重慶市隧道工程地質(zhì)環(huán)境負效應評價體系

任秀文，彭海游，楊　樂，尚紅光，胡小軍，馮　樊

(1.重慶中科勘測設計有限公司，重慶　400042；2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院 a.外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點實驗室；b.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室重慶研究中心，重慶　400042)

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重慶市隧道工程地質(zhì)環(huán)境負效應評價體系

任秀文1，彭海游2a,2b，楊樂2a,2b，尚紅光2a,2b，胡小軍2a,2b，馮樊2a,2b

(1.重慶中科勘測設計有限公司，重慶400042；2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院 a.外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點實驗室；b.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室重慶研究中心，重慶400042)

以重慶市隧道工程建設過程中日益凸顯的地質(zhì)環(huán)境問題為研究對象，運用層次分析法和專家打分法，通過遴選指標、確定權重構建了綜合評價模型，并對重慶市繞城高速玉峰山隧道進行了地質(zhì)環(huán)境負效應評價。根據(jù)綜合評價分級標準，將玉峰山隧道地質(zhì)環(huán)境負效應分為4個等級，分別為嚴重區(qū)、較嚴重區(qū)、中等區(qū)、較輕區(qū)。通過調(diào)查驗證，評價結果與實際情況一致性較好。研究為該評價方法的推廣應用奠定了基礎。

隧道工程；地質(zhì)環(huán)境負效應；評價體系；調(diào)查驗證；玉峰山隧道

1　構建評價指標體系

1.1評價指標的選取

地下水含水層破壞是導致一系列地質(zhì)環(huán)境負效應的根本原因，因此在選取評價指標時，應主要考慮水文地質(zhì)條件及可能導致含水層破壞的有關因素[2]。本文在綜合國內(nèi)外已有地質(zhì)環(huán)境負效應評價方面相關研究成果的基礎上[3-4]，提出并建立了重慶市隧道工程地質(zhì)環(huán)境負效應評價的指標體系(表1)，該指標體系由工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和隧道工程條件3個一級指標和若干個二級指標構成。

1.2指標選取說明

1.2.1一級指標的選取

首先，工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件都是地質(zhì)環(huán)境條件的重要組成部分；其次，工程地質(zhì)環(huán)境和水文地質(zhì)環(huán)境都是地質(zhì)環(huán)境負效應的主要載體；第三，隧道工程條件是造成地質(zhì)環(huán)境負效應的根本外力因素。

1.2.2二級指標的選取

二級指標中，部分指標本身對于地質(zhì)環(huán)境脆弱程度有著決定性作用，如：巖性、破碎帶發(fā)育程度、構造發(fā)育情況；部分指標對地質(zhì)環(huán)境的敏感程度有著決定性作用，如：巖層富水性、分帶性、地表匯水面積；也有指標在隧道工程與地質(zhì)環(huán)境負效應之間有重要的串聯(lián)作用，如：降雨入滲系數(shù)、構造發(fā)育情況；還有隧道工程本身作為外力影響因素的工程指標，如：施工工藝、防堵水措施、開挖斷面積；除以上指標外，還有通過重慶市典型隧道工程地質(zhì)環(huán)境調(diào)查得出的影響地質(zhì)環(huán)境負效應嚴重程度的重要指標，如：隧道與構造關系、地貌類型、埋深和距離[5-6]。

2　綜合評價模型

2.1評價方法

根據(jù)本課題研究內(nèi)容及多指標評價體系特點，本文地質(zhì)環(huán)境負效應評價采用基于層次分析法的多因子綜合評價模型[7-8]，其形式為

(1)

式中：St為綜合評價指數(shù)；Wi為評價指標權重；Fi為指標圖層；n為評價指標個數(shù)。

2.2確定指標權重

本文各因素的權重分配采用了層次分析法來確定，首先聘請一批巖土工程、環(huán)境工程、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、隧道工程等方面的專家來打分，然后將專家的意見統(tǒng)計，并進行反饋和調(diào)整，作為確定權重的依據(jù)。共邀請了20名專家進行指標重要性打分，確定各指標相對重要性，然后采用“根”法計算得出各指標的權重[5-6]，見表2。

表1　評價指標的分級量表

注：負效應等級弱(Ⅰ)、較弱(Ⅱ)、中等(Ⅲ)、較強(Ⅳ)、強(Ⅴ)對應的指標量化值分別為0.1，0.3，0.5，0.7，0.9。

表2　指標權重

2.3評價范圍及評價單元劃分

根據(jù)重慶市典型隧道地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，結合地質(zhì)條件和隧道工程條件綜合確定，評價范圍沿隧道軸線方向不應小于隧道長度，在隧道兩側(cè)方向均不宜小于5 km，若該范圍內(nèi)有明確的分水嶺或明確的水文地質(zhì)單元時，可以將該分水嶺或水文地質(zhì)單元作為評價范圍邊界。

