成貴高鐵觀音山隧道對大消洞水庫影響分析

任興隆，張 斌

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

成貴高鐵觀音山隧道是成貴快速鐵路控制工程之一，隧道進口里程DK408+879，進口高程1530.85 m；出口里程DK413+175，出口高程1485.8 m，隧道總長4296 m。隧道開挖輪廓線高12 m、寬14 m，成型(襯砌)后隧道高9.079 m、寬13.264 m，呈橢圓形，隧道兩側(cè)及中部均設有排水溝。

大消洞水庫工程規(guī)模為小(2)型，工程等別為Ⅴ等，水庫總庫容62.10萬m3，正常蓄水位以下庫容47.7萬m3，水庫正常蓄水位1560.06 m，庫壩址校核洪水位1561.86 m。水以上集水面積為2.51 km2，設計流域最枯月流量徑流模數(shù)為2.0 L/(s·km2)，多年平均徑流量120萬m3，枯期徑流量為24.8萬m3。水庫大壩為土石混合壩，最大壩高19.2 m。

2 隧道與水庫之間的關(guān)系

大消洞水庫屬于已建成項目，成貴高鐵觀音山隧道屬于在建項目。大消洞水庫始建于1966年，1975年竣工，2015年2月完成了除險加固初步設計工作，2017年7月完成施工招標；成貴高鐵工程由國家發(fā)展改革委以發(fā)改基礎[2010]2862)批準立項建設[1]，觀音山隧道于2014年5月開工，2017年4月20日全線貫通。

成貴高鐵觀音山隧道DK411+730～DK410+128段穿越大消洞水庫的集水區(qū)，大消洞水庫庫尾與成貴高鐵觀音山隧道之間的最短距離為500 m、距離大消洞水庫大壩的最短距離為840 m，在大消洞水庫補給區(qū)的地表最低點(溝谷)處觀音山隧道的樁號為DK410+710、隧道與水庫庫尾的距離為610 m、隧道設計軌道高程為1511.57 m，隧道底板軌道高程(1511.57 m)比大消洞的正常蓄水位(1560.06 m)低48.5 m。見圖1、圖2。

圖1 觀音山隧道與大消洞水庫關(guān)系示意圖

圖2 隧道疏排水對水庫集水面積影響示意圖

3 工程區(qū)基本地質(zhì)概況

工程區(qū)屬于溶蝕～侵蝕的中低山地貌區(qū)。水庫區(qū)主要表現(xiàn)為淺切割的中低山地貌，庫區(qū)河谷為基本對稱的“V”型谷，兩岸山峰海拔高程在1650 m～1750 m之間，地形高差多在50 m～100 m之間。成貴高鐵觀音山隧道穿越區(qū)山體最高海拔高程為1827 m，隧道最大埋深約300 m，最小埋深約12 m，在大消洞庫區(qū)處最小埋深約64 m。

工程區(qū)主要分布三迭系永寧鎮(zhèn)組(T1yn)、三迭系夜郎組(T1y)、長興、大隆組(P2c+d)、二迭系龍?zhí)督M(P2l)及茅口組(P1m)的灰?guī)r及砂泥巖地層。

工程區(qū)大地構(gòu)造單元主要屬揚子準地臺─黔北臺隆─遵義斷拱─畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)(I1A1)，與有關(guān)的工程相關(guān)的主要構(gòu)造葫蘆坡向斜、蘆塘背斜(位于成貴高鐵觀音山隧道DK410+820附近、大消洞水庫區(qū)庫尾一帶)、石板橋斷層。

水庫位于六沖河一級支流木白河(烏溪河)上的左岸小支流云盤溝上，成貴高鐵觀音山隧道位于六沖河一級支流木白河(烏溪河)與西溪河之間(觀音山隧道進口所在的干河溝為木白河(烏溪河)的干流，隧道出口所在溝谷為西溪河的支流)，主要位于六沖河一級支流木白河(烏溪河)的集水區(qū)，隧道穿越大消洞水庫的匯水區(qū)，地下水主要賦存形式有巖溶水、基巖裂隙水和第四系孔隙水。

4 工程現(xiàn)狀

根據(jù)2018年5月7日現(xiàn)場對當?shù)卮迕竦恼{(diào)查訪問,在成貴高鐵觀音山隧道未實施前,庫尾的沖溝內(nèi)幾乎常年有水，且有S1、MPS1、MPS2三個泉水點；在成貴高鐵觀音山隧道實施后，MPS1、MPS2及沖溝出現(xiàn)斷流，水庫水位同期較觀音山隧道實施前下降了2 m～3 m。

根據(jù)成貴鐵路觀音山隧道施工單位提供的資料，隧道集中滲水點位于DK410+32左側(cè)下臺階拱腳處，水量為153 m3/h～23 m3/h=3603 m3/h～552 m3/d，即4 L/s～6.4 L/s，其余未有集中滲水點(主要表現(xiàn)為滲水)。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，隧道主要用右側(cè)排水溝和中心排水溝對涌(滲)水進行排放，2018年5月7日，在隧道出口右側(cè)排水溝、中心排水溝處用三角堰實測流量，右側(cè)排水溝處流量1.3 L/s，中心排水溝處流量14.5 L/s，總的涌水量1365 m3/d。

