巖溶隧道工程建設(shè)地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)研究

劉躍蔭

（廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，廣西 柳州 545006）

巖溶隧道工程建設(shè)地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)研究

劉躍蔭

（廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，廣西 柳州 545006）

隨著我國城市軌道交通的迅猛發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的日益進(jìn)步，在巖溶地區(qū)地下河流域修建軌道交通地下隧道工程越來越多。然而，在改善城市交通環(huán)境的同時(shí)，隧道工程建設(shè)引發(fā)地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)的事件也屢見不鮮，不僅危及隧道工程安全，影響施工進(jìn)度，還會引發(fā)一系列環(huán)境地質(zhì)問題。因此，筆者認(rèn)為有必要構(gòu)建一套巖溶隧道地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)評價(jià)體系，以客觀反映和科學(xué)評價(jià)巖溶隧道建設(shè)引起的主要環(huán)境地質(zhì)問題。

巖溶隧道；地下河；負(fù)效應(yīng)；環(huán)境地質(zhì)；評價(jià)體系

環(huán)境負(fù)效應(yīng)是指對人類或環(huán)境有害而無利或者是弊大于利的環(huán)境效應(yīng)。巖溶隧道工程建設(shè)地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)是指巖溶隧道工程建設(shè)對地下河環(huán)境產(chǎn)生不利影響，從而引發(fā)一系列環(huán)境地質(zhì)問題。

1 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

本次研究主要參考平行式指標(biāo)體系模式，構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系，并對具體指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定義和量化。也就是說，先把研究系統(tǒng)分解成若干子系統(tǒng)，再按照子系統(tǒng)分類對每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行測度。在這種框架下，評價(jià)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)非常清晰，便于在綜合評價(jià)時(shí)有條理地進(jìn)行[1]。

巖溶隧道工程建設(shè)之所以會發(fā)生水害或誘發(fā)地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)，其根源在于工程建設(shè)造成地下河破壞，即工程建設(shè)改變了地下河的地質(zhì)環(huán)境條件，破壞了地下河的補(bǔ)、徑、排系統(tǒng)。負(fù)效應(yīng)程度影響因素主要與隧道工程性質(zhì)及地質(zhì)背景條件有關(guān)，具體可劃分為自然地理、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和隧道工程等四個(gè)子系統(tǒng)，共11個(gè)具體指標(biāo)。

1.1 評價(jià)指標(biāo)的量化方法

評價(jià)指標(biāo)的量化往往體現(xiàn)評價(jià)者的評價(jià)立場，從而影響到評價(jià)結(jié)論。本次評價(jià)主要采用專家評價(jià)法進(jìn)行其隸屬度的確定，通過組織經(jīng)驗(yàn)豐富的專家，集中專家的群體智慧，按其對地下河環(huán)境效應(yīng)敏感程度劃分“弱（Ⅰ）”“中等（Ⅱ）”“強(qiáng)（Ⅲ）”三級進(jìn)行相應(yīng)賦值，并采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法計(jì)算出各評價(jià)指標(biāo)的隸屬度。

1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

在巖溶隧道工程建設(shè)地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系中，由于每個(gè)指標(biāo)所反映的內(nèi)容都不相同，其在整個(gè)指標(biāo)體系中所占的位置和發(fā)揮的作用也不盡一致，因此必須首先確定每個(gè)指標(biāo)的重要程度，即權(quán)重。

本次所建巖溶隧道工程建設(shè)地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系尚屬巖溶地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)評價(jià)方面的初步研究，其指標(biāo)選取和量化等仍有待進(jìn)一步深入和完善。由于客觀賦值法需要大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來反求指標(biāo)權(quán)重，在目前這一階段尚難達(dá)到，因此本次評價(jià)擬采用主觀賦值法中的序關(guān)系分析法（GI）確定權(quán)值[2]。

2 評價(jià)體系在工程中的實(shí)例研究

為檢驗(yàn)本次巖溶隧道工程地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)評價(jià)體系的合理性和可行性，本文以柳州市擬建輕軌1號線紅廟地下河段隧道工程為例進(jìn)行研究。

2.1 工程概況

擬建柳州市輕軌1號線紅廟地下河段隧道工程，埋深24 m，下穿紅廟地下河流域，西起柳州正斷層，東至馬鞍山，線路總長約1.7 km，距柳江垂向距離250.0 m。

2.2 地質(zhì)背景

紅廟地下河起源于市制藥廠，于華豐灣及趙家井一帶排入柳江，全長約2.0 km，枯季流量239.7 L/s，地下水富水性以強(qiáng)富水為主，水位埋深3.0～5.0 m，水力度坡1.84‰，徑流速度75 m/h。所處宏觀地貌為峰林谷地，第四系覆蓋層厚度10.0～20.0 m，降雨入滲系數(shù)為0.56，下伏基巖主要由石炭系下統(tǒng)都安組（C1-2d）灰?guī)r及中統(tǒng)大埔組（C2d）白云巖組成，受柳州正斷層及拉堡逆斷層雙重作用影響，流域內(nèi)巖體裂隙、孔隙發(fā)育，部分裂隙受后期巖溶作用發(fā)育形成一定規(guī)模的巖溶裂隙洞穴，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈（見圖1）。

