隧道建設(shè)對地下水環(huán)境影響及對策措施

耿寶 王磊 王娟 劉冰 高秀花

（1.中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院；2.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司）

隧道建設(shè)對地下水環(huán)境影響及對策措施

耿寶1王磊2王娟1劉冰1高秀花1

（1.中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院；2.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司）

隧道建設(shè)相當于在地下增加一條新的地下水排泄通道。隧道排放的施工涌水如果不加控制，將會造成區(qū)域地下水水位下降，使得影響半徑范圍內(nèi)地下水露頭減少，井泉、溪流水量等不同程度的減小或消失，從而影響當?shù)鼐用竦纳詈蜕a(chǎn)用水。文章以五陂石隧道為例，根據(jù)隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及其水文地質(zhì)條件，通過對隧址區(qū)涌水量計算，定量分析隧道建設(shè)對地下水環(huán)境的影響。分析得出，隧道建設(shè)在一定程度上改變隧址區(qū)原有的地下水徑流及排泄條件，涌出的地下水以地表徑流形式流失和浪費，使地下水系統(tǒng)失去平衡。最后，提出保護地下水環(huán)境的對策和措施。

隧道建設(shè)；地下水；環(huán)境影響；對策措施

0 引 言

隧道建設(shè)將不同程度地破壞隧址區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，新增裂隙或使裂隙增大，使地下水水動力條件發(fā)生局部改變，可能出現(xiàn)突涌水現(xiàn)象，造成地下水疏干、井泉干枯、地表蓄水量減少等災害，影響周圍居民生活用水和生產(chǎn)用水。近年來，對于隧道施工中涌水問題研究較多［1-5］，而對于隧道建設(shè)對地下水環(huán)境的影響研究還不夠。本文將結(jié)合某輸氣管道穿越的五陂石隧道實例，通過收集資料和現(xiàn)場勘查，分析隧道建設(shè)對周邊地下水環(huán)境的綜合影響，從而為保護地下水環(huán)境提出相應(yīng)的對策措施。

1 工程概況

五陂石隧道位于江西省萍鄉(xiāng)市白竺鄉(xiāng)，屬于山嶺隧道，隧道長1 500 m，采用直墻圓弧拱形斷面，斷面尺寸為3.2 m×3.2 m。隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌，山脊線不明顯，山體呈近南北向展布，山頂高程約703 m，溝底高程約486 m，高差達217 m。山頂較平緩，山體西側(cè)坡度相對較平緩，坡度30～40°，東側(cè)坡度較陡，約40～50°，隧道走向110°。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，呈樹枝狀，谷地呈“U”型，寬度10～30 m，主要呈北西向。隧道進口位于山口村東側(cè)斜坡，隧道出口位于柘村西側(cè)斜腳。隧道進口北側(cè)約40 m處有一走向為300°溝谷，溝谷中發(fā)育一條近溪流，溪流量為800 L／min，該溪水為進口附近山口村居民生活用水；隧道出口南側(cè)下方溝谷中發(fā)育一條溪流，溪流流量約4 000 L／min，該溪水為出口附近柘村居民生活用水。

2 隧址區(qū)地質(zhì)條件特征

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)所在位置區(qū)域構(gòu)造四級構(gòu)造單元屬于“武功山～玉華山隆斷束”。隧址區(qū)基底褶皺強烈發(fā)育，為一軸向北東—北東東向的倒轉(zhuǎn)復式背斜（武功山復背斜），武功山復背斜由神山群和震旦系組成，翼部為寒武系。隧址區(qū)位于武功山復背斜東段北翼傾沒段，地層表現(xiàn)為單斜，正常傾向300～330°，傾角25～45°，受斷裂構(gòu)造影響，局部巖層傾向為200～260°，傾角50～60°，隧址區(qū)里程K0＋920 m－K1＋020發(fā)育一條壓扭性斷裂F1，斷層傾向西北，破碎帶寬約100 m，該斷裂與隧道呈大角度相交，其圍巖破碎富水。

隧道沿線巖體節(jié)理較發(fā)育，主要發(fā)育有7組節(jié)理裂隙，節(jié)理貫通性均一般。節(jié)理1：傾向305°，傾角75～80°，節(jié)理密度1～3條／m，裂隙面平直，閉合，可見延伸長度約1 m；節(jié)理2：傾向265～275°，傾角54～55°，節(jié)理密度1～2.5條／m，裂隙面較平直，微張，可見延伸長度0.5～2.0 m；節(jié)理3：傾向235～240°，傾角53～54°，節(jié)理密度1條／m，裂隙面較平直，微張，節(jié)理貫通性一般，可見延伸長度0.5～2.0 m；節(jié)理4：傾向210°，傾角73°，節(jié)理密度約0.5條／m，裂隙面平直，閉合，節(jié)理貫通性一般，可見延伸長度1.5 m；節(jié)理5：傾向95～115°，傾角69～84°，節(jié)理密度約1～3條／m，裂隙面平直，閉合，節(jié)理貫通性一般，可見延伸長度0.5～2 m；節(jié)理6：傾向30～54°，傾角68～90°，節(jié)理密度1條／m，裂隙面平直，閉合，節(jié)理貫通性一般，可見延伸長度約0.5～1.5 m；節(jié)理7：傾向5～6°，傾角41～75°，節(jié)理密度1條／m，裂隙面平直，閉合，節(jié)理貫通性一般，可見延伸長度約2～3 m。隧址區(qū)節(jié)理發(fā)育程度受區(qū)域構(gòu)造影響，主導走向120～144°與隧道軸線（走向110°）方向呈小角度相交。

