山区特长隧道建设对地下水环境影响及防治对策

山区特长隧道建设对地下水环境影响及防治对策

刘煌①,陈建华②

刘煌①；陈建华②

①招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067；②四川省交通厅交通勘察设计研究院，成都610017

摘要：本文通过对南大梁高速公路铜锣山隧道隧址区水文、工程环境地质条件现状调查，提出了减轻对地下水环境影响的防治对策与措施。

关键词：山区高速公路；地下水环境；南大梁高速公路；铜锣山隧道

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）10-0094-02

0引言

近二十年来，随着我国公路交通事业飞速发展，公路等级不断提高，通车里程逐年攀升，在山岭和丘陵地区高速公路建设中，隧道方案以能缩短行车里程、提高线型标准、保护生态环境等优点，得到普遍应用，而地下水环境影响是隧道施工的一个重要问题，隧道开挖将可能破坏区域内的地下水系，山脉的地下水系经过长期演变逐渐稳定，有其自身的水流规律，隧道的出现必将改变地下水赋存状况，并成为地下水排出的天然通道，造成地下水的大量流失，并且隧道施工过程中，可能会由于水文地质的难以预料或调查不够清楚，打穿地下含水层，造成掘进过程中的涌水现象，从而对工程区地下水环境造成一定程度的不利影响。

1铜锣山隧道工程概况

南大梁高速公路铜锣山隧道位于四川省达州市大竹县境内，主穿铜锣峡背斜，隧道设计起止里程：K133+629～AK138+591，全长4962m，进出口标高分别为410.30m、434.24m，纵坡1.500%～-0.500%，变坡点位于AK136+165（标高449.74m），最大埋深约496m。隧道轴线进口段设计为圆、缓曲线相接，洞身及出口段均为直线，总体走向124°，与区内主要构造线走向呈约83°交角。铜锣山隧道位于四川盆地东部平行岭谷地貌区，隧道横穿区内的铜锣峡背斜，该背斜山脊延展方向总体呈北东-南西向，相对高点位于隧道中部，标高约935.26m，相对低点位于进口外侧溪沟，标高约350m，相对高差约580余m。隧道顶部多为灰岩溶蚀后形成的溶丘、溶槽地貌，两侧的砂岩形成挺拔山脊，组合形成“一山三岭”的特殊地貌形态，两翼坡体横向溪沟较发育。隧道所穿越的该段山体地形坡度一般15～35°，局部为陡崖，背斜山体大部分森林覆盖，基岩出露较好。

2铜锣山隧道隧址区环境现状调查

2.1铜锣山隧道隧址区地质条件调查

2.1.1地层岩性铜锣山隧道穿越区据区域地质、地调及钻探揭露，主要出露地层为新生界第四系全新统坡残积层（Q4dl+el）、崩坡积层（Q4c+dl）及侏罗系中统下沙溪庙组（J2xs）、新田沟组（J2x），中～下统自流井组（J1-2z）、下统珍珠冲组（J1z）和三叠系上统须家河组（T3xj）、中统雷口坡组（T2l）、下统嘉陵江组（T1j）、下统飞仙关组（T1f）、二叠系上统长兴组（P2c）。

2.1.2区域地质构造根据《中华人民共和国区域地质调查报告》（1:20万达县幅），本区位于新华夏系四川沉降带的川东褶皱带，区内构造特征主要为一组北北东～南南西走向的线形褶皱组成，具有狭窄紧密的背斜与开阔宽缓的向斜相间排列的隔挡式构造特点。

2.1.3区域岩溶发育基本特征背斜出露有侏罗系下统珍珠冲组（J1z）、三叠系中统雷口坡组（T2l）及三叠系下统嘉陵江组（T1j）碳酸盐类地层，形成纵贯于背斜轴部的峰丘、槽谷地形。因背斜山体突立在红层丘陵之上，岩溶形态又置于背斜两侧山岭之中，故称为“隆脊型”岩溶。另有侏罗系中、下统大安寨段自流井组（J1-2z）碳酸盐岩，环绕在背斜山地外围，成为独立的岩溶水单元。区域内地层岩性主要为可溶性碳酸盐岩、泥岩和砂岩为主。以岩性和充水空间发育程度及富水性的不同划分为裂隙含水层和岩溶含水层。碎屑砂岩类广泛出露于背斜两翼及近轴部地区，充水空间以各类裂隙为主，为裂隙含水层，碳酸盐岩充水空间以岩溶裂隙为主，属岩溶含水层。其余各类泥岩等结构致密，不具充水空间，为相对隔水层。

2.1.4区域地下水的补给、径流、排泄铜锣山隧道隧址区内雨水充沛，年降雨量达1000mm以上，是区域内地下水的主要补给水源。区域内地下水总的流向与构造线延展方向大体相似，但受地质构造和大的地貌特征控制。各含水层地下水以各类裂隙和岩溶管道为途径分别向地势低洼处运移，于山间谷地及河流、溪沟深切地带以泉、井水形式泄出地表；在矿井开拓影响范围内，地下水天然流场发生变化，则向矿坑疏排水的方向运移，以矿坑水形式集中泄出地表。这些泉、井水和矿坑水通过地表溪沟、河流汇集，最后汇入长江。

2.1.5隧址区泉眼出露情况根据现场调查，铜锣山隧址区内，可溶岩分布广泛，降水丰富，因而多有泉出露。

2.2铜锣山隧道隧址区地表水体分布现状铜锣山隧道顶部分布的地表水体为蒋家河以及三处堰塘，区内地表水以溪沟为主，进口溪沟向北西方向经东柳河在木头镇汇入州河，出口溪沟汇入铜钵河向北流经百节镇，在距河市下游约10km处注入州河，州河又于三汇镇流入长江一级支流——渠江，属长江水系。

