山區富水公路隧道涌水對周圍水環境的影響分析

郭曉亮，黃龍

（中交第二航務工程局有限公司第五工程分公司，武漢430000）

1 工程概況

1.1 工程地質及水文地質狀況

某隧道左線起訖樁號為ZK12+994～ZK14+337，長1 343m；右線起訖樁號為YK13+016～YK14+361，長1 345m。

隧址覆蓋層主要發育于進出口及沖溝內，厚度不均，下伏基巖為砂巖、泥質粉砂，局部夾頁巖。

地下水類型主要為松散巖類孔隙水和碎屑巖基巖裂隙水。地下水補給源主要為大氣降水，補給主要取決于3個因素為：（1）巖石性質，主要以裂隙、風化裂隙作為入滲途徑；（2）地形地貌，總體坡向為東西向，地表水以面流形式排泄，大氣降水沿巖體裂隙向下滲流補給地下水，同類巖石組成的低洼處比山坡處入滲量大，尤其是洼地處入滲系數為最大處，大氣降水入滲量大，相反地形坡度越大，此時易形成面流沿坡面向低處排泄；（3）地質構造為單斜地層，巖層產狀為240°～274°∠13°～34°，隧道出口段為順向坡，進口段為逆向坡。

1.2 各隧洞段水文地質條件

1.2.1 大氣入滲法式中，a為降水入滲系數，%，查表獲得；F為計算塊段匯水面積，km2，從平面圖中按匯水面積量??；P為年最大降水量，mm，取2 130mm。

根據式（1）計算得到各段涌水量預測如表1所示。

表1大氣入滲法隧道涌水量預測

1.2.2 地下水徑流模數法

式中，Q為隧道涌水量，m3/d；M為地下徑流模數，m3/（d·km2）；A為隧道通過含水層的地下集水面積，km2。

根據1∶2000地形圖量測，隧道涌水量預測見表2。

表2地下水徑流模數法隧道涌水量預測

隧道涌水量預測結果均大于100m3/d，屬小涌水。同時，出洞口的兩鉆孔內，發現有承壓水，持續涌水約26d水量基本不變。推測本隧道ZK13+580～ZK14+339、YK13+560～YK14+361段，地下水開挖前期應是小涌水，長時間后應以淋雨狀為主；水量受季節影響明顯。

2 涌水原因分析

隧道的涌水量除了與大氣降水和地下水徑流有關，還與圍巖完整性、裂隙發育程度、滲透路徑等有密切關系。

本隧道總體巖層傾向大樁號，有利于地下水順層面及其他裂隙下滲；砂巖、石英砂巖地層，總體屬含水、透水層，地下水儲量推測較豐富，且雨季儲量更加豐富；部分地表徑流水因圍巖裂隙發育，且受隧洞穿越斷層破碎帶附近影響，圍巖較松散，開挖爆破振動揭穿或破壞了原有富水帶結構，徑流水借巖層傾向的條件，向圍巖壓力釋放的掌子面出噴涌而出[1]。

另隧道主要涌水段圍巖為強～中風化砂巖、石英砂巖夾頁巖，不屬于宜產生溶洞的可溶性巖層條件，可以排除出現溶洞的可能性，對此主要考慮斷層和裂隙水的影響[2]。

隧道進洞開挖后呈雨淋狀。當開挖至K14+295掌子面處時，呈中小涌水，采用水桶接水測量法測得最大出水點涌水量為1 200m3/d，洞口至掌子面總涌水量4 000～5 000m3/d，涌水量遠超過預測涌水量。繼續開挖后，涌水轉向仰拱底多處股狀涌水，表明該洞段地下水較為豐富。同時對隧頂旁部分地表徑流水減少及2個鉆孔承壓水涌水情況消失的觀察，證實了以上造成隧道洞內涌水的原因。

3 隧道施工對周圍水環境的影響分析

3.1 調查區水源點情況

通過對泉水出露點的現場調查，隧道左右側500m范圍內的地下水泉出露點有1處，如表3所示。當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調查區水源點情況

該點地下水出露點位于隧道進口K13+240左側沖溝處，離隧道軸線約280m，為下降泉；隧道底高程約920m，地下水出露點S1高程為886.8m，位置低于隧道底高程。

3.2 隧道施工后水源點的出水情況

隧道施工后對S1水源點的出水情況進行了調查，其出水情況如表4所示。

表4調查區水源點出水情況

從表4可以看出，該地下水出露點用作當地居民飲用水源，水源點出水量一方面受季節影響較大；另一方面受區域內地下水系統的動態影響。

3.3 隧道施工排水的影響半徑

3.3.1 經驗公式

結合大量具體工程實踐，鐵道部第一勘察設計院《鐵路供水水文地質勘測規則》編寫組的朱大力、李秋楓列出了用以粗略評估隧道排水影響半徑的經驗計算式：

式中，R為隧道涌水影響半徑，m；K為裂隙巖體等效滲透系數，m/d。

該公式簡單易行，可以粗略評估隧道穩定滲流過程中排水影響范圍。

根據式（3），各段施工排水影響半徑為：K13+010～K13+850段砂巖排水影響半徑約292m，K13+850～K14+360段石英砂巖排水影響半徑約為261m。

3.3.2 解析法

解析法，是根據地下水動力學原理，用數學解析的方法對給定邊界值和初值條件下的地下水運動建立解析式，從而達到預測隧道影響范圍的目的。計算公式為：

式中，R為影響半徑，m；H為潛水含水層厚度，m；K為含水層滲透系數，m/d；W為降水補給強度，m/d；μ為重力給水度，無量綱；t為排水時間。

式（4）和式（5）分別適用于含水層沒有補給時和有大氣降水補給時的影響寬度。

隧道受地層巖性、構造等因素，不同單元參數各不相同。本次計算所需的滲透系數、重力給水度等參數的選取參照區域水文地質報告中的相關資料，并結合隧道附近已有鉆孔資料以及巖石試驗確定；降雨補給強度依據隧道穿越區區域內都勻市多年平均降雨量；含水層厚度從各隧洞縱剖面量取平均值；排水時間預計隧道開工到施工完成約1.5年。采用解析法得到該隧道施工排水后對周邊環境的影響半徑如表5所示。

表5解析法表計算隧道排水影響半徑結果表

綜合以上各表，隧道洞內滲水、涌水影響半徑約為260～430m。

3.4 隧道施工對周邊水源點的影響結論

隧道施工對各水源點的影響具體如表6所示。

表6隧道排水施工對水源點影響

從表6來看，S1位于隧道進口K13+240左側280m，屬于砂巖、石英砂巖裂隙含水層，富水性中等。該點低于隧道底高程，現有地下水出露，處于隧道施工排水影響范圍內。該點與隧道地下水系統有直接的水力聯系，隧道開挖后地下水直接從隧道中排走，加快了地下水的滲流，造成山體里的地下水位下降，從而導致該點地下水量有所減小，但不會導致斷流。因此，12組居民用水受隧道施工排水的影響較小，不會造成該水源點斷流[3]。

4 結語

富水隧道滲水量大，應綜合考慮除大氣降水、地下水徑流以外的巖性、裂隙發育、滲透路徑、爆破振動、巖層走向、地表植被及地表沖溝水量等各種影響因素，預判隧道進洞后水量情況。在隧道施工前應重視水文地質的調查工作，并對隧道進洞后涌水造成的影響范圍進行分析，為協調解決隧道建設與水源供水問題提供依據。