巖溶區(qū)隧道工程全生命周期地下水文環(huán)境保護(hù)方案探討

摘要：基于新燕尾山隧道工程探討隧道在選址、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等全生命周期內(nèi)對地下水文環(huán)境保護(hù)的工作要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：巖溶區(qū);隧道工程;全生命周期;地下水文環(huán)境

中圖分類號：X37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）12-0-02

Abstract：Based on the new Yanweishan tunnel project， this paper discusses the main points of the tunnels work on the protection of groundwater in the whole life cycle of site selection， design， construction and operation， for reference of similar projects.

Keywords：Karst area;Tunnel engineering;Full life cycle;Groundwater environment

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目介紹

燕尾山隧道穿越南溫泉背斜兩翼的槽谷區(qū)為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，背斜兩翼地層為三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）碎屑巖地層，侏羅系紅層區(qū)。其中三疊系下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）地層是擬建隧道主要充水的可溶性碳酸鹽含水層。隧址區(qū)地下水類型主要為松散巖類孔隙水，基巖（紅層）裂隙水，碎屑巖孔隙、裂隙層間水，碳酸鹽巖巖溶水。

1.2 地下水環(huán)境影響分類及分析

對于巖溶區(qū)，將距隧道0.8～1km范圍內(nèi)及人員聚集地劃為強(qiáng)烈影響區(qū);將距隧道1～1.65km范圍內(nèi)劃為中等影響區(qū);將距隧道1.65～2.5km范圍內(nèi)劃分一般影響區(qū)。對于非巖溶區(qū)，侏羅紀(jì)紅層由于相對隔水且該地層區(qū)域地形陡峭，人類工程活動(dòng)較少，井、泉、水塘分布有限，全部劃分為一般影響區(qū)。影響分類如圖2所示。

對各個(gè)影響等級內(nèi)進(jìn)行分區(qū)分析隧道建設(shè)可能誘發(fā)的主要水文地質(zhì)環(huán)境問題如下：

影響區(qū) A1 位于可溶巖地區(qū)，造成區(qū)內(nèi)井泉干涸，并可能誘發(fā)巖溶塌陷，對當(dāng)?shù)厝嗣裆钌a(chǎn)和人生安全問題造成較嚴(yán)重的影響。背斜軸部的泉點(diǎn)出水口可能被疏干。

A2 位于須家河山地，可能會造成區(qū)內(nèi)地表水體全部干枯或者地下水露頭大部分干枯。

影響區(qū) B1 位于可溶巖地區(qū)，造成區(qū)內(nèi)井泉流量減少過半或者當(dāng)?shù)剞r(nóng)民灌溉給水點(diǎn)的水源減少過半，連續(xù)干旱一段時(shí)間以后就會造成飲用水和灌溉用水困難，對當(dāng)?shù)厝嗣裆钌a(chǎn)用水問題有影響。

B2 位于須家河山地，可能造成區(qū)內(nèi)地表水體減少過半或者當(dāng)?shù)剞r(nóng)民飲用水點(diǎn)的水源減少過半，連續(xù)干旱一段時(shí)間以后就會造成飲用水困難，對當(dāng)?shù)厝嗣裆钌a(chǎn)用水問題有影響。

影響區(qū) C1 位于可溶巖地區(qū)，可能會造成地表水和井泉等地下水露頭部分減少或者當(dāng)?shù)剞r(nóng)民飲用水點(diǎn)的水源有一定量的減少，對當(dāng)?shù)厝嗣裆钌a(chǎn)用水問題有少量影響。

C2 位于須家河山地，隧道開挖可能會造成地表水和井泉等地下水露頭部分減少或者當(dāng)?shù)剞r(nóng)民飲用水點(diǎn)的水源有一定量的減少，對當(dāng)?shù)厝嗣裆钌a(chǎn)用水問題有少量影響。

C3 位于隧道進(jìn)出口侏羅系地層內(nèi)，可能會造成地表水和井泉等地下水露頭部分減少或者當(dāng)?shù)剞r(nóng)民飲用水點(diǎn)的水源有一定量的減少，對當(dāng)?shù)厝嗣裆钌a(chǎn)用水問題有少量影響。

