隧道建设对地下水环境影响的三维数值模拟

唐晓翠+曹聪+孙一博

摘 要：以轻轨一号线缙云山隧道为例，在充分了解、掌握隧址区水文地质条件的基础上，选用VISUAL MODFLOW软件，采用三维数值模拟方法，模拟了隧址区的水文条件，并在此基础上，计算了隧道在排水条件下对地下水的疏干情况。

关键词：隧道；水文地质条件；三维数值模拟；地下水

中图分类号：U452.1+1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.069

1 工程概况

拟建轨道一号线延至璧山段缙云山隧道设计为单洞双线隧道，隧道净空宽9.60 m，净空高7.00 m，最大埋深约为220m，进、出洞口高程为309.10 （进口）～309.60 m（出口），纵坡为人字坡。

2 基础地质特征

2.1 地形地貌

遂址区位于构造侵蚀、溶蚀低山地貌单元，隧址区地面高程一般为300～600 m，呈一山多岭的形式，最高点高程为690 m，最低标高为290 m，相对高差为400 m。

2.2 地层岩性

2.3 地质构造

隧址区主要受温塘峡背斜控制，该背斜为狭长形不对称的梳状背斜，大致向NNE～NNW延伸，长60 km。背斜东翼岩层的倾向为95～160°，倾角为10～80°；背斜西翼岩层的倾向为271～340°，倾角为20～83°。

2.4 岩溶地质

隧址区岩溶主要发育于三叠系下统嘉陵江组（T1j）和中统雷口坡组（T2l），地层以薄、中厚层状灰岩、盐溶角砾岩和白云岩为主，受地形地貌和地质构造的影响明显。

2.5 含水岩组的划分和富水性

3 隧道对地下水影响的三维数值模拟

3.1 方法的选择和模型概化

本次数学模拟计算采用美国地质调查局（United States Geological Survey）开发的VISUAL MODFLOW软件。模拟选取模型底板的高程为0 m，并按照50 m的网格剖分。模拟南、北向的长度为7 200 m，共144个单元；东、西的向长度为5 400 m，共108个单元，包含各个隧道的进、出口。模型中各地层的渗透性K参考了已有成果报告，如表1所示，降雨量采取区域内的年均降雨量（1 082 mm），并按照平面上出露的岩性分布和地表地形分区赋值。

3.2 隧址区现状模拟（天然条件）

隧址区内已有璧山大学隧道和成渝复线隧道，据《重庆市轨道一号线延至璧山段缙云山隧道专项水文地质调查报告》，平水期两条隧道的总排水量分别为10 371 m3/d和4 754 m3/d。因此，模拟的天然条件必须同时满足以下条件：①模型中计算出的已有隧道的排水量与实际调查的排水量较为接近；②模拟出的无水单元与实际调查确定的地下水影响范围较为一致。

模型运行至径流场达到稳定状态，且模拟出的两槽谷内地下水疏干单元范围与实际的影响范围较为符合时，即可将此视为隧址区的现状条件，如图2所示，即璧山大学城隧道和成渝复线隧道修建后隧址区内地下水的现状。模型在此基础上加入了拟建缙云山隧道，并进行了各种工况的模拟。

3.3 隧道排水条件模拟

在模型计算365 d后，隧道对地下水的疏干范围进一步扩大，如图3所示；在模型计算1 825 d后，隧道对地下水的疏干范围如4所示。

由图3和图4可见，拟建缙云山隧道的研究使该区地下水在原有地下水疏干范围的基础上进一步扩大，但随着时间的推进，疏干范围并没有扩大。

4 结束语

综上所述，隧道开挖将形成较大的集水廊道，并会造成隧道上部较大范围内的水源枯竭（主要为水天池、劳动水库）。该隧道运行5年后，疏干范围的扩大会减缓，地下水位降深也会变缓。

〔编辑：张思楠〕