5.5.1.1　工程概况

重庆明月山隧道位于沪蓉国道主干线支线重庆忠县至垫江高速公路A16标段上，为两座分离式双向四车道隧道，线路走向大致呈东西方向，明月山隧道由东向西横穿川渝交界的明月山与四川境内的邻水至垫江高速公路相接。

由四川省交通厅公路规划勘察设计研究院设计的明月山隧道（图5.5.1-1），跨越重庆市和四川省两地，右洞全长6555m（YK4+415～YK10+970）；左洞全长6557m（YK4+416～YK10+973）。明月山隧道施工难度均集中在A16标段重庆境内。

图5.5.1-1　明月山隧道进口全貌

5.5.1.2　隧道地形地貌

隧道穿越明月山背斜，背斜两翼须家河（T3xj）和珍珠冲（J1z）分布区，植被发育，尤其北西翼植被覆盖率达80%以上。主要为松树、杂草灌木等针叶林。

明月山山体走向N30°E，两侧为挺拔山脊，山顶部为岩溶隆脊山地，两侧为单面山峰脊状中低山。顶部灰岩溶蚀后成为槽谷、岩溶。槽谷两侧为山脊组合成“一山两岭”和“一山三岭”的特有形态。山岭陡窄峻峭，峰峦层叠，标高在314～993.2m，相对高差679m山地基岩裸露，植被稀疏（图5.5.1-2）。

图5.5.1-2　明月山隧道侵蚀溶蚀地形地貌

5.5.1.3　工程地质条件

（1）地层岩性。明月山背斜出露地层主要有三叠系下统嘉陵江组（隧道区地表未出露）、中统雷口坡组、上统须家河组，其中须家河、雷口坡组分布最广。

侏罗系上统珍珠冲组主要分布于进出口缓坡上。第四系主要分布于背斜北西翼缓倾斜坡及隧道进出口地段。

（2）地质构造。隧道区位于新华夏系川东弧形构造带，华蓥山隆褶带明月峡背斜中段鞍部，明月峡背斜北起开江县义和，南至明月山南28km，左斜轴线平直呈N30°E延伸，无大的弯曲，仅在开江倾伏，部分转向N50°E。背斜南东为梁平向斜，北西为丰禾向斜。背斜轴部狭窄尖棱，两翼不对称，南东翼陡，且发生倒转，倾角54°～85°，局部陡直，北西翼缓，隧道于K4+979～K7+061穿越。雷口坡组地层倾角20°～55°，须家河组—珍珠冲组地层倾角多在13°～20°，为线形斜歪背斜。总体构造较单一，沿背斜发育F1断层，轴部两侧地层均向北西倾斜，局部见岩层挤压挠曲、倒转、直立，未见褶曲转折形态。

背斜岩层构造状态情况详见图5.5.1-3、图5.5.1-4。

T2l1为三叠系雷口坡下段灰岩、白云质灰岩地层。T1j为三叠系下统嘉陵江组断层白云岩泥质灰岩。F1发育在该地层中。

5.5.1.4　水文地质条件

图5.5.1-4　背斜轴断层破碎带内岩石揉皱挤压强烈构造状态

根据地下水赋存条件、水理性质和水力特征，隧道区地下水可分为碎屑岩类孔隙裂隙水、岩溶水（碳酸盐岩裂隙溶洞水）和松散岩类孔隙水三类六亚类（图5.5.1-5）。其中松散类孔隙水分布零星，水量贫乏，对隧道涌水均无显著影响。因此，重点处理的是广泛分布的碳酸盐岩裂隙溶洞水和碎屑岩类孔隙裂隙水。

图5.5.1-5　地下水类型关系

（1）岩溶发育基本特征。岩溶发育基本特征与区域一致，明月山背斜两侧为砂泥岩所挟持，碳酸盐岩沿背斜轴部出露（宽度一般0.5～3km）岩溶形态沿纵向发育为主，地下水总体流向亦与构造线大体一致。地貌上形成隆脊槽谷型侵蚀岩溶地形（高位槽丘及槽洼），沿背斜轴部出露的T2l底部及T1j灰岩岩溶十分发育。从埋藏条件来说，雷口坡属裸露型——浅埋型岩溶，嘉陵江组属地下型岩溶。