網(wǎng)格劃分大小主要影響運算時間，為提高預測精度，網(wǎng)格應盡量劃小，通過模型調(diào)試計算，確定評價單元尺寸不宜大于50 m×50 m。

2.4綜合評價結果等級劃分

參照國內(nèi)外常用的評價結果等級劃分標準，本文將巖溶隧道地下水環(huán)境負效應評價等級共劃分為5個級別，分別是弱(Ⅰ)、較弱(Ⅱ)、中等(Ⅲ)、較強(Ⅳ)、強(Ⅴ)，根據(jù)指標量化值進行差分，初步確定綜合評分等級區(qū)間，見表3。

(4) 當列車以ATO模式駕駛，到站后ATS網(wǎng)關服務器將會給車載發(fā)送預計離站時間及區(qū)間運行時間，這兩個時間采用的都是絕對時間，由于時間的不一致，導致列車離站及到達下一站時間不準確。

表3　綜合評價結果等級劃分

3　重慶市繞城高速玉峰山隧道地質(zhì)環(huán)境負效應評價

3.1評價模型

根據(jù)重慶市繞城高速玉峰山隧道地形地貌和構造條件[9]，本次模型評價范圍包括隧道軸線兩側(cè)各約5.5 km；隧道近直線，長約3.5 km，進出口高程約320 m，因此評價模型在軸線方向取3.5 km，高程320 m以上的范圍，評價單元格尺寸為20 m×20 m，能夠達到分區(qū)評價的精度，評價模型如圖1所示。

圖1　評價模型Fig.1　Evaluation model

3.2指標量化和提取

根據(jù)建立的評價指標體系，以指標量化分級表為依據(jù)，結合玉峰山隧道工程概況、自然地理、地質(zhì)背景條件，分別將各指標圖層進行分區(qū)賦值，以地貌類型指標為例，賦值說明為：根據(jù)隧址區(qū)地形地貌條件，評估區(qū)總體為壟脊構造溶蝕地貌，地形為一南北向山脊，山脊頂部為壟脊槽谷，其中包含槽溝、槽洼、槽丘、槽坡等地貌，主要為槽谷兩側(cè)嶺脊之間的范圍，負效應等級為強，量化值為0.9；山脊兩側(cè)斜坡為構造侵蝕山地地貌，斜坡地形，負效應等級為較弱，量化值為0.3。

指標圖層提取見圖2。

圖2　地貌指標圖層Fig.2　Landscape index layers

3.3綜合評價

指標圖層提取后，根據(jù)第2節(jié)建立的綜合評價體系及計算得出的指標權重，對玉峰山隧道地質(zhì)環(huán)境進行綜合評價，最終得到玉峰山隧道地質(zhì)環(huán)境評價圖，如圖3所示。

圖3　玉峰山隧道地質(zhì)環(huán)境綜合評價Fig.3　Result of comprehensive evaluation for geological environment of Yufeng Mountain tunnel

綜合評價分值區(qū)間為0.26～0.78。根據(jù)綜合評價分級標準，玉峰山隧道地質(zhì)環(huán)境負效應可分為4個等級，分別為嚴重區(qū)、較嚴重區(qū)、中等區(qū)、較輕區(qū)，各分區(qū)概況見表4。

表4　評價結果分區(qū)概述

4　調(diào)查驗證

4.1負效應嚴重區(qū)

嚴重區(qū)內(nèi)80%以上的井泉、堰塘已完全干涸，本次調(diào)查點21個，干涸點17個，生產(chǎn)生活用水極度缺乏；調(diào)查區(qū)內(nèi)過去農(nóng)田種植水稻，現(xiàn)在大部分農(nóng)田已荒廢，部分改種旱生作物，本次調(diào)查點共5個，農(nóng)田荒廢比例最高達90%；區(qū)內(nèi)地面塌陷問題突出，2007—2010年期間區(qū)域內(nèi)發(fā)生約50個塌陷坑，隧道軸線兩側(cè)1 km范圍內(nèi)塌坑密度最大，本次塌陷調(diào)查點4個，每個點均為集中發(fā)育，如梁家小堡塌陷點，前后發(fā)生塌陷20～30余處。

根據(jù)以上調(diào)查情況，負效應嚴重區(qū)在隧道修建后地質(zhì)環(huán)境受到嚴重破壞，且難以恢復，群眾生產(chǎn)生活方式被迫改變，與評價結果基本一致。代表性調(diào)查點分布情況見圖4。

圖4　負效應嚴重區(qū)代表性調(diào)查點分布Fig.4　Distribution of representative investigation points in the area of serious negative effects

4.2負效應較嚴重區(qū)

較嚴重區(qū)內(nèi)井泉、堰塘大多漏失嚴重，部分干涸，本次調(diào)查點共25個，其中完全干涸點5個，嚴重漏失點15個，其他水井和泉點都有不同程度漏失，居民的生產(chǎn)生活用水已無法滿足需求；區(qū)內(nèi)過去農(nóng)田多種植水稻，由于無法蓄水，現(xiàn)在大多數(shù)改為旱生作物，部分農(nóng)田荒廢，土地利用方式改變較大；區(qū)內(nèi)未見地面塌陷。