5 隧道對大消洞水庫的影響分析

5.1 對水庫大壩安全的影響分析

成貴高鐵觀音山隧道距離大消洞水庫大壩最近距離為840 m、與庫岸邊坡最近的距離為500 m，水庫最大壩高19.2 m，水庫壩區(qū)主要分布為軟質(zhì)巖、大壩為柔性壩，未發(fā)現(xiàn)大壩有明顯開裂、沉降等破環(huán)現(xiàn)象。

觀音山隧道開挖斷面為12 m(高)×14 m(寬)、成型斷面為9.079 m(高)×13.264 m(寬)，斷面相對較小，且為鋼筋混凝土襯砌，隧道施工不會形成地表移動盆地、地裂縫等，不會因隧道疏排水造成地下水位下降而引起巖溶和地面塌陷。

綜上所述，成貴高鐵觀音山隧道不會對大消洞水庫大壩的安全構(gòu)成威脅。

5.2 對水庫庫盆蓄水的影響分析

大消洞水庫庫區(qū)主要出露為二迭系龍?zhí)督M(P2l)的砂泥巖，為相對隔水層。

水庫正常蓄水位與隧道最低軌道高程之間的高差為48.5 m、距離為500 m、比降為9.7%，但整個庫盆正常蓄水位淹沒范圍內(nèi)出露均為龍?zhí)督M(P2l)的砂泥巖相對隔水層。

根據(jù)地表地質(zhì)測繪，庫區(qū)與隧道之間沒有斷裂帶、塌陷通道連通；根據(jù)調(diào)查訪問，水庫與隧道之間沒有采空區(qū)巷道等連通；根據(jù)分析，隧道疏干排水影響區(qū)未涉及到庫區(qū)蓄水范圍。

因此，大消洞水庫不存在向成貴高鐵觀音山隧道的滲漏，即觀音山隧道不會對大消洞水庫的滲漏產(chǎn)生影響。

5.3 隧道疏排水影響分析

(1)隧道疏排水量汲收地面補給量的補給面積計算

隧道全長4296 m，最大埋深300 m。根據(jù)1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)資料，隧道區(qū)二迭系上統(tǒng)長興組大隆(P2c+d)及龍?zhí)督M(P2l)的砂泥巖，枯季地下徑流模數(shù)0.1 L/(s·km2)～0.5 L/(s·km2)，下統(tǒng)棲霞茅口組(P1q+m)的厚層塊狀灰?guī)r，枯季地下徑流模數(shù)6 L/(s·km2)；三迭系夜郎組玉龍山段(T1y2)及永寧鎮(zhèn)組(T1yn)的灰?guī)r，枯季地下徑流模數(shù)4 L/(s·km2)～L/(s·km2)；三迭系夜郎組沙堡灣段(T1y1)、九級灘段(T1y3)的粉砂質(zhì)及泥質(zhì)灰?guī)r，枯季地下徑流模數(shù)0.1 L/(s·km2)～0.5 L/(s·km2)。隧道區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水和裂隙溶洞水，目前隧道基本完成襯砌，兩側(cè)受隧道施工開挖影響后的地下水補、徑、排關(guān)系已基本穩(wěn)定。2018年5月7日實測的隧道疏排水量1365 m3/d，為隧道正常涌水量。采用降雨入滲系數(shù)法計算影響面積，計算公式如下：

Qs=2.74a·W·A

式中：Qs為隧道通過含水體地段的涌水量，取1365 m3/d；a為降水入滲系數(shù)，隧道區(qū)巖溶弱發(fā)育，隧道已全部襯砌，施工開挖影響后的地下水補、徑、排關(guān)系已基本穩(wěn)定，疏排水量較穩(wěn)定，綜合考慮降水入滲系數(shù)取0.12；W為年降雨量，取1127.8 mm；A為隧道通過含水體地段的地面集雨面積，km2。

根據(jù)已知的隧道疏排水量、降水入滲系數(shù)、年降雨量，反算面積A=3.68 km2。

(2)采用集水井影響半徑法計算隧道疏排水的影響范圍

觀音山隧道全長4296 m，設計隧道內(nèi)軌頂面高程1530.85 m～1485.8 m，洞室最大埋深300 m，最小埋深12 m，采用集水井影響半徑法計算影響范圍，計算公式如下：

式中：R為影響半徑，m；S為水位降深，取15 m～147 m；K為含水層厚度，洞室最大埋深300 m，最小埋深12 m；為滲透系數(shù)，參考類似工程經(jīng)驗，隧道區(qū)巖性主要為灰?guī)r取0.06 m/d，砂泥巖取0.01 m/d。

