山區(qū)富水公路隧道涌水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響分析

郭曉亮，黃龍

（中交第二航務(wù)工程局有限公司第五工程分公司，武漢430000）

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)狀況

某隧道左線(xiàn)起訖樁號(hào)為ZK12+994～ZK14+337，長(zhǎng)1 343m；右線(xiàn)起訖樁號(hào)為YK13+016～YK14+361，長(zhǎng)1 345m。

隧址覆蓋層主要發(fā)育于進(jìn)出口及沖溝內(nèi)，厚度不均，下伏基巖為砂巖、泥質(zhì)粉砂，局部夾頁(yè)巖。

地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水和碎屑巖基巖裂隙水。地下水補(bǔ)給源主要為大氣降水，補(bǔ)給主要取決于3個(gè)因素為：（1）巖石性質(zhì)，主要以裂隙、風(fēng)化裂隙作為入滲途徑；（2）地形地貌，總體坡向?yàn)闁|西向，地表水以面流形式排泄，大氣降水沿巖體裂隙向下滲流補(bǔ)給地下水，同類(lèi)巖石組成的低洼處比山坡處入滲量大，尤其是洼地處入滲系數(shù)為最大處，大氣降水入滲量大，相反地形坡度越大，此時(shí)易形成面流沿坡面向低處排泄；（3）地質(zhì)構(gòu)造為單斜地層，巖層產(chǎn)狀為240°～274°∠13°～34°，隧道出口段為順向坡，進(jìn)口段為逆向坡。

1.2 各隧洞段水文地質(zhì)條件

1.2.1 大氣入滲法式中，a為降水入滲系數(shù)，%，查表獲得；F為計(jì)算塊段匯水面積，km2，從平面圖中按匯水面積量?。籔為年最大降水量，mm，取2 130mm。

根據(jù)式（1）計(jì)算得到各段涌水量預(yù)測(cè)如表1所示。

表1大氣入滲法隧道涌水量預(yù)測(cè)

1.2.2 地下水徑流模數(shù)法

式中，Q為隧道涌水量，m3/d；M為地下徑流模數(shù)，m3/（d·km2）；A為隧道通過(guò)含水層的地下集水面積，km2。

根據(jù)1∶2000地形圖量測(cè)，隧道涌水量預(yù)測(cè)見(jiàn)表2。

表2地下水徑流模數(shù)法隧道涌水量預(yù)測(cè)

隧道涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果均大于100m3/d，屬小涌水。同時(shí)，出洞口的兩鉆孔內(nèi)，發(fā)現(xiàn)有承壓水，持續(xù)涌水約26d水量基本不變。推測(cè)本隧道ZK13+580～ZK14+339、YK13+560～YK14+361段，地下水開(kāi)挖前期應(yīng)是小涌水，長(zhǎng)時(shí)間后應(yīng)以淋雨?duì)顬橹鳎凰渴芗竟?jié)影響明顯。

2 涌水原因分析

隧道的涌水量除了與大氣降水和地下水徑流有關(guān)，還與圍巖完整性、裂隙發(fā)育程度、滲透路徑等有密切關(guān)系。

本隧道總體巖層傾向大樁號(hào)，有利于地下水順層面及其他裂隙下滲；砂巖、石英砂巖地層，總體屬含水、透水層，地下水儲(chǔ)量推測(cè)較豐富，且雨季儲(chǔ)量更加豐富；部分地表徑流水因圍巖裂隙發(fā)育，且受隧洞穿越斷層破碎帶附近影響，圍巖較松散，開(kāi)挖爆破振動(dòng)揭穿或破壞了原有富水帶結(jié)構(gòu)，徑流水借巖層傾向的條件，向圍巖壓力釋放的掌子面出噴涌而出[1]。

另隧道主要涌水段圍巖為強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖、石英砂巖夾頁(yè)巖，不屬于宜產(chǎn)生溶洞的可溶性巖層條件，可以排除出現(xiàn)溶洞的可能性，對(duì)此主要考慮斷層和裂隙水的影響[2]。

隧道進(jìn)洞開(kāi)挖后呈雨淋狀。當(dāng)開(kāi)挖至K14+295掌子面處時(shí)，呈中小涌水，采用水桶接水測(cè)量法測(cè)得最大出水點(diǎn)涌水量為1 200m3/d，洞口至掌子面總涌水量4 000～5 000m3/d，涌水量遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)測(cè)涌水量。繼續(xù)開(kāi)挖后，涌水轉(zhuǎn)向仰拱底多處股狀涌水，表明該洞段地下水較為豐富。同時(shí)對(duì)隧頂旁部分地表徑流水減少及2個(gè)鉆孔承壓水涌水情況消失的觀察，證實(shí)了以上造成隧道洞內(nèi)涌水的原因。

3 隧道施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響分析

3.1 調(diào)查區(qū)水源點(diǎn)情況

通過(guò)對(duì)泉水出露點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，隧道左右側(cè)500m范圍內(nèi)的地下水泉出露點(diǎn)有1處，如表3所示。當(dāng)?shù)鼐用裰苯釉谌巯掠涡藿ㄐ钏?，主要用于生活用水?/p>