圖1 輕軌1號線紅廟地下河段工程地質(zhì)平面圖

2.3 地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)影響評價(jià)

筆者以上文建立的地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)影響評價(jià)指標(biāo)體系及評價(jià)方法體系理論為基礎(chǔ)，參照有關(guān)紅廟地下河指標(biāo)參數(shù)的量化以及專家評分綜合權(quán)重成果，對柳州市城市軌道交通1號線紅廟地下河地下敷設(shè)段巖溶隧道工程建設(shè)對地下河環(huán)境產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)大小進(jìn)行評價(jià)。根據(jù)各指標(biāo)量化結(jié)果及隸屬度計(jì)算結(jié)果，并建立了模糊關(guān)系矩陣，如表1所示。

表1 1號線紅廟地下河地下敷設(shè)段巖溶隧道工程評價(jià)模糊關(guān)系矩陣表

根據(jù)表1計(jì)算出的綜合權(quán)重及模糊關(guān)系矩陣，利用模糊綜合評價(jià)方法可定量計(jì)算柳州市城市軌道交通1號線紅廟地下河地下敷設(shè)段工程建設(shè)產(chǎn)生的地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)影響程度。以水文地質(zhì)準(zhǔn)則層[B2］集為例，計(jì)算其一級評判結(jié)果如下：

用同樣的方法可計(jì)算出自然地理[B1］、工程地質(zhì)[B3］以及隧道工程[B4］準(zhǔn)則層的一級評判結(jié)果：

B1=(0.080 2,0.333 5,0.586 3)；

B3=(0.193 1,0.316 8,0.490 1)

B4=(0.032 2,0.203 6,0.764 1)

在對各準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)進(jìn)行一級評判結(jié)果的基礎(chǔ)上，可根據(jù)各準(zhǔn)則層指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行二級評判，從而獲得綜合評價(jià)結(jié)果：

由上述計(jì)算結(jié)果可知，柳州市城市軌道交通1號線紅廟地下河地下敷設(shè)段工程建設(shè)產(chǎn)生的地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)以強(qiáng)（Ⅲ級）為主，其次是中等（Ⅱ級），綜合評價(jià)結(jié)果為強(qiáng)。工程建設(shè)容易導(dǎo)致地下河堵塞抑或大量疏排地下水，從而引發(fā)區(qū)域地下水位下降（上升），造成地下水污染、巖溶地面塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題，進(jìn)而導(dǎo)致建設(shè)工程隧道開挖圍巖失穩(wěn)、涌（突）水事故等一系列地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)的可能性大、危害程度大，危險(xiǎn)性大。

3 結(jié)論

柳州市城市軌道交通1號線紅廟地下河地下敷設(shè)段工程建設(shè)產(chǎn)生的地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)以強(qiáng)（Ⅲ級）為主，其次是中等（Ⅱ級），綜合評價(jià)結(jié)果為強(qiáng)。由于地下河巖溶地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜，常有理論不能有效指導(dǎo)工程實(shí)踐的現(xiàn)象，因此筆者建議人們加強(qiáng)城市建設(shè)地下河環(huán)境負(fù)效應(yīng)的理論研究。

1 劉 建，劉 丹．巖溶隧道地下水環(huán)境負(fù)效應(yīng)評價(jià)體系研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2011.

2 劉躍蔭，曾家華.柳州市地下河對城市建設(shè)影響評價(jià)報(bào)告[R].柳州：廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，2016.

Study on Negative Effects of Underground River Environment in Karst Tunnel Engineering

Liu Yuemeng
(Guangxi Hydrogeological Engineering Geological Prospecting Institute, Liuzhou 545006, China)

With the rapid development of urban rail transit and the increasing progress of science and technology, there are more and more underground tunnels in the underground river basin in Karst area. However, in the process of improving the urban traffic environment, the tunnel project construction caused the negative effects of the underground river environment is also common, not only endanger the tunnel project safety, affecting the progress of construction, but also lead to a series of environmental geological problems. Therefore, I think it is necessary to construct a set of Karst tunnel underground river environmental impact assessment system to objectively reflect and scientific evaluation of Karst tunnel construction caused by the main environmental geological problems.

Karst tunnel; underground river; negative effect; environmental geology; evaluation system

U457.2

A

1008-9500(2017)09-00102-03

2017-07-17

劉躍蔭（1984-），男，廣西邕寧人，工程師，研究方向：水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)。