經(jīng)計算，隧道影響最大半徑為1247 m、最小半徑為35 m。根據(jù)集水井影響半徑劃定影響面積為3.67 km2。

(3)合理性分析

2018年5月7日實測的隧道疏排水量為15.8 L/s，影響面積為3.68 km2；采用集水井影響半徑法計算隧道疏排水的影響范圍為3.67 km2，其中碳酸鹽巖區(qū)面積為2.3 km2、碎屑巖區(qū)面積為1.38 km2，碳酸鹽巖區(qū)枯期徑流模數(shù)為6 L/(s·km2)、碎屑巖區(qū)枯期徑流模數(shù)為0.5 L//(s·km2)，Q=2.3×6+1.38×0.5=14.55 L/s。根據(jù)分析可知，此次劃定隧道疏排水影響面積的與根據(jù)隧道疏排水量反推的影響面積基本一致，產(chǎn)水量與排水量亦基本一致。

采用大井法計算隧道疏排水的影響半徑為1074 m，用集水井影響半徑法計算隧道疏排水影響最大半徑為1247 m、最小半徑為35 m，最大影響半徑基本相符。

綜所述，此次劃定的隧道疏排水的影響范圍及影響半徑在合理范圍內(nèi)，成果與實際基本相符。根據(jù)工程特點及區(qū)內(nèi)工程水文地質(zhì)條件，最終采用集水井影響半徑法劃定的影響半徑、面積作為分析評價依據(jù)。

5.4 隧道疏排水對水庫的影響分析

根據(jù)隧道施工設計方案，隧道全斷面鋼拱襯砌C20砼澆筑，隧道兩側(cè)為排水孔，施工竣工后地下水位不能恢復到原地下水位，地下水進入隧洞沿排水孔、兩側(cè)排水溝及底板向出口方向(貴陽)排泄。因此大消洞水庫的總來水量不能恢復到隧道開挖前的水量。

根據(jù)隧道疏排水影響范圍，成貴高鐵觀音山隧道疏排水影響范圍與大消洞水庫集水面積的重合部分為1.89 km2，即觀音山隧道疏排水對大消洞水庫集水區(qū)的影響區(qū)面積為1.89 km2(其中碳酸鹽巖區(qū)影響面積為1.39 km2、碎屑巖區(qū)影響面積為0.5 km2)，占大消洞水庫集水面積的75.3%。

依據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察規(guī)程》，結(jié)合工程區(qū)的巖溶水文地質(zhì)條件，按大氣降水入滲系數(shù)法計算，碳酸鹽巖區(qū)地表入滲系數(shù)取0.3，碎屑巖區(qū)地表入滲系數(shù)取0.1，則：

Q=碳酸鹽巖區(qū)影響面積×單位面積產(chǎn)水量×入滲系數(shù)+碎屑巖區(qū)影響面積×單位面積產(chǎn)水量×入滲系數(shù)≈22.4萬m3

計算結(jié)果說明，觀音山隧道的疏排水可能導致大消洞水庫年產(chǎn)水總量減少22.4萬m3，占水庫多年平均流量的18.7%。

綜上所述，觀音山隧道疏排水對大消洞水庫匯水區(qū)的影響面積為1.89 km2，相當于大消洞水庫集水面積的75.3%，可能導致大消洞水庫的年產(chǎn)水總量減少22.4萬m3，占水庫年平均年來水量的18.7%。

5.5 影響綜合評價

隧道排水將使區(qū)間地下水文地質(zhì)環(huán)境發(fā)生改變，地表水、地下水存在沿地裂縫、導水裂隙帶、隱伏構(gòu)造等連通滲漏，形成一降落漏斗。

隧道的斷面相對較小，且為鋼筋混凝土襯砌，隧道施工不會形成地表移動盆地、地裂縫等。隧道疏干排水只會對影響區(qū)的地下水量造成影響，不影響地表未入滲部分的水量。

成貴高鐵觀音山隧道影響大消洞水庫集水面積為1.89 km2，占水庫集水面積的75.3%；可能導致大消洞水庫年產(chǎn)水總量減少22.4萬m3，占水庫多年平均年徑流量的18.7%。

6 處理建議

根據(jù)《中華人民共和國水法》第四章第三十一條“開采礦藏或者建設地下工程，因疏干排水導致地下水水位下降、水源枯竭或者地面塌陷，采礦單位或者建設單位應當采取補救措施；對他人生活和生產(chǎn)造成損失的，依法給予補償”。

成貴高鐵觀音山隧道可能導致大消洞水庫年產(chǎn)水總量減少22.4萬m3，占水庫多年平均年徑流量的18.7%，建議觀音山隧道的建設單位與相關(guān)水行政主管部門根據(jù)《中華人民共和國水法》第四章第三十一條及相關(guān)法律法規(guī)進行協(xié)商處理。

7 結(jié)語

最終，成貴高鐵的項目業(yè)主與地區(qū)水行政主管部門協(xié)商，通過在大消洞水庫附近修建一小山塘(年供水量22.4萬m3)歸還當?shù)厥褂谩?/p>

隨著越來越多線性工程的建設，新建工程與已建工程之間的相互影響問題也將越來越多，本文以成貴高鐵觀音山隧道開挖對大消洞水庫的影響進行了方方面面的分析，并取得了相關(guān)部門的認可，值得類似工程問題的參考借鑒。