2.2 地層巖性

根據(jù)工程地質(zhì)測繪及鉆探揭示，隧址區(qū)分布的地層巖性相對比較簡單，表層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el＋dl）粉質(zhì)黏土、碎石土、下伏基巖為元古界震旦亞界冷家溪群（Zln）變質(zhì)砂巖。

3 隧址區(qū)水文地質(zhì)特征

3.1 含水巖組與地下水類型

隧址區(qū)地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水。

◆第四系松散巖類孔隙潛水

第四系松散巖類孔隙潛水主要埋藏于隧道進出口、山間谷地及山坡表層土層內(nèi)。土層厚度分布不均，以碎石土為主，局部夾塊石及粉質(zhì)黏土，透水性中等，富水程度較好；地下水位埋深隨地形起伏，山頂無水，斜坡深埋，山麓淺埋～出露。

◆基巖裂隙水

隧址區(qū)基巖主要為變質(zhì)砂巖，受構(gòu)造影響，基巖裂隙較發(fā)育，表層全風化、強風化層較厚，風化裂隙發(fā)育，巖層透水性較好，與表層碎石土水力聯(lián)系強，往往能形成混合潛水面，富水程度較好。中風化層巖石完整性相對較好，滲透性弱，富水程度差，受斷裂隙構(gòu)造影響，局部可形成富水帶。地下水位埋深亦隨地形起伏，山頂及斜坡深埋，坡麓淺埋。潛水面隨地形起伏，水位隨季節(jié)變化。

3.2 地下水補給、徑流和排泄

隧址區(qū)地下水的補給主要來自大氣降雨滲入補給和沖溝地表水體滲入補給。地下水在重力作用下，由高處向低處運動，形成地下水徑流。人工開采是其主要排泄方式。

第四系松散巖類孔隙潛水主要接受大氣降水下滲補給，局部受基巖裂隙水側(cè)向補給，地下水受降雨影響明顯，旱季含水量很小或無水。同時斜坡坡度較陡，大氣降水一部分沿坡面向下排泄，一部分下滲至下伏的基巖中，徑流途徑短，坡麓溝谷地帶地下水淺埋，同時受下伏基巖裂隙水補給，隧道進出口均發(fā)育長期性溪流；基巖裂隙水主要接受上部第四系孔隙水補給，在裂隙通道、破碎帶內(nèi)徑流，由高處向低處徑流排泄。

4 隧道施工對地下水的影響分析

隧道建設(shè)對地下水的影響主要是由于施工過程中可能會有大量地下水涌出，改變地下水流場，破壞地下水系統(tǒng)平衡。區(qū)域內(nèi)地下水系統(tǒng)平衡可以表示為［6］：

式中，Qa為大氣降水滲入補給量，m3／d；Qb為區(qū)域內(nèi)、外地表水補給量，m3／d；Qc為區(qū)域外地下水補給量，m3／d；Qj為地下水徑流量，m3／d；Qf為地下水儲存變化量，m3／d。

隧址區(qū)地下水的補給來源主要有3個方面：大氣降水，區(qū)域內(nèi)、外地表水的輸入和區(qū)域外地下水輸入。

隧址區(qū)圍巖巖性主要為變質(zhì)砂巖，圍巖節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖層透水性較好，發(fā)育有7組節(jié)理裂隙，在K0＋920-K1＋020段發(fā)育一條壓扭性斷裂F1，斷層傾向西北，破碎帶寬約100 m。施工過程中遇到風化裂隙帶和破碎帶，隧道開挖將形成地下水的人工排泄邊界，隧道附近水力梯度加大，對結(jié)構(gòu)面的潛蝕作用變強，最后導致裂隙開度增大［7］，可能出現(xiàn)突然涌水或涌沙現(xiàn)象，對地下水影響較大。

根據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》，采用綜合評分法預測隧道最大涌水量和正常涌水量。該方法綜合考慮了地表環(huán)境特征、巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造特征（地表裂隙、斷裂等發(fā)育程度）、氣候特征、隧道防水措施、隧道最大埋深、隧道長度等多種因素，在我國鐵路隧道涌水量預算方面有一定理論和實踐的基礎(chǔ)。涌水量計算公式如下。

