李崢

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西西安 710043)

隨著隧道施工技術(shù)的不斷進步，處理地下水災(zāi)害能力的提高，突水事故的敏感程度逐漸降低。隧道建設(shè)所關(guān)注的焦點逐漸從地下水對隧道的危害轉(zhuǎn)變?yōu)樗淼澜ㄔO(shè)對地下水的影響。對地下水位的影響因素主要包括地表水體、降水等水文因素;地下水位的埋深和土壤巖性的非飽和帶特性;含水層的巖性和邊界條件的飽和帶特性;地形地貌和土地利用的地表特征和人工開采的人類活動因素。其中最重要的制約因素是氣候因素和人為因素［1－2］。而隧道建設(shè)對地下水環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在對地下水水位和徑流方面的影響。因此分析研究其影響程度并探索防治措施就凸顯重要。

本文以杜家山鐵路隧道工程為例，通過分析研究隧道施工對水位、徑流以及居民飲水的影響，以期為工程建設(shè)中對地下水環(huán)境的影響防治提出一管之見。

1 工程概況

杜家山隧道位于南秦嶺旬陽縣甘溪鄉(xiāng)與安康市早陽鄉(xiāng)交界的分水嶺地帶，隧道橫穿南秦嶺山脈，北起旬陽縣甘溪鄉(xiāng)紅花坪村附近梁家灣，南抵安康市漢濱區(qū)早陽鄉(xiāng)東灣村。隧道全長14.28 km。最大埋深約760 m。隧道采用進、出口+斜井工作面輔助正洞施工。共設(shè)斜井4處，斜井總長3 461.63 m。施工總工期為42個月。

2 地下水環(huán)境概況

杜家山隧道進口位于旬河支流麻坪河河谷區(qū)，出口位于漢江支流丁家河河谷區(qū)，洞身穿越南秦嶺低中山區(qū)。隧址區(qū)溝谷發(fā)育，溝谷多與山脊大致直交，呈樹枝狀分布。溝谷切割較深，斷面呈“V”字形，分布有麻坪河、向家溝、紙房溝、丁家河等大小河流、溝谷終年流水不斷，地表水發(fā)育，為地下水的形成創(chuàng)造了良好的外部條件。隧道通過區(qū)的泥盆系灰?guī)r、灰?guī)r夾千枚巖地層以及二郎山背斜、宋家埡斷層、杜家山斷層，為地下水的形成創(chuàng)造了良好的內(nèi)部條件。

區(qū)域大氣降水充沛，年平均降水量為772.5～872.4 mm，植被茂密，地表水豐盈，水土流失微弱，有利于降水的垂直入滲，為地下水的補給提供了較豐富的補給來源。區(qū)域內(nèi)地下水的形成以大氣降水、地表水體的入滲為主，由于巖性的差異，地下水沒有統(tǒng)一的自由水面，地下水分水嶺與地表分水嶺基本一致。地下水以界嶺為分水嶺，隧道進口段，地表水及地下水均由南向北流動，最后匯入麻坪河;隧道出口段，地表水及地下水均由北向南流動，最后匯入漢江。

隧道區(qū)地下水的主要排泄方式是地下徑流。降水后部分降水以地表徑流形式，由分水嶺向兩側(cè)溝谷匯集排泄，部分降水下滲后在構(gòu)造裂隙中儲存或運移，并向分水嶺兩側(cè)就近的溝谷排泄，在溝谷中遇斷裂或節(jié)理、裂隙的有利地段，則以泉的形式流出地表，也有部分地下水徑流下滲參與深循環(huán)，補給深部巖溶水或承壓水。

3 工程實施對地下水量、水位的影響分析

3.1 隧道涌水量預(yù)測

杜家山隧道長14.28 km，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，為了取得合理的隧道涌水量值，采用了地下水動力學(xué)法和降水入滲法預(yù)測隧道的正常涌水量和最大涌水量［3－4］。本次預(yù)測的隧道涌水量是在假定完全開挖且沒有采取封堵等措施前提下計算的。涌水量預(yù)測結(jié)果見表1。