1）裸露型岩溶形态。隧址区出露碳酸盐岩为雷口坡组（T2l）钙质泥岩夹灰岩地层，下伏有嘉陵江组（T1j）灰岩、白云岩互层，两侧为须家河组及侏罗系中下统砂泥岩组成的相对隔水层限制。受上述特有的岩性、构造组合条件和区内地下水循环交替作用差异影响，岩溶发育的程度及岩溶形态在平面垂直方向表现出不均一性，而表生岩溶形态，也主要集中发育在雷口坡顶底部灰岩层内。工作区内可见的岩溶形态有漏斗、落水洞、溶洞洼地、溶孔、溶隙等，典型的有三桥溶洞，小坑塘溶洞、豹子洞干溶洞、余家湾溶洞洼地及落水洞，豹子洞龙塘及廖家槽岩溶大泉等。

2）地下型岩溶型态。T1j灰岩、泥灰岩、白云岩互层地层，伏于T2l地层之下。由于背斜轴部T2l底部灰岩与T1j顶部断层接触，继续向深部运移，形成T1j浅埋型岩溶形态，其主要以溶孔、溶隙为主。根据CZK2钻孔主要揭露岩层层位为灰岩、T1j灰岩、白云岩地层，从钻孔揭露来看，地下岩溶形态以溶孔、溶隙为主，未揭露到大型溶洞。溶孔直径一般0.5～10cm，大者为61cm。(www.daowen.com)

（2）岩溶水的突水性。

1）碳酸盐岩类裂隙溶洞水。主要赋存于灰岩及下伏T1j灰岩、泥灰岩、白云岩层中，本次根据灰岩与T1j顶部盐溶角砾岩性质接近，岩溶化作用基本相似，将其合并为一个综合富水岩性段加以考虑。据初勘CZK2钻孔水文地质试验及q-S曲线图，单位涌水量为0.49～0.51L/s降深7.1m，涌水量为312.77m3/d，渗透系数0.27～0.32m/d。水量较丰富，具明显的承压水性质。

据区域资料，枯季地下径流模数大于6L/（s·km2），大泉暗河流量一般大于100L/s。该灰岩岩性段主要分布于背斜轴部。据调查，该段灰岩连续厚度大，隧道区特别是轴线两侧1km附近溶洞、洼地、大泉等地表岩溶形态发育，初勘CZK2钻孔揭露地下溶孔、溶隙较发育，地下水的赋存条件好，为工作区主要富水岩溶地层。与横向支沟切割处多分布有大泉，调查的岩溶大泉十之八九分布于该岩性段，由于2006年1月17日、2006年6月18日、2006年9月7日、2006年10月3日、2006年10月27日的隧道施工中分别在YK5+398、K5+412、YK5+413、K5+437洞段，出现突涌水，最大涌水流量达16万m3/d，YK5+398最小出水洞段涌水量达1.73m3/d，由于K5+437岩性段出现涌水，致使除豹子洞龙塘大泉未疏干外，其余大泉现已全部疏干。被疏干的大泉有桂花湾大泉（S6）、徐家槽大泉、聂家湾老龙洞大泉等。

2）碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙溶洞水。该类地下水主要赋存于灰岩夹泥灰岩、页岩地层中，灰岩质较纯，厚度较大，间夹泥灰岩及薄层页岩，受非可溶岩间隔，岩溶发育受一定限制，相对灰岩而言，地下水的赋存条件稍差。据原勘察报告，地下水径流模数3～6L/（s·km2），大泉暗河流量10～100L/s。据访问调查，该类地下水水位埋藏浅，以小泉出露为主，于横沟等低洼处排泄。表生岩溶形态以溶孔、洼地、漏斗、落水洞为主，尤其是顶部与T3xj底部泥岩接触带附近最为突出。虽然该岩性段在隧道开挖中未出现涌突水，但仍有大部分泉水被疏干。

