碎屑巖地區(qū)隧洞施工對環(huán)境水文地質(zhì)的影響

邢偉東

摘 要：本文針對某碎屑巖地區(qū)在建的隧洞施工所產(chǎn)生的對環(huán)境水文地質(zhì)的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析，具體闡述了在如今建設(shè)生態(tài)文明的趨勢下，指出了我們在搞基礎(chǔ)建設(shè)的同時，如何降低對施工地點(diǎn)周圍的環(huán)境水文的破壞，協(xié)調(diào)好施工、環(huán)境、水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，這將是我們工程建設(shè)者必須面對，并將要長期遵守的法則。

關(guān)鍵詞：碎屑巖地區(qū);隧洞施工;環(huán)境水文地質(zhì);影響

1工程概況

某碎屑巖地區(qū)一條7#隧洞，隧洞全長43km，其中有33km正處于碎屑巖地區(qū)，該段正處于寧靜向斜侵蝕中低部山區(qū)，該段地勢呈現(xiàn)出東南和西北兩端較高，中間較低，基巖裸露，呈現(xiàn)出正V字型地勢。正常時節(jié)少雨，夏季雨季多發(fā)時節(jié)則常有洪水流經(jīng)。工程區(qū)域中要較多的河流水系，且有尚在發(fā)育的高山湖泊，地形總體呈現(xiàn)出N狀。

該地區(qū)的寧靜向斜地勢，展布在兩座高山之間，從東北—西南45°傾斜，底層主要以碎屑巖為主，邊緣混雜少量的碳酸鹽巖層。寧靜向斜碎屑巖分布正處于兩條河流的分水嶺地帶，該地區(qū)的水源補(bǔ)給主要來源于自然降水和地表滲水，地下河流主要有兩種類型，一種是松散巖類孔隙水，另外一種則是碎屑巖類裂隙水。前者主要以潛水型蘊(yùn)藏在第四系河域中，后者主要是裂隙水蘊(yùn)藏在砂巖中。

2碎屑巖地區(qū)的水文地質(zhì)特征

2.1具有典型的多層水系系統(tǒng)

該7#隧洞的施工橫穿從石炭系開始到侏羅系為止，總厚度高達(dá)2km的碎屑巖地層，該地層巖層構(gòu)成主要有：砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖、泥質(zhì)砂巖等。每種巖層呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)，砂巖和粉砂巖特點(diǎn)是比較堅(jiān)硬，呈現(xiàn)出裂隙發(fā)育，巖隙間構(gòu)成了含水層;泥巖和頁巖的特點(diǎn)是比較軟弱，裂隙發(fā)育不突出，比較容易構(gòu)成層間隔水層。砂巖和泥巖相間分布，則導(dǎo)致了含水層與隔水層相間分布，因此形成了這種巖層特點(diǎn)使得各個巖層含水力聯(lián)系薄弱，在沒有外力破壞的前提下，呈現(xiàn)出典型的多層含水系統(tǒng)。各個含水層含水量不同，富水性不同，水質(zhì)也有很大的差別，因此水位的補(bǔ)給、排水、流徑也各不相同。

2.2地下水補(bǔ)水、流徑、排水的特點(diǎn)

在隧洞正式施工之前，在天然降水與地表水滲透的作用下，碎屑巖的含水層得到了大量水補(bǔ)給，然后順著各個含水層呈現(xiàn)縱向和橫向的運(yùn)動，在水文地質(zhì)較好的山坡上，在兩山坡之間的溝谷中主要以小泉水的形式向外排水，每個巖層的砂巖外露處都有泉眼流水，但是每個泉眼流量相對較小。流量僅為0.01L/s的小泉眼廣泛出露，則充分的說明了該地區(qū)的碎屑巖地下水位的水勢較高，更進(jìn)一步說明了每個巖層之間的水力聯(lián)系相對較弱，互相補(bǔ)給和徑流的條件幾乎不存在。但是，從另一個角度來看，廣泛分布的小泉眼則為地面的生態(tài)保護(hù)起到了關(guān)鍵性的作用。

2.3構(gòu)造帶的富水特征

該地區(qū)中的斷層對碎屑巖岑有一定的切割作用，隨著巖層的運(yùn)用，使得斷層成為了連接各個巖層含水層的良好通道，使得各個巖層之間的含水層聯(lián)系有所加強(qiáng)，含水層之間的補(bǔ)水明顯。斷層發(fā)育地區(qū)的巖體受到斷層的影響，巖體破碎，巖層裂隙逐漸增大，從而形成了較為含水量較高的斷層富水帶。由于斷層的存在，富水帶中水位的典型特點(diǎn)是具有一定同一性，但是又由于每層水質(zhì)不同，富水帶中的水質(zhì)呈現(xiàn)混雜性。

2.4水質(zhì)的化學(xué)特征

經(jīng)過檢測該碎屑巖地區(qū)的侏羅系地下水主要以碳酸質(zhì)的Ca、Mg為主的礦物質(zhì)水，水質(zhì)的礦化度平均值小于0.5g/L，水質(zhì)呈現(xiàn)弱堿性，pH值為7.4-8，巖層水溫平均為6-8℃。石炭系地下水層主要以硫酸質(zhì)的Ca、Mg礦物質(zhì)水為主，有些地區(qū)的硫酸根濃度高達(dá)1500mg/L，水質(zhì)呈現(xiàn)中強(qiáng)酸性，pH值平均值為6.5。通過借助氫氧同位素測試之后，我們可以得出一個結(jié)論，該地區(qū)的碎屑巖裂隙水的補(bǔ)給幾乎都是來自于自然降水，降水補(bǔ)給的高度最高可達(dá)到2km。

