山区富水公路隧道涌水对周围水环境的影响分析

郭晓亮，黄龙

（中交第二航务工程局有限公司第五工程分公司，武汉430000）

1 工程概况

1.1 工程地质及水文地质状况

某隧道左线起讫桩号为ZK12+994～ZK14+337，长1 343m；右线起讫桩号为YK13+016～YK14+361，长1 345m。

隧址覆盖层主要发育于进出口及冲沟内，厚度不均，下伏基岩为砂岩、泥质粉砂，局部夹页岩。

地下水类型主要为松散岩类孔隙水和碎屑岩基岩裂隙水。地下水补给源主要为大气降水，补给主要取决于3个因素为：（1）岩石性质，主要以裂隙、风化裂隙作为入渗途径；（2）地形地貌，总体坡向为东西向，地表水以面流形式排泄，大气降水沿岩体裂隙向下渗流补给地下水，同类岩石组成的低洼处比山坡处入渗量大，尤其是洼地处入渗系数为最大处，大气降水入渗量大，相反地形坡度越大，此时易形成面流沿坡面向低处排泄；（3）地质构造为单斜地层，岩层产状为240°～274°∠13°～34°，隧道出口段为顺向坡，进口段为逆向坡。

1.2 各隧洞段水文地质条件

1.2.1 大气入渗法式中，a为降水入渗系数，%，查表获得；F为计算块段汇水面积，km2，从平面图中按汇水面积量取；P为年最大降水量，mm，取2 130mm。

根据式（1）计算得到各段涌水量预测如表1所示。

表1大气入渗法隧道涌水量预测

1.2.2 地下水径流模数法

式中，Q为隧道涌水量，m3/d；M为地下径流模数，m3/（d·km2）；A为隧道通过含水层的地下集水面积，km2。

根据1∶2000地形图量测，隧道涌水量预测见表2。

表2地下水径流模数法隧道涌水量预测

隧道涌水量预测结果均大于100m3/d，属小涌水。同时，出洞口的两钻孔内，发现有承压水，持续涌水约26d水量基本不变。推测本隧道ZK13+580～ZK14+339、YK13+560～YK14+361段，地下水开挖前期应是小涌水，长时间后应以淋雨状为主；水量受季节影响明显。

2 涌水原因分析

隧道的涌水量除了与大气降水和地下水径流有关，还与围岩完整性、裂隙发育程度、渗透路径等有密切关系。

本隧道总体岩层倾向大桩号，有利于地下水顺层面及其他裂隙下渗；砂岩、石英砂岩地层，总体属含水、透水层，地下水储量推测较丰富，且雨季储量更加丰富；部分地表径流水因围岩裂隙发育，且受隧洞穿越断层破碎带附近影响，围岩较松散，开挖爆破振动揭穿或破坏了原有富水带结构，径流水借岩层倾向的条件，向围岩压力释放的掌子面出喷涌而出[1]。

另隧道主要涌水段围岩为强～中风化砂岩、石英砂岩夹页岩，不属于宜产生溶洞的可溶性岩层条件，可以排除出现溶洞的可能性，对此主要考虑断层和裂隙水的影响[2]。

隧道进洞开挖后呈雨淋状。当开挖至K14+295掌子面处时，呈中小涌水，采用水桶接水测量法测得最大出水点涌水量为1 200m3/d，洞口至掌子面总涌水量4 000～5 000m3/d，涌水量远超过预测涌水量。继续开挖后，涌水转向仰拱底多处股状涌水，表明该洞段地下水较为丰富。同时对隧顶旁部分地表径流水减少及2个钻孔承压水涌水情况消失的观察，证实了以上造成隧道洞内涌水的原因。

3 隧道施工对周围水环境的影响分析

3.1 调查区水源点情况

通过对泉水出露点的现场调查，隧道左右侧500m范围内的地下水泉出露点有1处，如表3所示。当地居民直接在泉眼下游修建蓄水池，主要用于生活用水。

表3调查区水源点情况

该点地下水出露点位于隧道进口K13+240左侧冲沟处，离隧道轴线约280m，为下降泉；隧道底高程约920m，地下水出露点S1高程为886.8m，位置低于隧道底高程。

3.2 隧道施工后水源点的出水情况

隧道施工后对S1水源点的出水情况进行了调查，其出水情况如表4所示。

表4调查区水源点出水情况

从表4可以看出，该地下水出露点用作当地居民饮用水源，水源点出水量一方面受季节影响较大；另一方面受区域内地下水系统的动态影响。

3.3 隧道施工排水的影响半径

3.3.1 经验公式

结合大量具体工程实践，铁道部第一勘察设计院《铁路供水水文地质勘测规则》编写组的朱大力、李秋枫列出了用以粗略评估隧道排水影响半径的经验计算式：

式中，R为隧道涌水影响半径，m；K为裂隙岩体等效渗透系数，m/d。

该公式简单易行，可以粗略评估隧道稳定渗流过程中排水影响范围。

根据式（3），各段施工排水影响半径为：K13+010～K13+850段砂岩排水影响半径约292m，K13+850～K14+360段石英砂岩排水影响半径约为261m。

3.3.2 解析法

解析法，是根据地下水动力学原理，用数学解析的方法对给定边界值和初值条件下的地下水运动建立解析式，从而达到预测隧道影响范围的目的。计算公式为：

式中，R为影响半径，m；H为潜水含水层厚度，m；K为含水层渗透系数，m/d；W为降水补给强度，m/d；μ为重力给水度，无量纲；t为排水时间。

式（4）和式（5）分别适用于含水层没有补给时和有大气降水补给时的影响宽度。

隧道受地层岩性、构造等因素，不同单元参数各不相同。本次计算所需的渗透系数、重力给水度等参数的选取参照区域水文地质报告中的相关资料，并结合隧道附近已有钻孔资料以及岩石试验确定；降雨补给强度依据隧道穿越区区域内都匀市多年平均降雨量；含水层厚度从各隧洞纵剖面量取平均值；排水时间预计隧道开工到施工完成约1.5年。采用解析法得到该隧道施工排水后对周边环境的影响半径如表5所示。

表5解析法表计算隧道排水影响半径结果表

综合以上各表，隧道洞内渗水、涌水影响半径约为260～430m。

3.4 隧道施工对周边水源点的影响结论

隧道施工对各水源点的影响具体如表6所示。

表6隧道排水施工对水源点影响

从表6来看，S1位于隧道进口K13+240左侧280m，属于砂岩、石英砂岩裂隙含水层，富水性中等。该点低于隧道底高程，现有地下水出露，处于隧道施工排水影响范围内。该点与隧道地下水系统有直接的水力联系，隧道开挖后地下水直接从隧道中排走，加快了地下水的渗流，造成山体里的地下水位下降，从而导致该点地下水量有所减小，但不会导致断流。因此，12组居民用水受隧道施工排水的影响较小，不会造成该水源点断流[3]。

4 结语

富水隧道渗水量大，应综合考虑除大气降水、地下水径流以外的岩性、裂隙发育、渗透路径、爆破振动、岩层走向、地表植被及地表冲沟水量等各种影响因素，预判隧道进洞后水量情况。在隧道施工前应重视水文地质的调查工作，并对隧道进洞后涌水造成的影响范围进行分析，为协调解决隧道建设与水源供水问题提供依据。