長白山軌道工程對主要地下水徑流的影響評價

于成龍

（中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

隨著地下空間資源的大力開發(fā)，地下水對地下工程的影響引起了人們的普遍關注，但地下工程對地下水環(huán)境的影響則很少有人問津，一方面是由于常見的地下工程不足以對地下水環(huán)境構成較大的影響；另一方面也是由于人們還沒有認識到這個問題的嚴重性[1]。同時，某些工程采用樁基礎時，基樁對于地下水滲流有明顯的阻擋效應，基樁的數(shù)量以及布置形式會對滲透效應產生較大的影響[2-3]。擬建長白山軌道交通工程采用鉆孔灌注樁基礎，設計深度20m，該工程穿越安圖縣長白山部分礦泉水水源地保護區(qū)。因此，評價擬建工程建設對主要地下水的影響有著重大的現(xiàn)實意義。

1 擬建工程概況

擬建工程位于吉林省東南部的長白山保護開發(fā)區(qū)境內。擬建線路全長33.42km，皆采用高架敷設。全線設車站6座，均為高架車站，平均站間距6.68km。最大站間距12.12km，最小站間距3.81km。全線于集散中心站東側設車輛段1座?；A形式為鉆孔灌注樁，直徑為800mm。

2 評價區(qū)地質環(huán)境條件

評價區(qū)位于長白山地區(qū)，屬中緯度大陸季風氣候濕潤區(qū)，其主要特點是冬季漫長寒冷，尤其是山頂陰坡可常年積雪；夏季極短，春秋幾乎相連，氣溫涼爽。

評價區(qū)地形總的趨勢為南高北低，地面海拔高程一般在670～1 020m，最大高差為350m，地貌類型為長白山熔巖臺地[4]。熔巖臺地主要由第四系玄武巖構成。

評價區(qū)內出露的地層以新生界火山巖類為主，次為全新統(tǒng)松散堆積物，并零星分布有元古界變質巖類。

3 水文地質調查工作概況

為了初步了解擬建工程重點地段20m深度范圍內的水文地質條件，為評價區(qū)內重點地段工程的基礎形式與埋深設計提供參考。采用資料收集、水文地質測繪、水文地質鉆探、簡易抽水試驗以及工程測量等綜合手段開展水文地質調查工作。

水文地質測繪范圍以擬建工程兩側下游的水源地一級保護區(qū)或河流為邊界進行劃定。水文地質鉆孔布設于擬建工程的線位且處于評價區(qū)內主要泉點補給區(qū)的重點地段，鉆孔編號自北向南依次為ZK1、ZK2、ZK6、ZK7、ZK8、ZK9、ZK10、ZK11、ZK13、ZK14。其中一般性鉆孔9個，單孔進尺20.0～23.7m；控制性鉆孔1個(ZK2)，單孔進尺30m。簡易抽水試驗利用水文地質鉆孔，采用潛水泵做1～3次降深的單孔簡易抽水試驗方法。單孔簡易抽水試驗6組。

4 評價區(qū)水文地質條件

4.1 地下水賦存與埋藏條件

評價區(qū)內地下水主要賦存在第四系全新統(tǒng)松散砂礫石孔隙和下更新統(tǒng)軍艦山組玄武巖孔洞裂隙中。

(1) 松散巖類孔隙潛水含水層。

該層主要分布在線路中南段的ZK9、ZK10、ZK11、ZK13、ZK14號孔段。含水介質為第四系全新統(tǒng)的粗砂及礫石，粒徑一般為2～20mm，分選磨圓性較好，透水性強。鉆孔揭露厚度3.8～16.8m。單井涌水量一般＞1000m3/d，水位埋深1.9～6.0m，呈崗地埋深大，低洼地段埋深小的特點。水化學類型多為HCO3-Na·Ca型，礦化度0.2～0.3g/L。

(2) 松散巖類層間孔隙含水層。

該層僅分布在線路中南段ZK10號孔處，鉆孔揭露9.1～11.0m和12.9～16.4m段分別有松散巖類層間含水層分布，含水介質為卵礫石，粒徑一般為20～60mm，分選磨圓性較好，透水性強，含水層頂板為軍艦山組玄武巖，透水性相對較弱，地下水微具承壓性。單井涌水量＞1 000m3/d，水量豐富。

(3) 玄武巖類孔洞裂隙水含水層。

該層廣布全區(qū)，是區(qū)內地下水主要含水層。含水介質由第四系下更新統(tǒng)軍艦山組玄武巖構成。鉆孔揭露厚度為1.2～17.4m，頂板埋深一般5.9～9.6m，最小埋深(ZK8號孔)0.8m，最大埋深(ZK13號孔)＞20m。玄武巖多呈灰—灰黑色，間夾紫紅色，斑狀結構為主，次為隱晶質結構，氣孔及塊狀構造。其中紫紅色氣孔狀玄武巖孔洞裂隙最為發(fā)育(圖1)。次為灰—灰黑色氣孔狀玄武巖，孔洞或裂隙較發(fā)育(圖2)。灰色塊狀玄武巖孔洞裂隙發(fā)育較差(圖3)。