3）碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶洞水。该类地下水主要赋存于泥（页）岩夹泥灰岩、薄层灰岩，灰岩连续厚度小，受可溶岩间隔，故岩溶发育受一定限制，相对而言，地下水的赋存条件较差，相互间水力联系弱。据区域资料，地下水径流模数小于3L/（s·km2），大泉暗河流量小于10L/s。从调查访问结合详勘资料看，该类地下水水位埋藏浅，以小泉、季节性泉出露为主，于横沟等低洼处排泄，受非可溶岩隔阻尚有露头高低不一之现象。表生岩溶形态以溶孔、溶隙为主，洼地、漏斗、落水洞少见，但在灰岩较厚的局部地段，仍发育有较典型的表生岩溶形态，如豹子洞龙塘，详勘调查时为一上升泉，流量2.14L/s（现流量减少了约70%），泉水四季不枯，在该泉冲沟上部（高20m，平距50m处）见一小上升泉水，流量约0.1L/s（现已干涸），同时在下部（低10m，平距30m）左侧田中亦见一股上升泉水，流量约0.2L/s（现已干涸）。此三处泉水出露高低不一，之间为页岩夹层，反映了泥岩夹灰岩岩溶地下水受岩层控制明显。

由此可知，T2l中部的碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶洞水，在岩性组合条件等适合部位，隧道易发生涌水，本次隧道中的地下水涌水发生在此部位，是相吻合的。

由于在2007年10月6日、2007年12月8日、2008年1月4日的隧道施工中，分别在K6+397、YK6+490、K6+480洞段出现三次涌突水，流水量达2万～4.5万m3/d，致使隧道轴部两侧4～4.5km内的大泉疏干，并对南侧约6.5km的水井的地下水造成一定影响。

（3）岩溶水的动态性。根据初、详勘资料，岩溶地下水动态受大气降雨影响明显，在调查期间连续数天下雨，北西岩溶槽内的冲沟见许多小泉水，呈串珠状分布于冲沟两侧。调查区内的小泉水流量总体上有20～30倍以上的丰枯流量变化，如徐家槽内一小泉水，调查期内流量0.394L/s，但丰季流量大于30倍以上，而雨后一天即迅速回落，并出现浑浊现象，说明其地下水径流途径短，豹子洞龙塘泉水，也有类似现象。又如桂花湾大泉，2003年9月29日测得流量25.1L/s，10月12日雨后流量达90.8L/s，可见丰枯水量变化较大，总的看来，泉流量动态受降雨影响大，具“暴涨暴落”的特点，岩溶地下水交于槽沟一当地基准面排泄。

埋藏型岩溶地下水不受当地侵蚀基准面控制，动态相当较为稳定，受降雨影响不敏感，例如AZK1、AZK2号钻孔，揭露到浅埋型岩溶水后，水位基本保持在50.8～54.25m之间，连续15d的小雨，亦未见水位有大的变化。

（4）岩溶水的补给、径流、排泄。隧址区背斜轴部岩溶区无大的水库、湖泊存在，亦无大江大河切穿背斜。同时，两侧受T3xj～J1z碎屑岩地层挟持，T2l中部以页岩为主的岩性组合条件，决定了岩溶地下水主要以大气降雨为主要补给形式，径流补给等其他补给形式为辅。大气降水主要在灰岩露头区的溶隙、溶孔直接渗入地下。岩溶洼地、漏斗、落水洞所代表的小流域内的大气降雨直接渗透入地下，补充到含水层中。

岩溶地下水主要在溶隙、裂隙、溶洞等中径流，径流的方向受非可溶岩挟持，总体顺构造线方向，即南西—北东向。径流途径的长短受地下水位埋深及当地侵蚀基准面的控制明显，地下水埋深浅的，在当地支沟切割后地下水即出露地表，其径流途径较短，但流量一般不大，工作区数量众多的小泉即如此。水位埋藏较深时，可越过当地横沟而在更低的侵蚀面排泄，如详勘时调查的桂花湾廖家漕大泉（YR60），平水期达25.3L/s，从区域分析看，其补给范围可达北东约3km的十路口，可见其补给途径较长。

岩溶地下水主要以泉、暗河的型式排泄。工作区受可溶岩结构组合限制，同时流向南东的横向沟谷密布，径流量小于1L/s的小泉就近排泄为主，大泉暗河数量少、分散。从详勘调查来看，仅在隧道北东的桂花湾（流量25.3L/s）、豹子洞龙塘（2.14L/s）、龙华沟（4.0L/s）等处见较大流量的泉水，其余流量均较小。另外，紧接顶部灰岩的T3xj底部煤窑采空区也排泄了部分岩溶地下水，但排泄量一般不大，仅在砂岩裂隙与岩溶管道、溶隙溶孔组合有利地段可见到较大的排泄量，典型的有何家沟煤矿，其平洞540m，其中T2l顶部灰岩514m地段，仅局部裂隙发育地段见地下水呈帘幕状、线状、珠状滴水，合计流量小于5.0L/s，当以上山煤的开采型式、开采至高于平洞20m地段时，地下水突水量达80.4L/s。据本区采煤方式及地层岩性分布特征，煤窑对岩溶地下水的排泄主要表现在顶部与T3xj底部的局部地段，且因泥岩的隔水作用，两者不具区域水力联系。背斜北西翼因灰岩缓倾伏于T3xj以下，除何家沟煤矿外，尚无其他煤窑排泄岩溶地下水的迹象。

