成贵高铁观音山隧道对大消洞水库影响分析

任兴隆，张 斌

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002)

1 工程概况

成贵高铁观音山隧道是成贵快速铁路控制工程之一，隧道进口里程DK408+879，进口高程1530.85 m；出口里程DK413+175，出口高程1485.8 m，隧道总长4296 m。隧道开挖轮廓线高12 m、宽14 m，成型(衬砌)后隧道高9.079 m、宽13.264 m，呈椭圆形，隧道两侧及中部均设有排水沟。

大消洞水库工程规模为小(2)型，工程等别为Ⅴ等，水库总库容62.10万m3，正常蓄水位以下库容47.7万m3，水库正常蓄水位1560.06 m，库坝址校核洪水位1561.86 m。水以上集水面积为2.51 km2，设计流域最枯月流量径流模数为2.0 L/(s·km2)，多年平均径流量120万m3，枯期径流量为24.8万m3。水库大坝为土石混合坝，最大坝高19.2 m。

2 隧道与水库之间的关系

大消洞水库属于已建成项目，成贵高铁观音山隧道属于在建项目。大消洞水库始建于1966年，1975年竣工，2015年2月完成了除险加固初步设计工作，2017年7月完成施工招标；成贵高铁工程由国家发展改革委以发改基础[2010]2862)批准立项建设[1]，观音山隧道于2014年5月开工，2017年4月20日全线贯通。

成贵高铁观音山隧道DK411+730～DK410+128段穿越大消洞水库的集水区，大消洞水库库尾与成贵高铁观音山隧道之间的最短距离为500 m、距离大消洞水库大坝的最短距离为840 m，在大消洞水库补给区的地表最低点(沟谷)处观音山隧道的桩号为DK410+710、隧道与水库库尾的距离为610 m、隧道设计轨道高程为1511.57 m，隧道底板轨道高程(1511.57 m)比大消洞的正常蓄水位(1560.06 m)低48.5 m。见图1、图2。

图1 观音山隧道与大消洞水库关系示意图

图2 隧道疏排水对水库集水面积影响示意图

3 工程区基本地质概况

工程区属于溶蚀～侵蚀的中低山地貌区。水库区主要表现为浅切割的中低山地貌，库区河谷为基本对称的“V”型谷，两岸山峰海拔高程在1650 m～1750 m之间，地形高差多在50 m～100 m之间。成贵高铁观音山隧道穿越区山体最高海拔高程为1827 m，隧道最大埋深约300 m，最小埋深约12 m，在大消洞库区处最小埋深约64 m。

工程区主要分布三迭系永宁镇组(T1yn)、三迭系夜郎组(T1y)、长兴、大隆组(P2c+d)、二迭系龙潭组(P2l)及茅口组(P1m)的灰岩及砂泥岩地层。

工程区大地构造单元主要属扬子准地台─黔北台隆─遵义断拱─毕节北东向构造变形区(I1A1)，与有关的工程相关的主要构造葫芦坡向斜、芦塘背斜(位于成贵高铁观音山隧道DK410+820附近、大消洞水库区库尾一带)、石板桥断层。

水库位于六冲河一级支流木白河(乌溪河)上的左岸小支流云盘沟上，成贵高铁观音山隧道位于六冲河一级支流木白河(乌溪河)与西溪河之间(观音山隧道进口所在的干河沟为木白河(乌溪河)的干流，隧道出口所在沟谷为西溪河的支流)，主要位于六冲河一级支流木白河(乌溪河)的集水区，隧道穿越大消洞水库的汇水区，地下水主要赋存形式有岩溶水、基岩裂隙水和第四系孔隙水。

4 工程现状

根据2018年5月7日现场对当地村民的调查访问,在成贵高铁观音山隧道未实施前,库尾的冲沟内几乎常年有水，且有S1、MPS1、MPS2三个泉水点；在成贵高铁观音山隧道实施后，MPS1、MPS2及冲沟出现断流，水库水位同期较观音山隧道实施前下降了2 m～3 m。

根据成贵铁路观音山隧道施工单位提供的资料，隧道集中渗水点位于DK410+32左侧下台阶拱脚处，水量为153 m3/h～23 m3/h=3603 m3/h～552 m3/d，即4 L/s～6.4 L/s，其余未有集中渗水点(主要表现为渗水)。经现场调查，隧道主要用右侧排水沟和中心排水沟对涌(渗)水进行排放，2018年5月7日，在隧道出口右侧排水沟、中心排水沟处用三角堰实测流量，右侧排水沟处流量1.3 L/s，中心排水沟处流量14.5 L/s，总的涌水量1365 m3/d。