鉆孔揭露主要含水段為埋深10.5～20.8m，厚度為1.1～3.2m的紫紅色氣孔狀玄武巖層，但該玄武巖在區(qū)內分布不連續(xù)，僅斷續(xù)分布在ZK1～ZK6號孔段、ZK9～ZK10號孔段和ZK14號孔處。鉆探過程中，當遇到孔洞裂隙發(fā)育的紫紅色玄武巖段時，ZK1、ZK2、ZK6、ZK14號孔有漏水嚴重現(xiàn)象，ZK6號孔在12m處有掉鉆現(xiàn)象，說明評價區(qū)內該段玄武巖孔洞裂隙非常發(fā)育，通過抽水試驗測得該段玄武巖滲透系數(shù)為10.25～76.42m/d，其滲透性等級為強透水，是區(qū)內玄武巖孔洞裂隙水的主要富水段及徑流通道。

圖1 紫紅色氣孔狀玄武巖巖芯

圖2 灰、灰黑色氣孔狀玄武巖巖芯

圖3 灰色塊狀玄武巖巖芯

4.2 地下水循環(huán)條件

(1) 松散巖類孔隙潛水循環(huán)條件。

松散巖類孔隙潛水主要接受大氣降水及凝結水滲入補給，次為玄武巖孔洞裂隙水側向徑流補給，總體上沿河谷由南向北向下游方向徑流，排泄補給河水，次為蒸發(fā)排泄。松散巖類孔隙潛水與地表水水力聯(lián)系密切。

(2) 松散巖類層間孔隙水循環(huán)條件。

松散巖類層間孔隙水主要接受上部松散巖類孔隙潛水的越流補給和玄武巖孔洞裂隙水側向徑流補給，主要是由南向北徑流并排泄補給下游玄武巖孔洞裂隙水。

(3) 玄武巖孔洞裂隙水循環(huán)條件。

玄武巖孔洞裂隙水主要接受大氣降水及凝結水滲入補給，補給區(qū)主要位于南部天池北側的自然保護區(qū)內。大氣降水及凝結水滲入地下后，富集于玄武巖孔洞裂隙中，在地形影響下，部分玄武巖孔洞裂隙水由南向北徑流，主要徑流通道為軍艦山組紫紅色玄武巖孔洞裂隙帶。在徑流過程中，沿途不斷接納大氣降水及凝結水滲入補給，致使水量更加豐富。當玄武巖孔洞裂隙水徑流進入安圖縣長白山礦泉水水源地保護區(qū)后，在地勢低洼的河谷等有利地段，以泉或泉群的方式溢出地表。由于水中富含偏硅酸，形成了質優(yōu)量豐的長白山礦泉水資源[5-6]。泉(單泉或泉群)流量可達13.36～283.28L/s(表1)。

表1 擬建工程下游主要礦泉特征

根據(jù)區(qū)域水文地質資料，結合評價區(qū)內鉆孔中地下水水位高程資料分析，玄武巖孔洞裂隙水水位高程由南部ZK11號孔的954.62m向北逐漸遞降至ZK1號孔的695.62m，與評價區(qū)地形變化總體特征一致，說明評價區(qū)內玄武巖孔洞裂隙水總體徑流方向為由南向北。依據(jù)評價區(qū)內擬建工程兩側泉群的分布特征分析，評價區(qū)屬于天池北側玄武巖孔洞裂隙水的徑流排泄區(qū)。

鉆孔揭露深度范圍內的資料顯示，評價區(qū)主要地下水徑流通道是軍艦山組玄武巖孔洞裂隙帶，其中紫紅色氣孔狀玄武巖為玄武巖孔洞裂隙水主要含水段，其裂隙帶在垂直地下水徑流方向上分布不連續(xù)，僅斷續(xù)分布在ZK1～ZK6號孔段、ZK9～ZK10號孔段和ZK14號孔，其中紫紅色氣孔狀玄武巖的頂板埋深ZK1～ZK6段在10.2～12.7m以下，ZK9～ZK10號孔段在17.4～20.8m以下，ZK14號孔在12.8m以下。

