山區(qū)隧洞對(duì)地表水資源影響分析及對(duì)策

岑樹(shù)高

【摘要】隧道穿越基巖裂隙水、褶曲及斷層構(gòu)造水、巖溶管道水等多種地下水類型富水區(qū)，工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，施工期對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境水文地質(zhì)影響大。通過(guò)調(diào)查評(píng)估建設(shè)項(xiàng)目對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源的影響，提出隧道內(nèi)堵水措施，建議改進(jìn)隧道施工技術(shù)的有關(guān)技術(shù)方案，以減少可能造成的地表水、地下水漏失（或干涸）對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活影響。

【關(guān)鍵詞】地下水；地質(zhì)；環(huán)境；溶洞；方案

序言

某高速鐵路是鐵路“十一五”規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目，銜接西南內(nèi)陸和華南經(jīng)濟(jì)帶，是一條客貨兼顧、以客為主、完善西部路網(wǎng)布局的區(qū)域快速鐵路干線。雖然建設(shè)過(guò)程中難免有一些弊端，但該鐵路是西南地區(qū)一條重要便捷的出海通道，極大改變了貴州長(zhǎng)期與外界阻隔的時(shí)空距離，將成為貴州這樣經(jīng)濟(jì)落后的地區(qū)帶來(lái)后發(fā)趕超的歷史性起點(diǎn)，全面評(píng)價(jià)和采取合理的對(duì)策有利于降低最不利因素十分必要。

1、工程概況

某高速鐵路隧道自2008年12月開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)施工，當(dāng)?shù)鼐用穹e極響應(yīng)重點(diǎn)工程的建設(shè)，但隨著主隧道和北側(cè)導(dǎo)洞的開(kāi)挖掘進(jìn)，工程對(duì)當(dāng)?shù)鼐幼…h(huán)境產(chǎn)生一些負(fù)面影響。泉水水量的減少或漏失對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活影響較大，主要表現(xiàn)為溝谷上游地表水流失、高處泉點(diǎn)干枯，直接導(dǎo)致山寨居民生活飲水困難、農(nóng)田引水灌溉水源枯竭。通過(guò)實(shí)地勘察并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，客觀評(píng)價(jià)了隧道掘進(jìn)施工后對(duì)該村地表水資源的影響，及時(shí)采取必要措施減少不利影響。

2、項(xiàng)目區(qū)水資源狀況

項(xiàng)目所在區(qū)域地貌為巖溶低中山地，地勢(shì)總體東高西低。地面海拔標(biāo)高710～1483.9m，最低為西北部的河流，地面海拔標(biāo)高710m左右，最高為南部的高山，海拔1483.9m。區(qū)域內(nèi)泉水眾多，小溪流廣布。

建設(shè)項(xiàng)目所在流域?qū)偕絽^(qū)雨源型河流，徑流主要由降水補(bǔ)給，徑流特性與降水特性基本一致，年際變化不大但年內(nèi)分配不均，洪枯懸殊，徑流主要集中在汛期5～8月，約占全年徑流量的60%，多年平均徑流深在720mm左右。

隧洞所在片區(qū)地勢(shì)總體南東高北西低，有利于地表水、大氣降水向西排泄入干流。區(qū)內(nèi)地層巖性大致分布為：分水嶺一帶的志留系、泥盆系碎屑巖，分水嶺兩側(cè)的奧陶系碳酸鹽巖。新場(chǎng)片區(qū)巖性主要為奧陶系的白云巖、灰?guī)r，為可溶性碳酸鹽巖，厚度大，其巖溶較發(fā)育，地下水豐富，地表泉點(diǎn)發(fā)育，地下水埋藏淺。受構(gòu)造影響，巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，連通性好。地下水徑流模數(shù)為3.2～8.7，跟據(jù)地區(qū)鄰近工程鉆孔抽水試驗(yàn)，鉆孔涌水量432～1952m3/d，該區(qū)為含水豐富巖組，地下巖溶管道及構(gòu)造裂隙相互連通，地下水運(yùn)行環(huán)境良好，利于集中，從而導(dǎo)致該區(qū)巖溶含水層涌水量較大。