5 隧道对大消洞水库的影响分析

5.1 对水库大坝安全的影响分析

成贵高铁观音山隧道距离大消洞水库大坝最近距离为840 m、与库岸边坡最近的距离为500 m，水库最大坝高19.2 m，水库坝区主要分布为软质岩、大坝为柔性坝，未发现大坝有明显开裂、沉降等破环现象。

观音山隧道开挖断面为12 m(高)×14 m(宽)、成型断面为9.079 m(高)×13.264 m(宽)，断面相对较小，且为钢筋混凝土衬砌，隧道施工不会形成地表移动盆地、地裂缝等，不会因隧道疏排水造成地下水位下降而引起岩溶和地面塌陷。

综上所述，成贵高铁观音山隧道不会对大消洞水库大坝的安全构成威胁。

5.2 对水库库盆蓄水的影响分析

大消洞水库库区主要出露为二迭系龙潭组(P2l)的砂泥岩，为相对隔水层。

水库正常蓄水位与隧道最低轨道高程之间的高差为48.5 m、距离为500 m、比降为9.7%，但整个库盆正常蓄水位淹没范围内出露均为龙潭组(P2l)的砂泥岩相对隔水层。

根据地表地质测绘，库区与隧道之间没有断裂带、塌陷通道连通；根据调查访问，水库与隧道之间没有采空区巷道等连通；根据分析，隧道疏干排水影响区未涉及到库区蓄水范围。

因此，大消洞水库不存在向成贵高铁观音山隧道的渗漏，即观音山隧道不会对大消洞水库的渗漏产生影响。

5.3 隧道疏排水影响分析

(1)隧道疏排水量汲收地面补给量的补给面积计算

隧道全长4296 m，最大埋深300 m。根据1∶20万区域水文地质资料，隧道区二迭系上统长兴组大隆(P2c+d)及龙潭组(P2l)的砂泥岩，枯季地下径流模数0.1 L/(s·km2)～0.5 L/(s·km2)，下统栖霞茅口组(P1q+m)的厚层块状灰岩，枯季地下径流模数6 L/(s·km2)；三迭系夜郎组玉龙山段(T1y2)及永宁镇组(T1yn)的灰岩，枯季地下径流模数4 L/(s·km2)～L/(s·km2)；三迭系夜郎组沙堡湾段(T1y1)、九级滩段(T1y3)的粉砂质及泥质灰岩，枯季地下径流模数0.1 L/(s·km2)～0.5 L/(s·km2)。隧道区地下水类型主要为基岩裂隙水和裂隙溶洞水，目前隧道基本完成衬砌，两侧受隧道施工开挖影响后的地下水补、径、排关系已基本稳定。2018年5月7日实测的隧道疏排水量1365 m3/d，为隧道正常涌水量。采用降雨入渗系数法计算影响面积，计算公式如下：

Qs=2.74a·W·A

式中：Qs为隧道通过含水体地段的涌水量，取1365 m3/d；a为降水入渗系数，隧道区岩溶弱发育，隧道已全部衬砌，施工开挖影响后的地下水补、径、排关系已基本稳定，疏排水量较稳定，综合考虑降水入渗系数取0.12；W为年降雨量，取1127.8 mm；A为隧道通过含水体地段的地面集雨面积，km2。

根据已知的隧道疏排水量、降水入渗系数、年降雨量，反算面积A=3.68 km2。

(2)采用集水井影响半径法计算隧道疏排水的影响范围

观音山隧道全长4296 m，设计隧道内轨顶面高程1530.85 m～1485.8 m，洞室最大埋深300 m，最小埋深12 m，采用集水井影响半径法计算影响范围，计算公式如下：

式中：R为影响半径，m；S为水位降深，取15 m～147 m；K为含水层厚度，洞室最大埋深300 m，最小埋深12 m；为渗透系数，参考类似工程经验，隧道区岩性主要为灰岩取0.06 m/d，砂泥岩取0.01 m/d。

