隧道建设对地下水环境影响及对策措施

耿宝 王磊 王娟 刘冰 高秀花

（1.中国石油安全环保技术研究院；2.青岛中油华东院安全环保有限公司）

隧道建设对地下水环境影响及对策措施

耿宝1王磊2王娟1刘冰1高秀花1

（1.中国石油安全环保技术研究院；2.青岛中油华东院安全环保有限公司）

隧道建设相当于在地下增加一条新的地下水排泄通道。隧道排放的施工涌水如果不加控制，将会造成区域地下水水位下降，使得影响半径范围内地下水露头减少，井泉、溪流水量等不同程度的减小或消失，从而影响当地居民的生活和生产用水。文章以五陂石隧道为例，根据隧址区地质构造、地层岩性及其水文地质条件，通过对隧址区涌水量计算，定量分析隧道建设对地下水环境的影响。分析得出，隧道建设在一定程度上改变隧址区原有的地下水径流及排泄条件，涌出的地下水以地表径流形式流失和浪费，使地下水系统失去平衡。最后，提出保护地下水环境的对策和措施。

隧道建设；地下水；环境影响；对策措施

0 引 言

隧道建设将不同程度地破坏隧址区的地质结构，新增裂隙或使裂隙增大，使地下水水动力条件发生局部改变，可能出现突涌水现象，造成地下水疏干、井泉干枯、地表蓄水量减少等灾害，影响周围居民生活用水和生产用水。近年来，对于隧道施工中涌水问题研究较多［1-5］，而对于隧道建设对地下水环境的影响研究还不够。本文将结合某输气管道穿越的五陂石隧道实例，通过收集资料和现场勘查，分析隧道建设对周边地下水环境的综合影响，从而为保护地下水环境提出相应的对策措施。

1 工程概况

五陂石隧道位于江西省萍乡市白竺乡，属于山岭隧道，隧道长1 500 m，采用直墙圆弧拱形断面，断面尺寸为3.2 m×3.2 m。隧址区属构造剥蚀中低山地貌，山脊线不明显，山体呈近南北向展布，山顶高程约703 m，沟底高程约486 m，高差达217 m。山顶较平缓，山体西侧坡度相对较平缓，坡度30～40°，东侧坡度较陡，约40～50°，隧道走向110°。区内沟谷发育，呈树枝状，谷地呈“U”型，宽度10～30 m，主要呈北西向。隧道进口位于山口村东侧斜坡，隧道出口位于柘村西侧斜脚。隧道进口北侧约40 m处有一走向为300°沟谷，沟谷中发育一条近溪流，溪流量为800 L／min，该溪水为进口附近山口村居民生活用水；隧道出口南侧下方沟谷中发育一条溪流，溪流流量约4 000 L／min，该溪水为出口附近柘村居民生活用水。

2 隧址区地质条件特征

2.1 地质构造

隧址区所在位置区域构造四级构造单元属于“武功山～玉华山隆断束”。隧址区基底褶皱强烈发育，为一轴向北东—北东东向的倒转复式背斜（武功山复背斜），武功山复背斜由神山群和震旦系组成，翼部为寒武系。隧址区位于武功山复背斜东段北翼倾没段，地层表现为单斜，正常倾向300～330°，倾角25～45°，受断裂构造影响，局部岩层倾向为200～260°，倾角50～60°，隧址区里程K0＋920 m－K1＋020发育一条压扭性断裂F1，断层倾向西北，破碎带宽约100 m，该断裂与隧道呈大角度相交，其围岩破碎富水。

隧道沿线岩体节理较发育，主要发育有7组节理裂隙，节理贯通性均一般。节理1：倾向305°，倾角75～80°，节理密度1～3条／m，裂隙面平直，闭合，可见延伸长度约1 m；节理2：倾向265～275°，倾角54～55°，节理密度1～2.5条／m，裂隙面较平直，微张，可见延伸长度0.5～2.0 m；节理3：倾向235～240°，倾角53～54°，节理密度1条／m，裂隙面较平直，微张，节理贯通性一般，可见延伸长度0.5～2.0 m；节理4：倾向210°，倾角73°，节理密度约0.5条／m，裂隙面平直，闭合，节理贯通性一般，可见延伸长度1.5 m；节理5：倾向95～115°，倾角69～84°，节理密度约1～3条／m，裂隙面平直，闭合，节理贯通性一般，可见延伸长度0.5～2 m；节理6：倾向30～54°，倾角68～90°，节理密度1条／m，裂隙面平直，闭合，节理贯通性一般，可见延伸长度约0.5～1.5 m；节理7：倾向5～6°，倾角41～75°，节理密度1条／m，裂隙面平直，闭合，节理贯通性一般，可见延伸长度约2～3 m。隧址区节理发育程度受区域构造影响，主导走向120～144°与隧道轴线（走向110°）方向呈小角度相交。