2 保護(hù)方案設(shè)計(jì)

2.1 堵水措施

燕尾山隧道采取全段面帷幕注漿、開挖后徑向注漿堵水以及抗水壓襯砌等堵水措施。一是位于地下水位線以上，除泥巖隔水層段采用超前帷幕注漿外，其他段落采用開挖后徑向局部注漿堵水。二是對于地層裂隙水較大，周邊存在大面積淋水或嚴(yán)重滲漏水，對地表生態(tài)環(huán)境影響較嚴(yán)重，但圍巖穩(wěn)定性較好，不影響掘進(jìn)的情況采取開挖后周邊注漿堵水。三是對預(yù)測靜水壓力0.65～1.5MPa，采取周邊全封閉的堵水方案，在注漿堵水后采取設(shè)置抗水壓襯砌?？蓪?nèi)輪廓仰拱加深，使斷面更接近圓形而改善襯砌結(jié)構(gòu)受力條件。同時(shí)，加強(qiáng)初期支護(hù)和二襯厚度控制，提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)的抗水壓能力。

2.2 巖溶處治

溶洞處治措施根據(jù)溶洞的發(fā)育規(guī)模、與隧道的相互關(guān)系、溶洞充填情況等確定。對于發(fā)育深度小于3.0m的小溶洞、溶穴，原則上采用回填處理;對于發(fā)育深度超過3.0m的規(guī)模較大的溶洞，根據(jù)溶洞分布、與隧道的關(guān)系及溶洞內(nèi)充填物情況進(jìn)行錨噴支護(hù)加固、回填嵌補(bǔ)、注漿加固、支頂加固、回填封閉或樁基礎(chǔ)（擴(kuò)大基礎(chǔ)）跨越等多種措施處理。對于洞內(nèi)積水，若無補(bǔ)給源則以排為主，若補(bǔ)給源廣，特別是與地表連通的巖溶水，需以堵為主，限量排放。

2.3 地表塌陷處治

地表塌陷處治遵循“早期預(yù)測、預(yù)防為主、治理為輔、防治相結(jié)合”的原則。對開挖沉陷區(qū)，未達(dá)到穩(wěn)定的，宜采取監(jiān)測、警示及臨時(shí)工程措施，消除安全隱患。達(dá)到穩(wěn)沉狀態(tài)的，應(yīng)采取防滲處理、削高填低、回填平整、挖溝排水、植被重建等綜合處理措施。對巖溶塌陷區(qū)，可采取注漿、回填等措施控制塌陷發(fā)展，減少危害。塌陷區(qū)規(guī)模較大、暫時(shí)難以治理的地段，應(yīng)確定禁入范圍，設(shè)立警示牌與圍欄等安全設(shè)施。

2.4 地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測

在距離隧道軸線5km以內(nèi)共布設(shè)地表觀測點(diǎn)21個(gè)，洞口觀測點(diǎn)4個(gè)，洞內(nèi)觀測點(diǎn)22個(gè)，地下水位監(jiān)測點(diǎn)4個(gè)，在施工期地表觀測點(diǎn)每兩日觀測一次，洞口及洞內(nèi)觀測點(diǎn)每日觀測一次;隧道貫通后地表觀測點(diǎn)每五日觀測一次，洞口觀測點(diǎn)每五日觀測一次。累計(jì)監(jiān)測時(shí)間為2年。

3 控制要點(diǎn)梳理

隧道工程地下水文環(huán)境保護(hù)應(yīng)從地質(zhì)選線、隧道設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營觀測等階段進(jìn)行研究，制定有效的保護(hù)措施。

3.1 加強(qiáng)隧址方案比選

隧址的選擇除服從線路的總體走向和考慮兩端立交的接線因素外，應(yīng)結(jié)合工程規(guī)模、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、與鐵路及軌道關(guān)系、隧道洞口位置分析、隧址地質(zhì)條件、對周邊地塊和聚居區(qū)影響、與沖溝和水庫的關(guān)系、對兩側(cè)接線道路的影響等控制因素。當(dāng)然，若擬建的隧道范圍工程地質(zhì)條件比較明確，可以參考附近隧道竣工資料。