單位長度最大涌水量：

單位長度正常涌水量經(jīng)驗公式：

最大涌水量：

正常涌水量：

式中，q0為隧道通過含水體區(qū)段的單位長度最大涌水量，m3／（m·d）；qs為隧道通過含水體區(qū)段的單位長度正常涌水量，m3／（m·d）；K為含水層滲透系數(shù)，m／d；H為靜止水位至洞室底板的距離，m；Q0為隧道通過含水體區(qū)段的最大涌水量，m3／d；Qs為隧道通過含水體區(qū)段的正常涌水量，m3／d；L為隧道長度，m。

隧址區(qū)分段涌水量計算參數(shù)及其結(jié)果見表1。

表1 隧道穿越不同區(qū)段涌水量計算參數(shù)及其結(jié)果

由表1計算結(jié)果可知，隧道最大涌水量為16 643 m3／d，正常涌水量為5 394 m3／d，涌出的地下水以地表徑流形式流失和浪費，使地下水系統(tǒng)失去平衡。

隧道建設(shè)在一定程度上改變隧址區(qū)原有的地下水徑流及排泄條件，形成新的地下水排泄通道，在其影響范圍內(nèi)可能會使隧道進、出口附近滲水井的水量減少甚至斷流，對地下水影響較大，從而影響隧道進口附近山口村和出口附近柘村居民生活用水。因此，隧道施工前，必須查明隧址區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件。

5 地下水保護措施

為了保護地下水資源，根據(jù)隧址區(qū)地質(zhì)、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件以及隧道開挖對地下水的影響，五陂石隧道施工時，應(yīng)采取以下保護措施：

◆隧道穿越地區(qū)地下水保護的總體原則為“以堵為主、控制排放、因地制宜、綜合治理”。施工前應(yīng)進行詳細的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件勘查，查明隧址區(qū)巖性結(jié)構(gòu)及其富水性，重點關(guān)注隧址區(qū)的構(gòu)造節(jié)理及破碎帶的富水性。

◆施工前，加強工程地質(zhì)測繪、鉆探、物探等勘察工作。特別是對物探揭示的斷層破碎帶，進一步查明其性質(zhì)，如果是導水斷層，采取注漿堵水、襯砌防水層等探、堵、防水措施。

◆施工前，查清隧道與其周圍井、泉、山澗溪流關(guān)系，制定詳細、可靠的隧道施工防（治）水方案和應(yīng)急措施，確保導（充）水斷裂破碎帶和地下水侵蝕性較強地段堵（治）水措施的有效性。

◆隧址區(qū)變質(zhì)砂巖裂隙較發(fā)育，有7組節(jié)理裂隙和1條壓扭性斷裂F1。在巖石破碎帶和裂隙密集帶，巖體滲透系數(shù)將增大，透水性較好。施工前做好地下水預探，加強地質(zhì)預報，超前長距離探水，提前割斷水源，及時實施超前鉆孔注漿止水和小導管注漿止水，避免突涌水現(xiàn)象發(fā)生，減少地下水的流失。不良地質(zhì)條件下的隧道施工，可以采取以深孔全斷面帷幕注漿防水為主的堵水措施［8］?！羰┕み^程中，對涌水段采用格柵鋼架支護，防止冒頂，并必須做到邊開挖，邊進行錨噴支護和二次襯砌的施工。

◆施工及運行期間，對隧道進、出口附近的溪水進行監(jiān)測，及時了解隧道建設(shè)對地下水及當?shù)鼐用裼盟挠绊懗潭取?/p>

［1］ 陳先國，羅春雨，祁海軍.五指山特長隧道特大涌突水坍方處理的泄水方案［J］.公路，2008（4）：217-221.

［2］ 郭澤剛.淺談隧道防排水設(shè)計與施工技術(shù)［J］.山西建筑，2009，35（33）：333-334.

［3］ 劉欣超.大梁山隧道涌水分析及治理措施［J］.山西建筑，2014，40（8）：227-228.

［4］ 鐘德軍.隧道穿越斷層破碎帶施工技術(shù)［J］.山西建筑，2008，34（26）：312-313.

［5］ 梁峰.地下水對山嶺隧道施工的影響及防治措施研究［D］.重慶：重慶大學，2007.

［6］ 章健華，李開龍.城市明挖隧道工程對地下水環(huán)境的影響分析［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2013（6）：40-43.

［7］ 楊長健.雪峰山隧道涌水規(guī)律與特征分析［J］.西部交通科技，2013（6）：14-15.

［8］ 汪海濱.山嶺隧道地下水規(guī)律及防治方法研究［D］.成都：西南交通大學，2002.

1005-3158（2014）05-0039-03

2014-06-18）

（編輯 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.05.014

耿寶，2004年畢業(yè)于太原科技大學環(huán)境工程專業(yè)，現(xiàn)在中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院從事環(huán)境影響評價工作。通信地址：北京市昌平區(qū)沙河鎮(zhèn)中國石油創(chuàng)新基地A座，102206