程为802.81mm。JZ-113钻孔

(DK106+120.8左19.59m)水位高程为743.13m，钻孔水位比暗河高程低。这

说明：①用统一梯度斜坡线推测的暗河高程可能偏高，可能存在陡深跌水；②暗河

中的“槽潭”可能为深潭，其底的高程可能低于孔内水位高程；③说明该处的垂直

渗流带相当深厚，隧道高程可能处在水平流动带底部附近的岩溶裂隙水带内，暗河、

隧道同处在地下水位及其以下极不均一的岩溶充水体中。

(3)暗河对隧道的影响

隧道处在向斜核部，以纵向顺层充水为主导，暗河串联复杂充水介质中的溶隙网络，

并得到由陡倾角顺层裂隙、溶隙管道等组成的深厚垂直渗流带的补给；该带顺走向

串通了向斜轴向宽远的补给源。隧道通过该区，极有可能出现涌水，出现较大涌水

的可能性不能排除。

隧道洞顶向斜核部的(Ⅰ)汇水区(地下暗河“槽潭”范围)，降雨通过垂直渗流带直

接补给暗河，可能造成突发性突水(泥)灾害和影响地表环境，隧道施工需注意预防。

暗河位于隧道洞顶上方不远处，施工时可能不致直接遭遇暗河，但不排除遭遇与暗

河有联系的溶隙管道涌水。隧道涌水并任其长期排放，则可通过溶隙网络的不断疏

导与暗河串通，贮水洞穴和贮水“槽潭”的静储量和暗河动水量泄入隧道。一旦出

现此情况，防治将增加难度，隧道设计施工应尽力避免此种情况的发生。

参考文献

[1]TB10049—2004铁路工程水文地质勘察规程[S]

[2]TB10027—2001铁路工程不良地质勘察规程[S]

[3]TB10012—2001铁路工程地质勘察规范[S]