2.2 地层岩性

根据工程地质测绘及钻探揭示，隧址区分布的地层岩性相对比较简单，表层主要为第四系全新统残坡积层（Q4el＋dl）粉质黏土、碎石土、下伏基岩为元古界震旦亚界冷家溪群（Zln）变质砂岩。

3 隧址区水文地质特征

3.1 含水岩组与地下水类型

隧址区地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水。

◆第四系松散岩类孔隙潜水

第四系松散岩类孔隙潜水主要埋藏于隧道进出口、山间谷地及山坡表层土层内。土层厚度分布不均，以碎石土为主，局部夹块石及粉质黏土，透水性中等，富水程度较好；地下水位埋深随地形起伏，山顶无水，斜坡深埋，山麓浅埋～出露。

◆基岩裂隙水

隧址区基岩主要为变质砂岩，受构造影响，基岩裂隙较发育，表层全风化、强风化层较厚，风化裂隙发育，岩层透水性较好，与表层碎石土水力联系强，往往能形成混合潜水面，富水程度较好。中风化层岩石完整性相对较好，渗透性弱，富水程度差，受断裂隙构造影响，局部可形成富水带。地下水位埋深亦随地形起伏，山顶及斜坡深埋，坡麓浅埋。潜水面随地形起伏，水位随季节变化。

3.2 地下水补给、径流和排泄

隧址区地下水的补给主要来自大气降雨渗入补给和冲沟地表水体渗入补给。地下水在重力作用下，由高处向低处运动，形成地下水径流。人工开采是其主要排泄方式。

第四系松散岩类孔隙潜水主要接受大气降水下渗补给，局部受基岩裂隙水侧向补给，地下水受降雨影响明显，旱季含水量很小或无水。同时斜坡坡度较陡，大气降水一部分沿坡面向下排泄，一部分下渗至下伏的基岩中，径流途径短，坡麓沟谷地带地下水浅埋，同时受下伏基岩裂隙水补给，隧道进出口均发育长期性溪流；基岩裂隙水主要接受上部第四系孔隙水补给，在裂隙通道、破碎带内径流，由高处向低处径流排泄。

4 隧道施工对地下水的影响分析

隧道建设对地下水的影响主要是由于施工过程中可能会有大量地下水涌出，改变地下水流场，破坏地下水系统平衡。区域内地下水系统平衡可以表示为［6］：

式中，Qa为大气降水渗入补给量，m3／d；Qb为区域内、外地表水补给量，m3／d；Qc为区域外地下水补给量，m3／d；Qj为地下水径流量，m3／d；Qf为地下水储存变化量，m3／d。

隧址区地下水的补给来源主要有3个方面：大气降水，区域内、外地表水的输入和区域外地下水输入。

隧址区围岩岩性主要为变质砂岩，围岩节理、裂隙较发育，岩层透水性较好，发育有7组节理裂隙，在K0＋920-K1＋020段发育一条压扭性断裂F1，断层倾向西北，破碎带宽约100 m。施工过程中遇到风化裂隙带和破碎带，隧道开挖将形成地下水的人工排泄边界，隧道附近水力梯度加大，对结构面的潜蚀作用变强，最后导致裂隙开度增大［7］，可能出现突然涌水或涌沙现象，对地下水影响较大。

根据《铁路工程水文地质勘察规程》，采用综合评分法预测隧道最大涌水量和正常涌水量。该方法综合考虑了地表环境特征、岩石性质、地质构造特征（地表裂隙、断裂等发育程度）、气候特征、隧道防水措施、隧道最大埋深、隧道长度等多种因素，在我国铁路隧道涌水量预算方面有一定理论和实践的基础。涌水量计算公式如下。