根據(jù)規(guī)劃線位的前期勘察設(shè)計(jì)資料，隧道穿越區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，且存在利于匯集地下水的向斜構(gòu)造，隧道內(nèi)基巖裂隙水、褶曲及斷層構(gòu)造水、巖溶管道水等多種地下水富集，工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，該隧道DK128+000～DK133+000洞身段位于巖溶水水文地質(zhì)單元的水平循環(huán)帶內(nèi)，區(qū)內(nèi)溶洞、暗河標(biāo)高均高于隧道軌頂標(biāo)高（746m）150～170m。設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)正常涌水量約6萬(wàn)m3/d，雨季則達(dá)15萬(wàn)m3/ d。

3、項(xiàng)目影響區(qū)所在區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

項(xiàng)目隧道軸線于新場(chǎng)片區(qū)穿越巖性主要為白云巖、灰?guī)r，屬碳酸鹽巖含水巖組。在區(qū)域構(gòu)造的影響下，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育近南北向斷層，產(chǎn)狀90～110?！?0。，為逆斷層（阻水?dāng)鄬樱?，破碎帶?0～80m。隧道以近90°角橫穿該斷層。

隧道區(qū)巖性主要為寒武系下奧陶系桐梓組（O1t）白云巖，為可溶性碳酸鹽巖，厚920～2150m，地表巖溶現(xiàn)象多見(jiàn)，主要表現(xiàn)為溶溝、溶槽、落水洞等，受溶溝、溶槽影響，基巖埋深起伏變化大，溶溝、溶槽堆積物直接與覆蓋層接觸，構(gòu)成地下水的垂直通道。該區(qū)斷裂帶白云巖破碎、巖溶發(fā)育，地下水豐富，活動(dòng)強(qiáng)烈。該區(qū)巖溶較發(fā)育，地下水豐富，地表泉點(diǎn)發(fā)育，地下水埋藏淺。受構(gòu)造影響，巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，連通性好。地下水徑流模數(shù)為3.2～8.7，跟據(jù)地區(qū)鄰近工程鉆孔抽水試驗(yàn)，鉆孔涌水量432～1952m3/d，為含水豐富巖組，地下巖溶管道及構(gòu)造裂隙相互連通，含水層涌水量較大。

該隧道DK128+000～DK133+000洞身段位于巖溶水水文地質(zhì)單元的水平循環(huán)帶內(nèi)，區(qū)內(nèi)溶洞、暗河標(biāo)高均高于隧道軌頂標(biāo)高（746m）150～170m。設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)正常涌水量約6萬(wàn)m3/d，雨季則達(dá)15萬(wàn)m3/ d。若遇暗河或大構(gòu)造富水帶補(bǔ)給，涌水量將可能更大，對(duì)區(qū)域地下水的影響也會(huì)更加嚴(yán)重。

4、隧道施工對(duì)區(qū)域水資源影響分析

4.1 現(xiàn)狀調(diào)查

影響區(qū)的居民生活用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水都來(lái)自于淺、中層地下水。隧道在掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)地下水的封堵措施要求高，若處理不及時(shí)或方法不到位，不可避免出現(xiàn)開(kāi)挖時(shí)涌水量較大，形成人為降低地下水位，導(dǎo)致地下水自由排泄而大量流失、區(qū)域地表眾多泉點(diǎn)逐漸干枯。

4.2 隧道建設(shè)對(duì)區(qū)域水資源影響分析

因隧道主洞及導(dǎo)洞最低開(kāi)挖海拔標(biāo)高為738.5m，開(kāi)挖最大斷面尺寸寬12.81m，高9.5m，開(kāi)挖洞室低于地表30～500m。由于隧道的開(kāi)挖破壞了地下水資源固有的生態(tài)平衡，形成了以隧道為中心的帶狀降落漏斗，使地下水流的流動(dòng)速度加快，地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律破壞，水位逐漸下降，把含水層改變?yōu)橥杆畬?，?dǎo)致隧道底板標(biāo)高以上地下水向隧道內(nèi)補(bǔ)給并自由排泄，從導(dǎo)洞口排出的水量約0.25m3/s。