表1 隧道涌水量預(yù)測結(jié)果表

3.2 地下水降深結(jié)果分析

根據(jù)抽水孔水位下降資料，經(jīng)計算，地下水降深如下:

圖1 地下水環(huán)境降深對比圖

如圖1所示，杜家山隧道區(qū)域各巖層地下水降深在29～90 m之間。其中，灰?guī)r的降深最大，依次是灰?guī)r夾千枚巖、片巖夾千枚巖降深、灰?guī)r夾千枚巖斷層褶皺、淺埋片巖和千枚巖夾灰?guī)r，最小的是片巖。

3.3 地下水影響半徑結(jié)果分析

(1)影響半徑R的預(yù)測公式［5］

式中:R—降水影響半徑(m);

S—降水深度(m);

H—水頭高度(m);

K—滲透系數(shù)(m/d)。

(2)地下水影響半徑計算結(jié)果

如圖2所示，地下水影響半徑在167～292 m范圍內(nèi)。其中，地下水影響半徑最大的是在灰?guī)r夾千枚巖、片巖夾千枚巖，其影響半徑為292 m。而地下水影響半徑最小的是在千枚巖夾灰?guī)r，其影響半徑是167 m。影響半徑越大對地下水量的影響就越大，其影響范圍就越廣，從而對地下水位的影響就越大。

圖2 地下水環(huán)境影響半徑對比圖

4 地下水徑流影響預(yù)測分析

隧道施工對區(qū)域地下水環(huán)境的影響主要是通過改變賦存地下水的地質(zhì)環(huán)境從而改變影響范圍內(nèi)地下水天然補徑排條件，使地下水以隧道為中心構(gòu)成新的匯勢，在隧道排水影響范圍內(nèi)形成新的地下水循環(huán)系統(tǒng)，進而改變影響區(qū)地下水的分布格局［6－7］。

經(jīng)預(yù)測，杜家山隧道涌水量約44 436 m3/d，隧道兩側(cè)平均影響半徑為167～292 m，隧道附近的地表河流僅有張家河在影響半徑范圍內(nèi)，且日流量為180 m3，占地表總流量的0.7%，對整個水平衡不會造成太大影響。另外，隧道的斷面尺寸有限，對于山體中的地下水分布、流場的影響也是暫時的和有限的。同時，由于隧道區(qū)降雨較豐沛，降雨過后的地表徑流增加明顯。隧道排水排出的地下水也是降水入滲的一部分，施工排水將地下水直接排入到鄰近的溝谷，對地表水資源的流失和水資源總量影響不大。

因此，杜家山隧道施工在有較大的斷層分布地段對地下水流場有一定的影響，在經(jīng)過有效的地下水防漏措施防治后，隧道施工對地下水流場基本無影響。

5 對居民生活飲水的影響

隧道頂部村民飲水主要為泉水和溝流水，其用水量很小，且在隧道通過區(qū)域內(nèi)，大氣降水比較頻繁，地下水在接受大氣降水補給后，在地下水強徑流帶中徑流，大部分沿溝谷以泉水或線狀形式向溝谷排泄，補給地表水，供給當(dāng)?shù)卮迕裆钚枰瑯O少部分繼續(xù)下滲，補給深部弱循環(huán)帶地下水，成為隧道涌水的主要地下水補給源［8］。

隧道頂部飲用泉水和溝流水的村莊段隧道埋深在90～750m，其中位于大部分地下水弱徑流帶中，隧道對影響半徑內(nèi)的李家埡、馮巖、張家河、劉家灣村莊飲用水可能產(chǎn)生影響，需要通過工程措施進行防護并采取監(jiān)控措施，對其他村基本無影響。

6 保護措施

(1)對隧道通過斷層帶、灰?guī)r與千枚巖接觸帶發(fā)生突然涌水的可能性很大，施工時應(yīng)加強綜合超前地質(zhì)預(yù)報，探明掌子面及隧底前方地質(zhì)條件，以便采取有效的施工措施，避免施工中突發(fā)涌水。