经计算，隧道影响最大半径为1247 m、最小半径为35 m。根据集水井影响半径划定影响面积为3.67 km2。

(3)合理性分析

2018年5月7日实测的隧道疏排水量为15.8 L/s，影响面积为3.68 km2；采用集水井影响半径法计算隧道疏排水的影响范围为3.67 km2，其中碳酸盐岩区面积为2.3 km2、碎屑岩区面积为1.38 km2，碳酸盐岩区枯期径流模数为6 L/(s·km2)、碎屑岩区枯期径流模数为0.5 L//(s·km2)，Q=2.3×6+1.38×0.5=14.55 L/s。根据分析可知，此次划定隧道疏排水影响面积的与根据隧道疏排水量反推的影响面积基本一致，产水量与排水量亦基本一致。

采用大井法计算隧道疏排水的影响半径为1074 m，用集水井影响半径法计算隧道疏排水影响最大半径为1247 m、最小半径为35 m，最大影响半径基本相符。

综所述，此次划定的隧道疏排水的影响范围及影响半径在合理范围内，成果与实际基本相符。根据工程特点及区内工程水文地质条件，最终采用集水井影响半径法划定的影响半径、面积作为分析评价依据。

5.4 隧道疏排水对水库的影响分析

根据隧道施工设计方案，隧道全断面钢拱衬砌C20砼浇筑，隧道两侧为排水孔，施工竣工后地下水位不能恢复到原地下水位，地下水进入隧洞沿排水孔、两侧排水沟及底板向出口方向(贵阳)排泄。因此大消洞水库的总来水量不能恢复到隧道开挖前的水量。

根据隧道疏排水影响范围，成贵高铁观音山隧道疏排水影响范围与大消洞水库集水面积的重合部分为1.89 km2，即观音山隧道疏排水对大消洞水库集水区的影响区面积为1.89 km2(其中碳酸盐岩区影响面积为1.39 km2、碎屑岩区影响面积为0.5 km2)，占大消洞水库集水面积的75.3%。

依据《铁路工程水文地质工程地质勘察规程》，结合工程区的岩溶水文地质条件，按大气降水入渗系数法计算，碳酸盐岩区地表入渗系数取0.3，碎屑岩区地表入渗系数取0.1，则：

Q=碳酸盐岩区影响面积×单位面积产水量×入渗系数+碎屑岩区影响面积×单位面积产水量×入渗系数≈22.4万m3

计算结果说明，观音山隧道的疏排水可能导致大消洞水库年产水总量减少22.4万m3，占水库多年平均流量的18.7%。

综上所述，观音山隧道疏排水对大消洞水库汇水区的影响面积为1.89 km2，相当于大消洞水库集水面积的75.3%，可能导致大消洞水库的年产水总量减少22.4万m3，占水库年平均年来水量的18.7%。

5.5 影响综合评价

隧道排水将使区间地下水文地质环境发生改变，地表水、地下水存在沿地裂缝、导水裂隙带、隐伏构造等连通渗漏，形成一降落漏斗。

隧道的断面相对较小，且为钢筋混凝土衬砌，隧道施工不会形成地表移动盆地、地裂缝等。隧道疏干排水只会对影响区的地下水量造成影响，不影响地表未入渗部分的水量。

成贵高铁观音山隧道影响大消洞水库集水面积为1.89 km2，占水库集水面积的75.3%；可能导致大消洞水库年产水总量减少22.4万m3，占水库多年平均年径流量的18.7%。

6 处理建议

根据《中华人民共和国水法》第四章第三十一条“开采矿藏或者建设地下工程，因疏干排水导致地下水水位下降、水源枯竭或者地面塌陷，采矿单位或者建设单位应当采取补救措施；对他人生活和生产造成损失的，依法给予补偿”。

成贵高铁观音山隧道可能导致大消洞水库年产水总量减少22.4万m3，占水库多年平均年径流量的18.7%，建议观音山隧道的建设单位与相关水行政主管部门根据《中华人民共和国水法》第四章第三十一条及相关法律法规进行协商处理。

7 结语

最终，成贵高铁的项目业主与地区水行政主管部门协商，通过在大消洞水库附近修建一小山塘(年供水量22.4万m3)归还当地使用。

随着越来越多线性工程的建设，新建工程与已建工程之间的相互影响问题也将越来越多，本文以成贵高铁观音山隧道开挖对大消洞水库的影响进行了方方面面的分析，并取得了相关部门的认可，值得类似工程问题的参考借鉴。