2.3人居环境及土地利用现状调查根据现场调查，铜锣山隧道顶部分布有居民28户，居民饮用水和生产用水来源均为隧址区出露的泉水；铜锣山隧道顶部土地利用类型主要为林地、农业用地，林地主要为马尾松林、杉木林、马尾松杉木混交林以及栲树林、栎类林，农业用地中农作物主要类型为小麦、玉米、油菜、黄花、红薯、花生等。

3隧道施工对地下水环境影响分析

3.1隧道涌水量预测依据《铁路工程水文地质勘测规范》(TB10049—96)可采用降水入渗法预测拟设隧道单洞的涌水量，采用公式：降水入渗法Q=2.74α·W·A

式中：Q为隧道涌水量（m3/d）；α为降水入渗系数（视各方案隧道岩溶发育程度，取0.17）；W为年平均降雨量（根据气象资料大竹地区多年平均降雨量1198.6mm）；A为隧道通过含水体地段的集水面积（km2）。通过计算，铜锣山隧道单洞正常涌水量为8678.40m3/d，较大涌水量约为17356.81m3/d。

3.2隧道施工对地下水的影响隧道掘进所揭露的侏罗系中统下沙溪庙组（J2xs）、新田沟组（J2x），中、下统自流井组（J1-2z）、下统珍珠冲组（J1zh）和三叠系上统须家河组（T3xj）各地层中所间夹的厚度不等的各类砂岩，砂岩裂隙含水层和侏罗系中、下统大安寨段（J1-2z3）和三叠系中统雷口坡组（T2l）的岩溶裂隙含水层，由于隧道疏、排水将不同程度导致地下水位下降，使地表出露的泉、井水和地表水体受一定程度的影响。故今后隧道在掘进过程中应采取相应的阻隔水措施，防止地表井、泉水和地表水体渗漏枯竭。岩溶的发育为区内地下水的储存提供了一定空间，但水力联系较差，地下水分布极不均一，隧道开挖时，有可能出现一定水量及初始压力的突、涌水现象。铜锣山隧道区内岩溶含水层从垂直方向由上至下大致可分三带，即垂直循环带（海拔标高580m以上）、水平循环带（海拔标高535～580m）、深部循环带（海拔标高535m以下～侵蚀基准面）。铜锣山隧道设计标高410～434m，均处于深部循环带内，深部循环带岩溶水发育程度相对上面两带要弱，而地下水的补给、径流、赋存主要受岩性、构造、地形地貌、岩溶发育特征控制，隧道涌、突水位置主要位于可溶岩与非可溶岩接触带、构造发育带以及岩溶发育带等部位，故隧道可能发生岩溶突水的区段大致在铜锣峡背斜核部及F1断层带附近。

3.3对居民生产、生活用水的影响分析铜锣山隧道部分路段位于地下水水平径流带，隧址区F1逆断层为本区起构造控制作用的主干断裂，分布于铜锣山背斜轴部附近，几乎纵贯铜锣山背斜全程，断层走向与背斜轴向基本一致，此外，区内还发育有与F1断层同生的次级构造F2断层，该断层与F1断层近于平行展布，隧址区节理裂隙发育，断裂破碎带透水性好；铜锣山隧道的开挖将可能造成一定范围内潜水位下降，加大表层地下水与深层地下水之间的联系，甚至有可能改变地下水的径流方向，地下水以明流形式从隧道流走，同时将袭夺顶部出露泉点的部分补给源，但在采取洞身排水等措施后，可尽量减少对隧道顶部补给水源的影响。

4地下水防治对策与措施

（1）施工方案应贯彻“以堵为主、限量排放、有效利用”的原则。

（2）防水施工，超前预报，尽量减少对泉水影响。

（3）在穿越断层、断裂带以及节理裂隙发育的地下水发育地段，采用超前注浆或结合地形、富水情况采用径向注浆堵水；对地下水较丰富路段，加密环向盲沟间距，限量排放。

（4）弱富水——富水段环向施工缝采用中埋橡胶止水带+外贴止水带的复合防水构造；纵向施工缝采用中埋钢边橡胶止水带+外贴止水带的复合防水构造；贫水带环向施工缝采用遇水膨胀橡胶止水条+外贴止水带的复合防水构造；纵向施工缝采用中埋边橡胶止水带+外贴止水带的复合防水构造。

（5）铜锣山隧道施工应制定完善的施工方案，对围岩应进行超前预注浆处理，加固围岩、形成止水帷幕，注浆效果达到预定要求后方可继续开挖。加强对软弱围岩和断层破碎带的支护，严密监测隧道涌水量与位移量。

（6）施工期和运营初期，应在隧道周围、断裂带、地表出露泉点、岩溶管道等处设监测点，对外排水变化情况和顶部村庄周围水田及植被进行监督性监测。

（7）施工期应加强对隧道顶部村庄生活饮用水源、生产用水的监测，同时预留100万元用于铜锣山隧道顶部居民生活、生产用水受工程影响的补偿，若发现引起地下水变化和影响农田、植被生长时，应及时改进和完善施工方案，同时采取必要的经济补偿措施，若发现因隧道施工造成饮用的山泉水水量减少时，应即时停止施工、优化隧道施工方案，并在水量恢复以前采取水管抽水供给或送水车运水供给措施。

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