隧道穿過(guò)范圍約4km，開(kāi)挖洞室低于地表30～500m。掘進(jìn)過(guò)程中地下水直接向?qū)Ф醋杂膳判共⒘鞒龆纯?，造成大量地下水的自由排泄。隨著掘進(jìn)深度逐漸變大，深層含水層的水被截留下來(lái)，而被轉(zhuǎn)變?yōu)榭拥浪懦?，并且坑道水排水量不斷增加，?dǎo)致深層地下水水位逐漸降低，使得地下水降落漏斗的幅度和范圍越來(lái)越廣闊，地表泉水的流量減少，甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。嚴(yán)重時(shí)可使隧道穿過(guò)地區(qū)大量土地墑情發(fā)生變化，高處農(nóng)田干旱，地下水漏失，可能造成局部森林干枯，影響當(dāng)?shù)氐淖匀凰Y源環(huán)境。

4.3 影響評(píng)價(jià)

隧道穿越區(qū)為向斜構(gòu)造，該區(qū)基巖裂隙水、褶曲及斷層構(gòu)造水、巖溶管道水等多種地下水富集，工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，如該隧道DK128+000～DK133+000洞身段位于巖溶水水文地質(zhì)單元的水平循環(huán)帶內(nèi)，區(qū)內(nèi)溶洞、暗河標(biāo)高均高于隧道軌頂標(biāo)高（746m）150-170m。

隨著隧道的掘進(jìn)施工，新場(chǎng)村人畜飲水和灌溉用水水源的現(xiàn)狀可能受到一定的影響，嚴(yán)重時(shí)可使臨近隧道的地區(qū)地下水漏失，影響當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和群眾的生產(chǎn)生活。

5、隧道施工堵水技術(shù)的建議

鑒于隧道施工對(duì)區(qū)域水資源影響較大，建議改進(jìn)隧道施工技術(shù)的有關(guān)技術(shù)方案，防止地下水流失過(guò)大，以保證當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活、農(nóng)田引水灌溉不至于受到建設(shè)項(xiàng)目的影響。

在隧道施工中，應(yīng)采取以堵為主的防水原則，采用新技術(shù)，把隧道內(nèi)現(xiàn)狀漏水點(diǎn)和未來(lái)掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的漏水點(diǎn)所產(chǎn)生的地下水堵住。在隧道防水地段因地制宜地采用全斷面預(yù)注漿、裂隙注漿、噴射混凝土等，盡快將滲水通道堵住。如地質(zhì)預(yù)探含水量較大，可能有涌水出現(xiàn)時(shí)，宜采用全斷面預(yù)注漿的方法，將水流封堵在開(kāi)挖面之外，即在隧道周邊打孔，以高壓的水泥漿液（或水泥—水玻璃漿液）注入巖石裂隙，使隧道沿周邊形成一個(gè)密封環(huán)；若含水量不大，開(kāi)挖后在出水點(diǎn)進(jìn)行局部裂隙注漿予以封閉；滲漏水不多時(shí)，初期支護(hù)的噴射混凝土即可防止殘余水浸濕。另外，二次襯砌可采取結(jié)構(gòu)防水措施，即在初期支護(hù)與二次襯砌之間敷設(shè)一層無(wú)紡布及全封閉的橡膠防水板（或塑料防水板），接縫處設(shè)置止水帶。采用多層次防水措施防止隧道中地下水滲漏、流失。

參考文件：

[1] 《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則（試行）》（SL/Z 322-2013）；

[2] 《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 》（HJ/T 2.1～2.3-1993，HJ/T2.4-1995）；

[3] 《水文調(diào)查規(guī)范》（SL201-97）；

[4] 《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50027-2001）；

[5] 《貴州省水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀分析報(bào)告》（貴州省水利廳，2004年）。

[6] 隧道的有關(guān)資料。