巖溶隧道施工中地下水環(huán)境負效應(yīng)評價指標(biāo)體系探究

胡 濤

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院 沈陽市 110006）

當(dāng)隧道在通過松散巖層、巖溶裂隙發(fā)育帶或者斷層破碎帶時，就會與區(qū)域地下水與地表水產(chǎn)生一定的水力關(guān)系。地下水很多都是地表水的滲透或者是溶洞中儲藏的巖溶水，有的時候是流動的，有的時候是靜止的。地下水的存在，讓巖石軟化，降低巖石的強度，導(dǎo)致層間夾層軟化與稀釋進而出現(xiàn)層間滑動。面對這樣的情況就需要對地下水的負效應(yīng)進行合理的、準(zhǔn)確的評價。

1 地下水環(huán)境負效應(yīng)

因為地下水開采、地下礦產(chǎn)資源開發(fā)負環(huán)境效應(yīng)的主要表現(xiàn)有以下幾個方面：

（1）區(qū)域地下水位下降。區(qū)域地下水水位下降是水資源開發(fā)負環(huán)境效應(yīng)的一個非常主要的表現(xiàn)形式。因為超量開采或者是隧道施工的過程中過渡的排放地下水，讓地下水降落漏斗不斷擴大，最后出現(xiàn)區(qū)域性水位下降，嚴重時導(dǎo)致水資源短缺甚至枯竭。具體表現(xiàn)有：①城市地下水資源枯竭；②泉水流量減少或者枯竭；③導(dǎo)致機泵井工作環(huán)境惡化；④海（咸）水入侵。

（2）地面下沉。地面下沉這種環(huán)境負效應(yīng)已經(jīng)屢見不鮮，對社會帶來的危害較為嚴重，在世界各地都受到廣泛的關(guān)注。地下水下降是誘發(fā)地面沉降的決定性因素。隧道開挖會產(chǎn)生地表沉降、傾斜、地面曲率變化以及地表拉伸和壓縮等諸多作用，這些都會導(dǎo)致地面沉降，并對地面與地下建筑帶來巨大的損害。地面沉降還會導(dǎo)致測量標(biāo)志失準(zhǔn)，給工程建設(shè)帶來巨大的困難。

（3）巖溶塌陷。碳酸鹽巖分布區(qū)地下通常都發(fā)育有很多的洞穴與管道等巖溶形態(tài)，其開口覆蓋有比較薄的第四紀(jì)松散堆積物，如果強烈抽取巖溶積水很容易導(dǎo)致覆蓋層出現(xiàn)陷落、下沉的情況，在地表形成規(guī)模不同、形態(tài)不同的坑槽，導(dǎo)致巖溶塌陷的產(chǎn)生。我國巖溶塌陷很多都是由不同程度抽取地下水或者礦坑排水所導(dǎo)致的，因為灰?guī)r等碳酸鹽類巖石具有可溶性的特點，與其他巖石相比，在這些巖石所組成的地層中水文地質(zhì)特征以及工程地質(zhì)條件都有著獨特的特征，不僅是導(dǎo)水，并且還能夠使得土顆粒在水流的作用下順著溶隙或管道遠移。這種特性的存在，使得在可溶巖地區(qū)修建隧道就容易出現(xiàn)各種各樣的地質(zhì)災(zāi)害。

（4）隧道涌突水。巖溶區(qū)開采煤炭以及其他固體礦產(chǎn)資源或者是隧道挖掘，在頂部或者是底板為碳酸鹽所分布的情況下，容易產(chǎn)生巖溶水的突水、涌水等情況。在坑道中涌水量較大的地帶很容易導(dǎo)致巖溶塌陷，導(dǎo)致地表水部分或者是全部涌入低下，導(dǎo)致涌水量的增加。在隧道掘進的過程中，因為揭露地下暗河，會導(dǎo)致大量的巖溶水的潰入，如果在其中有泥沙與氣團，那么所導(dǎo)致的危害將會更加嚴重。

2 巖溶隧道施工中地下水環(huán)境負效益評價指標(biāo)體系

（1）巖溶隧道施工中地下水環(huán)境負效益評價指標(biāo)體系構(gòu)建的作用。

①有助于研究、設(shè)計與管理人員對隧道工程建設(shè)中可能導(dǎo)致的地下水環(huán)境負效應(yīng)進行較為系統(tǒng)與全面的認識。②能較為系統(tǒng)地對各種指標(biāo)在指標(biāo)體系中所擁有的地位產(chǎn)生系統(tǒng)的認識，并能夠就各個指標(biāo)之間的關(guān)系進行準(zhǔn)確的認識，將更加有助于針對不同的評價對象與具體的目的來選擇適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)。③有助于更加準(zhǔn)確地對地下水環(huán)境負效應(yīng)進行準(zhǔn)確的反映，并準(zhǔn)確地對一定時期內(nèi)環(huán)境負效應(yīng)持續(xù)發(fā)展的趨勢與速度進行準(zhǔn)確的評價與監(jiān)測。

（2）指標(biāo)體系構(gòu)建采用的方法。評價指標(biāo)體系的初選方法常用的主要有分析法、交叉法、綜合法與指標(biāo)屬性分組法等，其中分析法最為常用。初選的評價指標(biāo)是求全而不是求優(yōu)。

① 綜合法。指的是對現(xiàn)有的指標(biāo)群根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)與原則進行聚類，讓其形成體系的方法，這種方法比較適合用來對現(xiàn)有評價指標(biāo)體系進行完善。