单位长度最大涌水量：

单位长度正常涌水量经验公式：

最大涌水量：

正常涌水量：

式中，q0为隧道通过含水体区段的单位长度最大涌水量，m3／（m·d）；qs为隧道通过含水体区段的单位长度正常涌水量，m3／（m·d）；K为含水层渗透系数，m／d；H为静止水位至洞室底板的距离，m；Q0为隧道通过含水体区段的最大涌水量，m3／d；Qs为隧道通过含水体区段的正常涌水量，m3／d；L为隧道长度，m。

隧址区分段涌水量计算参数及其结果见表1。

表1 隧道穿越不同区段涌水量计算参数及其结果

由表1计算结果可知，隧道最大涌水量为16 643 m3／d，正常涌水量为5 394 m3／d，涌出的地下水以地表径流形式流失和浪费，使地下水系统失去平衡。

隧道建设在一定程度上改变隧址区原有的地下水径流及排泄条件，形成新的地下水排泄通道，在其影响范围内可能会使隧道进、出口附近渗水井的水量减少甚至断流，对地下水影响较大，从而影响隧道进口附近山口村和出口附近柘村居民生活用水。因此，隧道施工前，必须查明隧址区的地质构造及水文地质条件。

5 地下水保护措施

为了保护地下水资源，根据隧址区地质、构造、水文地质条件以及隧道开挖对地下水的影响，五陂石隧道施工时，应采取以下保护措施：

◆隧道穿越地区地下水保护的总体原则为“以堵为主、控制排放、因地制宜、综合治理”。施工前应进行详细的地质和水文地质条件勘查，查明隧址区岩性结构及其富水性，重点关注隧址区的构造节理及破碎带的富水性。

◆施工前，加强工程地质测绘、钻探、物探等勘察工作。特别是对物探揭示的断层破碎带，进一步查明其性质，如果是导水断层，采取注浆堵水、衬砌防水层等探、堵、防水措施。

◆施工前，查清隧道与其周围井、泉、山涧溪流关系，制定详细、可靠的隧道施工防（治）水方案和应急措施，确保导（充）水断裂破碎带和地下水侵蚀性较强地段堵（治）水措施的有效性。

◆隧址区变质砂岩裂隙较发育，有7组节理裂隙和1条压扭性断裂F1。在岩石破碎带和裂隙密集带，岩体渗透系数将增大，透水性较好。施工前做好地下水预探，加强地质预报，超前长距离探水，提前割断水源，及时实施超前钻孔注浆止水和小导管注浆止水，避免突涌水现象发生，减少地下水的流失。不良地质条件下的隧道施工，可以采取以深孔全断面帷幕注浆防水为主的堵水措施［8］。◆施工过程中，对涌水段采用格栅钢架支护，防止冒顶，并必须做到边开挖，边进行锚喷支护和二次衬砌的施工。

◆施工及运行期间，对隧道进、出口附近的溪水进行监测，及时了解隧道建设对地下水及当地居民用水的影响程度。

［1］ 陈先国，罗春雨，祁海军.五指山特长隧道特大涌突水坍方处理的泄水方案［J］.公路，2008（4）：217-221.

［2］ 郭泽刚.浅谈隧道防排水设计与施工技术［J］.山西建筑，2009，35（33）：333-334.

［3］ 刘欣超.大梁山隧道涌水分析及治理措施［J］.山西建筑，2014，40（8）：227-228.

［4］ 钟德军.隧道穿越断层破碎带施工技术［J］.山西建筑，2008，34（26）：312-313.

［5］ 梁峰.地下水对山岭隧道施工的影响及防治措施研究［D］.重庆：重庆大学，2007.

［6］ 章健华，李开龙.城市明挖隧道工程对地下水环境的影响分析［J］.现代城市轨道交通，2013（6）：40-43.

［7］ 杨长健.雪峰山隧道涌水规律与特征分析［J］.西部交通科技，2013（6）：14-15.

［8］ 汪海滨.山岭隧道地下水规律及防治方法研究［D］.成都：西南交通大学，2002.

1005-3158（2014）05-0039-03

2014-06-18）

（编辑 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.05.014

耿宝，2004年毕业于太原科技大学环境工程专业，现在中国石油安全环保技术研究院从事环境影响评价工作。通信地址：北京市昌平区沙河镇中国石油创新基地A座，102206