3隧洞施工對碎屑巖地區(qū)的環(huán)境水文地質(zhì)影響

7#隧洞施工一共架設(shè)3條斜井支洞，這3條斜井支洞主要作用是作為輔助和檢修過程使用。該隧道正處于地下水上方，主洞和斜洞都經(jīng)過多層含水層和隔水層，最重要的是橫穿斷層帶。本隧洞一共分為三個階段，施工時常發(fā)涌水和塌方，施工難度非常大。由于施工期間需要長期的向洞外排水，使得該區(qū)域的地下水明顯下降，造成了隧洞周圍的居民飲用水井干涸等水文問題。

3.1前段至19km處

在隧洞施工之前，經(jīng)過了詳細(xì)的野外勘探，對地下水進(jìn)行了為期3個月的觀測表明，該施工段的前半段水位下降超過了120m，后半段水位下降在20-85m之間，較遠(yuǎn)距離的水位幾乎沒有影響。通過勘察，我們可以看出該段的碎屑巖區(qū)域的地下水經(jīng)過長時間排水之后形成了不對稱降落性漏斗，中心水位下降最高度高達(dá)146m。降落漏斗邊緣直徑長度達(dá)到了6km，漏斗呈現(xiàn)橫向發(fā)展。

造成這種情況的原因是因?yàn)楸径嗡矶丛诘刭|(zhì)構(gòu)造上正向處于山丘隆塊坳的接觸帶，因此本段的典型特點(diǎn)是斷裂構(gòu)造非常發(fā)達(dá)，巖石呈現(xiàn)高度破碎狀態(tài)。這些斷層帶呈現(xiàn)出幾近橫向的張性斷層，斷層帶非常豐富，這些斷層帶幾乎切斷了多層含水層和隔水層。經(jīng)過對勘查資料的研究顯示，在施工時從鉆孔涌出大量的地下水，出水頭高出隧洞的高度可達(dá)到100m。

在隧洞及其支洞的施工過程中，隧洞中出現(xiàn)多處涌水出口，涌水形態(tài)多以股狀、線狀、滴滲狀為主，經(jīng)過計(jì)算洞中涌水量最多可達(dá)到1300m3/d。由于碎屑巖隧洞在地層構(gòu)造方面非常復(fù)雜，斷層帶高度發(fā)達(dá)，多巖層破碎，加上地勢呈現(xiàn)陡峭狀，裂隙發(fā)育較為豐富，在施工過程中破壞了巖層隔水層的隔水作用，導(dǎo)致原有的巖層含水系統(tǒng)遭到破壞，水位下降嚴(yán)重，呈現(xiàn)V字形。

3.2分水嶺區(qū)段

在隧洞施工之前，經(jīng)過了詳細(xì)的野外勘探，對地下水進(jìn)行了為期3個月的觀測表明，分水嶺區(qū)段在長時間排水之后水位下降50m左右，同樣形成了降落性漏斗，周圍居民用水井個別會出現(xiàn)干涸，分水嶺區(qū)段地下水位基本上保持了原始水位。

本分水嶺段正向處于寧靜向斜西北冀，本階段的隧洞走向沿著地層走向前進(jìn)行掘進(jìn)。本段隧洞地層較為平緩，大斷裂帶基本沒有，巖層構(gòu)造較為單一，隧洞主要在三疊系巖層中穿過，隧洞走向與地層的走向基本上保持平行狀態(tài)，沒有對巖層產(chǎn)生縱向的破壞，這樣基本上本層的含水層沒有發(fā)生過破壞，水位基本保持原有水位。隧洞在施工時，洞內(nèi)的涌水點(diǎn)較少，出水量也較少。

3.3分水嶺至隧洞尾部

分水嶺到隧洞尾部這區(qū)段施工時，經(jīng)過勘查同樣出現(xiàn)了降落性漏斗，南北長度為11.2km，東西寬1.56km。本段接近隧洞的尾部，與該段的地層走向呈現(xiàn)出了銳角相交的形狀。隧洞縱穿三疊系和侏羅系巖層，但是由于本段的斷層較少，基本上保持了含水層原有的特點(diǎn)，每層巖層的含水層富水性存在較大的差異性，下部分的地下水承載較大的壓力。在隧洞施工過程中，由于下層含水層承受較大的承壓，使得洞內(nèi)出現(xiàn)了較多的小涌水點(diǎn)。但是由于該段的斷層較少，使得對上層的含水層幾乎沒有產(chǎn)生影響，幾乎保持著原有的地下水位，地表泉水和居民用水井基本上沒有完全干涸。

總結(jié)：

本工程隧洞所處于的地理巖層較為復(fù)雜，在自然狀態(tài)下，巖層的隔水層和含水層較為豐富，地下水位普遍較高，加上眾多的斷裂帶影響，在施工過程中隧洞內(nèi)會出現(xiàn)或多或少的涌水點(diǎn) ，導(dǎo)致地下水為下降，使得周圍居民用水井出現(xiàn)干涸現(xiàn)象。所以，我們在施工過程中應(yīng)該對地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)勘查，根據(jù)地下水層的特點(diǎn)來確實(shí)施工方案，盡量的降低施工工程對周圍環(huán)境、水文、地質(zhì)的影響，協(xié)調(diào)好自然環(huán)境與工程施工之間的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟杰.碎屑巖地區(qū)隧洞施工對環(huán)境水文地質(zhì)的影響分析[J].水力水電工程設(shè)計(jì)，2015，22（4）：28-30.