表3調(diào)查區(qū)水源點(diǎn)情況

該點(diǎn)地下水出露點(diǎn)位于隧道進(jìn)口K13+240左側(cè)沖溝處，離隧道軸線(xiàn)約280m，為下降泉；隧道底高程約920m，地下水出露點(diǎn)S1高程為886.8m，位置低于隧道底高程。

3.2 隧道施工后水源點(diǎn)的出水情況

隧道施工后對(duì)S1水源點(diǎn)的出水情況進(jìn)行了調(diào)查，其出水情況如表4所示。

表4調(diào)查區(qū)水源點(diǎn)出水情況

從表4可以看出，該地下水出露點(diǎn)用作當(dāng)?shù)鼐用耧嬘盟?，水源點(diǎn)出水量一方面受季節(jié)影響較大；另一方面受區(qū)域內(nèi)地下水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響。

3.3 隧道施工排水的影響半徑

3.3.1 經(jīng)驗(yàn)公式

結(jié)合大量具體工程實(shí)踐，鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院《鐵路供水水文地質(zhì)勘測(cè)規(guī)則》編寫(xiě)組的朱大力、李秋楓列出了用以粗略評(píng)估隧道排水影響半徑的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式：

式中，R為隧道涌水影響半徑，m；K為裂隙巖體等效滲透系數(shù)，m/d。

該公式簡(jiǎn)單易行，可以粗略評(píng)估隧道穩(wěn)定滲流過(guò)程中排水影響范圍。

根據(jù)式（3），各段施工排水影響半徑為：K13+010～K13+850段砂巖排水影響半徑約292m，K13+850～K14+360段石英砂巖排水影響半徑約為261m。

3.3.2 解析法

解析法，是根據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)原理，用數(shù)學(xué)解析的方法對(duì)給定邊界值和初值條件下的地下水運(yùn)動(dòng)建立解析式，從而達(dá)到預(yù)測(cè)隧道影響范圍的目的。計(jì)算公式為：

式中，R為影響半徑，m；H為潛水含水層厚度，m；K為含水層滲透系數(shù)，m/d；W為降水補(bǔ)給強(qiáng)度，m/d；μ為重力給水度，無(wú)量綱；t為排水時(shí)間。

式（4）和式（5）分別適用于含水層沒(méi)有補(bǔ)給時(shí)和有大氣降水補(bǔ)給時(shí)的影響寬度。

隧道受地層巖性、構(gòu)造等因素，不同單元參數(shù)各不相同。本次計(jì)算所需的滲透系數(shù)、重力給水度等參數(shù)的選取參照區(qū)域水文地質(zhì)報(bào)告中的相關(guān)資料，并結(jié)合隧道附近已有鉆孔資料以及巖石試驗(yàn)確定；降雨補(bǔ)給強(qiáng)度依據(jù)隧道穿越區(qū)區(qū)域內(nèi)都勻市多年平均降雨量；含水層厚度從各隧洞縱剖面量取平均值；排水時(shí)間預(yù)計(jì)隧道開(kāi)工到施工完成約1.5年。采用解析法得到該隧道施工排水后對(duì)周邊環(huán)境的影響半徑如表5所示。

表5解析法表計(jì)算隧道排水影響半徑結(jié)果表

綜合以上各表，隧道洞內(nèi)滲水、涌水影響半徑約為260～430m。

3.4 隧道施工對(duì)周邊水源點(diǎn)的影響結(jié)論

隧道施工對(duì)各水源點(diǎn)的影響具體如表6所示。

表6隧道排水施工對(duì)水源點(diǎn)影響

從表6來(lái)看，S1位于隧道進(jìn)口K13+240左側(cè)280m，屬于砂巖、石英砂巖裂隙含水層，富水性中等。該點(diǎn)低于隧道底高程，現(xiàn)有地下水出露，處于隧道施工排水影響范圍內(nèi)。該點(diǎn)與隧道地下水系統(tǒng)有直接的水力聯(lián)系，隧道開(kāi)挖后地下水直接從隧道中排走，加快了地下水的滲流，造成山體里的地下水位下降，從而導(dǎo)致該點(diǎn)地下水量有所減小，但不會(huì)導(dǎo)致斷流。因此，12組居民用水受隧道施工排水的影響較小，不會(huì)造成該水源點(diǎn)斷流[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

富水隧道滲水量大，應(yīng)綜合考慮除大氣降水、地下水徑流以外的巖性、裂隙發(fā)育、滲透路徑、爆破振動(dòng)、巖層走向、地表植被及地表沖溝水量等各種影響因素，預(yù)判隧道進(jìn)洞后水量情況。在隧道施工前應(yīng)重視水文地質(zhì)的調(diào)查工作，并對(duì)隧道進(jìn)洞后涌水造成的影響范圍進(jìn)行分析，為協(xié)調(diào)解決隧道建設(shè)與水源供水問(wèn)題提供依據(jù)。