(2)為防止隧道開挖過程中出現(xiàn)高壓涌水，施工中要貫徹“堵水防漏”原則，做到“先探水、預(yù)注漿、后開挖、補注漿、再襯砌”施工工序。對于探水孔涌水量＞10 m3/h，采取帷幕注漿;對于涌水量雖＜10 m3/h，但別個單孔出水量＞2 m3/h時，對這些探孔進行局部注漿，對開挖后有水則進行頂水注漿。

(3)施工中加強支護，做到邊掘進邊襯砌，在初期襯砌后及時鋪設(shè)防水板，防水板鋪設(shè)采用無釘鋪設(shè)工藝。并進行二次復(fù)合式襯砌;在水平施工縫或環(huán)形施工縫使用橡膠止水帶止水工藝。

(4)對隧道通過泉水流經(jīng)的斷層帶與各巖石的地方，施工時應(yīng)采取避讓或引流措施以保證泉水的正常流通，此外對地下涌水也要控制以防止地下水位下降嚴重而導(dǎo)致泉水的斷流。

(5)隧道掘進施工前在進一步調(diào)查基礎(chǔ)上，在斷裂帶兩側(cè)選擇有代表意義的泉水進行流量監(jiān)測，掌握其動態(tài)變化規(guī)律，便于流量對比。監(jiān)測項目主要包括水位、流量、水溫、降雨量等指標(biāo)。應(yīng)進行長期觀測，并在施工進入該區(qū)段時，采用自動監(jiān)測設(shè)備，每日多次取樣監(jiān)測。

(6)建立地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)，與環(huán)境管理系統(tǒng)相聯(lián)系。

6 結(jié)論

(1)杜家山隧道施工正常涌水量為44 436 m3/d。如不采取一些防滲、排導(dǎo)措施，必然會對巖層附近地下水量造成一定的影響，地下水位也會隨著地下水量的減少而下降。隧道影響半徑為167～292 m。隧道施工在有較大的斷層分布地段對地下水流場有一定的影響，在經(jīng)過有效的地下水防漏措施防治后，隧道施工對地下水流場基本無影響。隧道對影響半徑內(nèi)的村莊飲用水可能產(chǎn)生影響，需要通過工程措施進行防護，其他村基本無影響。

(2)根據(jù)杜家山隧道可能對地下水水位和徑流造成的影響分析提出進行超前地質(zhì)預(yù)報、采用帷幕注漿、鋪設(shè)防水板、止水帶等施工技術(shù)、進行地下水監(jiān)測、加強施工期管理、制定預(yù)案等保護措施。

［1］楊耀棟，李曉華，王蘭化，等．天津平原區(qū)地下水位動態(tài)特征與影響因素分析［J］．地質(zhì)調(diào)查與研究，2011，34(4):313－320．

［2］張文化，魏曉妹，李彥剛．氣候變化與人類活動對石羊河流域地下水動態(tài)變化的影響［J］．水土保持研究，2009，16(1):183－187．

［3］毛建安．山嶺地區(qū)隧道涌水量預(yù)測計算方法的應(yīng)用分析［J］．鐵道工程學(xué)報，2011(12):74 －79．

［4］楊超．隧道涌水量預(yù)測計算方法探討［J］．科技與企業(yè)，2013(7):172－175．

［5］孫載加，劉忠仁．開挖過程中出現(xiàn)的地下水位下降的影響半徑［J］．黑龍江水利科技，1992(4):61－63．

［6］周宗青，李術(shù)才，李利平，等．特長深埋隧道基巖裂隙水探測與應(yīng)用研究［J］．地下空間與工程學(xué)報，2012，8(1):99－104．

［7］劉宇偉，金棟梁．山丘區(qū)地下水資源評價方法綜述［J］．水資源研究，2004，25(1):6 －11．

［8］李澤龍．隧道地下水環(huán)境保護技術(shù)［J］．四川建筑，2012，32(3):84－86．