3.2 加強(qiáng)隧道自防水設(shè)計(jì)

根據(jù)隧道區(qū)的水文地質(zhì)特征及生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，以堵為主、限量排放。在此基礎(chǔ)上“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”，保證隧道結(jié)構(gòu)物和運(yùn)營設(shè)備的正常使用和行車安全;對地表水、地下水妥善處理，洞內(nèi)外形成完整通暢的防排水系統(tǒng)。

3.3 加強(qiáng)施工方法的優(yōu)化

隧道施工方法應(yīng)遵循“少擾動(dòng)、弱爆破、短進(jìn)尺、快封閉、強(qiáng)支撐、勤量測”的原則。一是根據(jù)隧道間距、圍巖級別、跨度、埋深確定合理開挖方法。根據(jù)監(jiān)測的成果資料對開挖工法、爆破參數(shù)、支護(hù)參數(shù)進(jìn)行適時(shí)的調(diào)整，以確保施工和構(gòu)筑物安全，并對一些關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)應(yīng)加強(qiáng)控制，嚴(yán)格執(zhí)行。二是引用先進(jìn)設(shè)備和工藝。例如，引入冷凍法到涌水和突水的治理上。不僅可以將掌子面前方的地下水和圍巖中的自由水凍結(jié)，便于施工;而且可以充填巖體中的部分裂隙，對剛開挖的隧道圍巖加固和穩(wěn)定。三是采用排供結(jié)合的模式有效利用地下水。將排水和供水相互結(jié)合起來，采用截流、預(yù)先疏干等排供結(jié)合模式，利用雙水源互補(bǔ)供水，有效抑制隧道排水的環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)，減少水資源的浪費(fèi)。

3.4 加強(qiáng)水文環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控

采用自動(dòng)監(jiān)測、人工定期巡視監(jiān)測等方式，進(jìn)行水文環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控。一是施工前監(jiān)測。包括區(qū)內(nèi)已有的巖溶塌陷，建筑物變形，水庫水位，水點(diǎn)（地表、地下）水量、水溫，已建隧道工程地下水疏排水量、水溫等。二是施工期間的監(jiān)測。建立洞內(nèi)出水與洞外地表水、降雨與氣溫等聯(lián)動(dòng)監(jiān)測體系。監(jiān)測開挖過程中出水點(diǎn)位置、地層巖性、水壓、水量、水溫、水質(zhì)、滲漏起始時(shí)段等，并對監(jiān)測當(dāng)天的氣溫、降雨情況以及地表水的變化情況進(jìn)洞聯(lián)動(dòng)監(jiān)測。三是竣工后監(jiān)測。對巖溶塌陷，建筑物變形，水庫水位，水點(diǎn)（地表、地下）水量、水溫，臨近隧道地下水疏排水量及水溫進(jìn)行監(jiān)測，以評價(jià)堵水效果及對環(huán)境的影響程度。

4 總結(jié)

新燕尾山隧道地下水環(huán)境保護(hù)方案對強(qiáng)烈影響區(qū)域采取“以堵為主”的方法，進(jìn)行嚴(yán)密堵水，超前堵水，以減少地下水漏失。對中等影響區(qū)域采取“堵水限排”的方法。采用注漿控制地下水排放量，在襯砌背后設(shè)置排導(dǎo)系統(tǒng)，以消減水壓力。同時(shí)，嚴(yán)格遵循“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工”原則，建立監(jiān)測監(jiān)控體系，優(yōu)化施工方案，按動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)執(zhí)行保護(hù)措施，使該隧道區(qū)域地下水環(huán)境得到有效保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王立峰.水文地質(zhì)在環(huán)境保護(hù)過程中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（11）：125-126+129.

[2]付妍.水文地質(zhì)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用探討[J].環(huán)境與發(fā)展，2018，30（02）：239-240.

收稿日期：2019-08-12

作者簡介：饒友平（1983-），男，漢族，本科學(xué)歷，高級工程師，研究方向?yàn)榈缆饭こ淘O(shè)計(jì)與交通規(guī)劃設(shè)計(jì)。