② 交叉法。通過二維、三維或者是更多維的交叉來派生出來的一系列的指標(biāo)，進而形成一套完整的指標(biāo)體系。

③ 指標(biāo)屬性分組法。因為指標(biāo)體系本身擁有不同的屬性與表現(xiàn)形式，因此初選評價指標(biāo)體系時，指標(biāo)屬性也能夠具有多面性。因此在初選評價指標(biāo)體系時，可以從指標(biāo)屬性角度出發(fā)，對指標(biāo)的組成進行構(gòu)思。

④ 分析法。將綜合評價指標(biāo)體系的度量目標(biāo)與度量對象進行劃分，分為多個不同組成部分或者是側(cè)面，并逐步進行細分，一直到每一個部分與側(cè)面都能夠通過具體的統(tǒng)計指標(biāo)來進行描述與實現(xiàn)。因為在初選指標(biāo)時要做到全面，因此初選時往往是將上述各種方法進行綜合的運用。

（3）地下水環(huán)境負效應(yīng)指標(biāo)概述。

① 地表匯水面積。隧址區(qū)地表匯水面積會對隧道施工過程中的地下水環(huán)境負效應(yīng)帶來直接的影響，如果是隧道處于三圍合抱的狹長槽谷低地，那么匯水面積就會較大，容易匯聚周圍山地大氣降水，將有助于兩側(cè)山地地下巖溶水與裂隙水的匯聚，讓地下水的補給來源增加，讓巖層之中的含水增加。同時地表匯水面積較大的地區(qū)，地表徑流量會增加，地表水系也會相對發(fā)達。巨大的地表水體與發(fā)達的地表水系都會對隧道施工帶來的地下水環(huán)境負效應(yīng)產(chǎn)生很大的影響。

② 水文網(wǎng)狀況。地表水系與地下水之間存在有水力聯(lián)系，地表水系通過垂直下滲與側(cè)向徑流來補充地下水體，如果地表水系發(fā)育、水文網(wǎng)發(fā)達，在隧道長期排水的條件下，就會增強隧址區(qū)地下水系統(tǒng)與地表水系統(tǒng)的水力聯(lián)系，因為隧道的集水與匯水作用，會導(dǎo)致地下水運動的方向發(fā)生變化，導(dǎo)致局部的水力梯度增加，使得地下水、地表水被疏干，增大隧道施工過程中的涌突水的風(fēng)險。

③ 地層巖性。巖性能夠?qū)r層裂隙、寬度、延伸長度等帶來影響，因為裂隙在不同的巖性中發(fā)育不同，因此在構(gòu)造條件相同時，不同巖性的介質(zhì)含水量就會不同。隧道涌水量也與地層巖性有著非常密切的關(guān)系，巖層裂隙的大小、發(fā)育程度以及聯(lián)通情況等都和巖性直接相關(guān)。各種巖石的礦物成分不同，巖性也就不同，在相同的氣候條件下，巖石的風(fēng)化程度就會不同。

④ 斷裂性質(zhì)。斷層是地下水運移的重要通道，同時也是地下水存儲的重要場所。斷層發(fā)育會讓斷層周圍地層中的構(gòu)造裂隙增加，不僅僅會降低巖石的強度，還會導(dǎo)致巖層的導(dǎo)水性增加。巖層斷裂的情況與隧道施工以及隧道內(nèi)的涌水量有著非常密切的聯(lián)系。

⑤ 褶皺發(fā)育狀況。背斜構(gòu)造主要是因為水平擠壓的作用導(dǎo)致的，沿著背斜核部經(jīng)常會出現(xiàn)縱向張斷裂，對于那些規(guī)模較大的背斜，往往還會伴隨有次級橫向張裂隙，讓地下水的補給與徑流條件得到改善。褶皺帶的地應(yīng)力分布非常復(fù)雜，在內(nèi)動力抵制作用之下會讓巖層變形非常強烈，在褶皺的核部往往都會發(fā)育有較多的劈理或者裂隙。在褶皺中的這些伴生裂隙與斷層如果與地表水聯(lián)通，那么就會成為地表水向地下隧道滲透的通道，在碳酸鹽地區(qū)就更是這樣。

⑥ 地下水補徑排條件。地下水的動態(tài)變化，在實質(zhì)上就是補給、徑流與排泄在宏觀上的綜合表現(xiàn)。從一個地區(qū)來講，地下水在沒有經(jīng)過大量的開采之前，基本是處于一種動態(tài)的均衡狀態(tài)，地下水位在大致上保持相對穩(wěn)定。但是如果隧道施工對地下水的補徑排條件產(chǎn)生了影響，就很有可能導(dǎo)致補給量與排泄量之間的平衡關(guān)系被打破，部分地區(qū)出現(xiàn)含水層被疏干的負效應(yīng)，如果是隧道位于地下水的補給區(qū)，則產(chǎn)生的負效應(yīng)強度要高于地下水排泄區(qū)。如果是處于弱徑流區(qū)，地下水的流速與流量都較小，地下水中有害物質(zhì)的傳播范圍也就較小，所帶來的地下水負效應(yīng)也會較小。

3 結(jié) 語

地下水負效應(yīng)評價指標(biāo)除文中所提出的指標(biāo)外還包含有其他多種指標(biāo)，例如碳酸鹽巖出露面積比、巖層富水性、井泉水化學(xué)類型、隧道總最大涌水量、隧道最大埋深、隧道長度、開挖斷面面積等。在初選指標(biāo)中這些都是屬于非常重要的內(nèi)容，同時都對衡量巖溶隧道施工中地下水負效應(yīng)有著重要的作用，因此需要對相應(yīng)的指標(biāo)體系進行更多的研究。

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