隧道横穿岩溶区，开挖洞径达11余米，且高程在450～457m，低于隧址区最低侵蚀基准面，地下水流场将有较大改变，隧道将成为区内岩溶地下水排泄区。

5.5.1.5　隧道岩溶涌水预灌浆封堵处理

（1）工程特点及重难点。隧道受地质构造影响严重，处于明月山背斜核心轴部，岩溶发育地下水丰富、涌水量大、补给范围广、并受断层挤压破碎带影响岩层破碎、软岩、含煤地层地段所占比例大、单口掘进长。

2005年7月进入可溶岩地层后，洞内开始涌水，涌水量大大超过设计的预计量，灌浆堵水即同时进行，据不完全统计，左右洞特大涌水（10000m3/d以上）14次；大涌水6次（5000～10000m3/d）；较大涌水5次（1000～5000m3/d）；共计突涌水25次。

为保证施工安全和减少因涌水给地表环境产生的破坏，对施工涌水进行以堵为主、堵排结合的原则进行治理。从而展开了大规模的灌浆堵水和灌浆加固施工，先后对左右洞22处涌水地段计1029m进行了预灌浆堵水和灌浆加固施工，共灌入水泥约51059.32t，灌浆钻孔约93156延米，在同类工程中实属罕见，灌浆效果显著，达到设计要求的灌浆后隧道排水量要求。

（2）隧道岩溶发育段治水原则。隧道岩溶发育段治水设计“以截堵为主，防排结合，限量排放，因地制宜”的综合治理原则，暗河水流动路径比较明确时，应以疏为主，不改变地下水总的流动趋势，即采用暗管、涵洞等方法将水排走。其余洞身段视地下水性质和水量大小，分别采取“以堵为主”及“以排为主”的措施，达到排水畅通、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。

（3）隧道施工突涌水（泥）成因分析。隧道区处于岩溶较发育区，地下水丰富，补给途径远且面积大，区域地下水总体上从北向南流径隧道工程区。由于隧道施工高程低于明月山岩溶水地下水水位的一般标高，开挖后造成涌水成因主要为隧道工程区裂（溶）隙与较大的岩溶水管道系统及涌水带，雷口坡组中段非均质各向异性碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶洞水连通，导致地下水在局部地段相对集中而产生涌突水。

（4）隧道岩溶突涌水特征。

1）瞬间涌水量大。YK5+398最大涌水量高达16万m3/d（1.85m3/s），一般涌水量多为1万～4万m3/d（0.18～0.55m3/s）。

2）压力大、射程远。YK5+431涌水射距达7～8m远、K6+397探孔射水距离达15m左右，其喷口水流初始速度为11m/s，超过100m短跑世界纪录的速度。

3）突涌水多发生在拱部和拱顶上，涌水初期常伴随塌方掉石块或形成塌腔。YK5+379涌水塌腔直径2～4m，长7m，K6+397涌水塌腔1.5m×6m×3m（长×宽×高），K6+418涌水塌腔长1.5m，宽6m，高3m，K6+480～+482涌水塌腔长2m宽9m高不详。

4）常遇溶穴、溶孔、溶腔涌水呈多股水喷流状。K5+005爆破后三股大水平均每股水3m3/min，K5+137以6m×4m×9m填充溶洞涌出股水，K5+236拱顶左侧1～3m范围大面积涌出股水，K5+378溶隙水以股状流出，YK5+379拱腰探孔涌水，YK5+431大股状射水5m，K6+471探孔股状浑浊黄水，YK6+394掌子面2股水喷射距离2m等。

5）突涌水频率高水量呈动态变化。在明月山背斜轴部2082m岩溶发育涌水区范围，左洞平均每160m涌水一次，右洞每231m涌水一次。有的涌水量开始大后逐渐衰减，有的涌水量开始小后逐渐增大。