根據(jù)以上調(diào)查情況，負效應較嚴重區(qū)在隧道修建后地質(zhì)環(huán)境受到較嚴重的破壞，群眾生產(chǎn)生活已受到嚴重影響，評價結果與實際情況基本一致。代表性調(diào)查點分布情況見圖5。

圖5　負效應較嚴重區(qū)代表性調(diào)查點分布Fig.5　Distribution of representative investigation points in the area of relatively serious negative effects

4.3負效應中等區(qū)

地質(zhì)環(huán)境負效應中等區(qū)基本分布在山嶺東西兩側(cè)砂巖區(qū)，地形坡角大，植被覆蓋好，無居民點分布，調(diào)查點相對較少，未見地表水體、井泉點及地面塌陷點，本次調(diào)查主要沿銅鑼山兩側(cè)公路進行地貌景觀調(diào)查，整體地形坡度大，土層厚度小但植被覆蓋良好，隧道修建前后無明顯變化。

根據(jù)以上調(diào)查情況，玉峰山隧道地質(zhì)環(huán)境評價負效應中等區(qū)負效應地表表現(xiàn)形式不夠顯著，野外調(diào)查驗證點較少，評價結果與實際情況相符程度需增加實例驗證。

4.4負效應較輕區(qū)

負效應較輕區(qū)的野外驗證調(diào)查點共10個，其中井泉點3個，水庫堰塘點2個，農(nóng)田地貌點3個，邊坡點2個，區(qū)內(nèi)井泉點較少，受季節(jié)影響明顯，堰塘規(guī)模一般不大，隧道修建前后變化較小；區(qū)內(nèi)植被覆蓋好，農(nóng)田面積小，主要為旱生作物，隧道修建前后土地利用方式無變化；隧道口兩側(cè)邊坡高度較小，且進行了專門的邊坡治理，未進行大的挖填方，無變形破壞跡象，斜(邊)坡穩(wěn)定。

根據(jù)以上調(diào)查情況，負效應較輕區(qū)在隧道修建后地質(zhì)環(huán)境未發(fā)生明顯變化，與評價結果基本一致。代表性調(diào)查點分布情況見圖6。

圖6　負效應較輕區(qū)代表性調(diào)查點分布Fig.6　Distribution of representative investigation points in the area of relatively minor negative effects

5　結　論

(1)本文在既有隧道工程負效應評價研究基礎上，通過重慶地區(qū)典型隧道工程地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和總結，對已有相關評價指標體系進行了提煉、補充和完善，提出建立一套更適合重慶地區(qū)隧道工程地質(zhì)環(huán)境負效應評價指標體系。

(2)基于專家打分法和層次分析法，確定了指標權重，構建了綜合評價模型，并對重慶市繞城高速玉峰山隧道地質(zhì)環(huán)境負效應進行了評價，通過調(diào)查驗證，評價結果與實際情況一致性較好，對于重慶地區(qū)其他隧道工程地質(zhì)環(huán)境負效應評價工作具有一定參考價值。

下一步工作應對本文建立的負效應評價體系進行大量工程實例驗證，進而建立起地質(zhì)環(huán)境負效應等級與負效應表現(xiàn)形式的對應關系，以期為隧道工程地質(zhì)環(huán)境保護工作提供依據(jù)。

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(編輯：黃玲)

System for Evaluating Geological Environment Negative Effect inChongqing Tunnel Engineering Construction Process

REN Xiu-wen1,PENG Hai-you2,3,YANG Le2,3,SHANG Hong-guang2,3,HU Xiao-jun2,3,FENG Fan2,3

(1.Chongqing Zhongke Survey and Design Co.,Ltd.，Chongqing400042,China; 2.Chongqing Key Laboratory of Exogenic Mineralization and Mine Environment,Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources, Chongqing400042,China; 3.Chongqing Research Center of State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining,Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources,Chongqing400042,China)

The geological environment problems which become increasingly prominent in Chongqing tunnel engineering construction process are taken as research objects in this paper.Applying methods of anlaytic hierarchy and scoring by experts，we establish a comprehensive evaluation model by selecting indices and determining the weights of indices.Then,we evaluate the geological environmental negative effect of Yufengshan tunnel of highway-ring around Chongqing; according to the comprehensive evaluation grading standard,we divide the negative effect area into four grades,which are serious area,relatively serious area,medium area and relatively minor area.Through investigation and verification,we found that the evaluation results are basically in accordance with actual situation and the study lays a foundation for the popularization and application of the evaluation method.

tunnelling engineering; geological environment negative effect; evaluation system; investigation and verification；Yufeng mountain tunnel

2015-09-21；

2015-11-20

重慶市國土房管局2011年度地質(zhì)災害防治專項資金資助項目(120301)

任秀文(1984-)，男，山西太原人，工程師，碩士，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)相關的研究工作，(電話)13527428860(電子信箱)704246529@qq.com。

10.11988/ckyyb.201508062016,33(08):109-113

U45

A

1001-5485(2016)08-0109-05