5 擬建工程對地下水資源影響初步評價

依據(jù)玄武巖孔洞裂隙水及富水帶的分布及埋藏情況，就擬建工程基礎對玄武巖孔洞裂隙水徑流的影響初步分析評價如下。

(1) 北段的ZK1、ZK2和ZK6號孔：①當擬建工程基礎設計深度分別小于6.0m、5.9m、6.9m時，不進入玄武巖孔洞裂隙水含水層，不會阻滯玄武巖孔洞裂隙水徑流，對下游方向礦泉水水源地泉流量基本沒有影響；②當基礎設計深度分別介于6.0～10.2m、5.9～12.7m和6.9～12.0m時，則部分基礎進入玄武巖孔洞裂隙水含水層，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生一定阻滯作用，對下游方向礦泉水水源地泉流量會產生一定影響，但基礎不進入玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶，其影響程度有限；③當基礎設計深度分別大于10.2m、512.7m、12.0m時，則部分基礎進入玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生較大阻滯作用，對下游方向礦泉水水源地泉流量會產生較大影響。

(2) 中北段的ZK7號孔：①當擬建工程基礎設計深度小于8.9m時，不進入玄武巖孔洞裂隙水含水層；②當擬建工程基礎設計深度介于8.9～20.0m時，則部分基礎進入玄武巖孔洞裂隙水含水層，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生一定阻滯作用，對下游方向礦泉水水源地泉流量會產生一定影響，但基礎不進入玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶，其影響程度有限。

(3) 中段的ZK8號孔：未發(fā)現(xiàn)有玄武巖孔洞裂隙水富水帶，鉆孔未見地下水。當擬建工程基礎深度控制在20m內時，不會阻滯玄武巖孔洞裂隙水徑流，對下游方向礦泉水水源地泉流量基本沒有影響。

(4) 中南段的ZK9號孔：①當擬建工程基礎設計深度小于9.6m時，不進入玄武巖孔洞裂隙水含水層；②當擬建工程基礎設計深度介于9.6～17.4m時，則部分基礎進入玄武巖孔洞裂隙水含水層，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生一定阻滯作用，但其影響程度有限；③當擬建工程基礎設計深度大于17.4m時，則部分基礎進入玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生較大阻滯作用，對下游方向礦泉水水源地泉流量會產生較大影響。

(5) 中南段的ZK10和ZK11號孔：①當擬建工程基礎設計深度小于7.5m和6.8m時，不進入玄武巖孔洞裂隙水含水層；②當擬建工程基礎設計深度介于7.5～20.0m和6.8～20.0m時，則部分基礎進入玄武巖孔洞裂隙水含水層，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生一定阻滯作用，對下游方向礦泉水水源地泉流量會產生一定影響，但不進入玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶，其影響程度有限。

(6) 南段的ZK13號孔：未揭露玄武巖地層，當擬建工程基礎深度控制在20m內時，對下游方向礦泉水水源地泉流量基本沒有影響。

(7) 南段的ZK14號孔：①當擬建工程基礎設計深度小于9.4m時，不進入玄武巖孔洞裂隙水含水層；②當擬建工程基礎設計深度介于9.4～12.8m時，則部分基礎進入玄武巖孔洞裂隙水含水層，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生一定阻滯作用，但其影響程度有限；③當擬建工程基礎設計深度大于12.8m時，則部分基礎進入玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生較大阻滯作用，對下游方向礦泉水水源地泉流量會產生較大影響。

6 結語

(1) 擬建長白山軌道交通工程位于玄武巖孔洞裂隙水的徑流排泄區(qū)。主要地下水為玄武巖孔洞裂隙水，在揭露的20m深度范圍內，賦存于第四系下更新統(tǒng)軍艦山組玄武巖孔洞裂隙中，且主要富集于其中的紫紅色氣孔狀玄武巖孔洞裂隙帶中。

(2) 當長白山軌道交通工程基礎設計深度在不進入玄武巖孔洞裂隙水含水層時，不會阻滯玄武巖孔洞裂隙水徑流；當基礎設計深度進入玄武巖孔洞裂隙水含水層而不進入主要富水帶時，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生一定阻滯作用；當基礎設計深度進入玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶時，對玄武巖孔洞裂隙水徑流會產生較大阻滯作用，對下游方向礦泉水水源地泉流量會產生較大影響。

(3) 長白山軌道交通工程基礎設計深度應根據(jù)玄武巖孔洞裂隙水，尤其是玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶的分布與埋藏情況進行確定，應優(yōu)先設計不進入玄武巖孔洞裂隙水的基礎深度，當不滿足設計要求時，次選設計進入玄武巖孔洞裂隙水含水層而不進入玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶的基礎深度。

(4) 當長白山軌道交通工程基礎設計深度需進入或穿過玄武巖孔洞裂隙水主要富水帶時，則必須要在擬建工程施工前開展詳細的水文地質勘查評價工作，定量評價擬建工程對玄武巖孔洞裂隙水賦存與循環(huán)條件的影響程度。