連樂鐵路飛鳳山隧道工程對地下水環(huán)境的影響預(yù)測

王偉偉 鄭肖玄

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四0五地質(zhì)隊 四川 都江堰611830）

連樂鐵路飛鳳山隧道工程對地下水環(huán)境的影響預(yù)測

王偉偉 鄭肖玄

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四0五地質(zhì)隊 四川 都江堰611830）

本文以連樂鐵路飛鳳山隧道為例，在工程地質(zhì)勘察及施工建設(shè)中涌水量實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用三維數(shù)值分析方法模擬隧道開挖過程，從分析隧道施工對周圍地下水環(huán)境的影響． 分析結(jié)果表明，隧道最大涌水量為1487.0m3/d，隧道進(jìn)出口處影響半徑在30-40m左右。綜合來看，飛鳳山隧道對地下水環(huán)境影響微弱。

地下水環(huán)境隧道施工涌水量三維數(shù)值分析

0 引言

連界至樂山鐵路主要跨越四川省樂山市五通橋區(qū)、井研縣，眉山市仁壽縣、內(nèi)江市威遠(yuǎn)縣，沿線資源分布豐富，工業(yè)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)[1]。飛鳳山隧道作為連樂中最長的隧道，兩側(cè)分布有兩個水庫和少量居民，

因此，分析飛鳳山隧道實施過程中對周圍地下水環(huán)境的影響，并預(yù)測評價其在施工期和運(yùn)營期對地下水環(huán)境影響的范圍和程度[2]，有著重要的理論和實際意義。

1 隧道水文地質(zhì)條件分析及涌突水災(zāi)害預(yù)測

1.1 水文地質(zhì)條件

飛鳳山隧道穿越低山-深丘水文地質(zhì)單元，施工期可截留部分大氣降水入滲補(bǔ)給量[3]。

1.2 隧道涌突水災(zāi)害分析

隧道區(qū)巖溶含水巖組夾有砂泥巖相對隔水層呈小角度互層狀，巖溶順層發(fā)育并在水平和垂直方向上受到限制。大氣降水、地表溪溝水、基巖裂隙水及巖溶裂隙水是隧道地下水涌水的主要水源。隧道CK35+390以后穿越灰?guī)r段涌突水水量不大，穿越松峰場斷層處（CK35+390）雨季施工可能會出現(xiàn)涌突水、突泥的可能，其余的非可溶巖段涌突水的可能均較小。在隧道 CK35+390以后段和CK35+390雨季施工時需加強(qiáng)超前預(yù)報，做好監(jiān)測防范工作。

圖1-1 飛鳳山隧道地質(zhì)平面示意圖

隧道里程CK35+300左側(cè)230m處為陳家溝水庫，隧道底部低于水庫水位約20m。

涼風(fēng)水庫、陳家溝水庫均位于仁壽縣松峰鄉(xiāng)新和村境內(nèi)。飛鳳山隧道與陳家溝水庫、涼風(fēng)水庫之間均無導(dǎo)水性良好的透水巖層或斷層等直接相連，存在穩(wěn)定的隔水巖層，隧道與水庫之間的水力聯(lián)系微弱，隧道施工對兩個水庫均無影響。

2 基于地下水動力學(xué)法的隧道地下水環(huán)境影響預(yù)測

隧道線處于地下水位以下，采用地下水動力學(xué)方法計算隧道涌水量。

根據(jù)含水巖組、巖層的富水性及地質(zhì)構(gòu)造將隧道分為2段：D1：CK33+305-CK35+390砂泥巖段，D2：CK35+390-CK35+740灰?guī)r段，運(yùn)用地下水動力學(xué)方法計算各隧道段的涌水量見表2-1。

表2-1 飛鳳山隧道基于地下水動力學(xué)方法的涌水量預(yù)測結(jié)果

3 基于數(shù)值法的隧道地下水環(huán)境影響預(yù)測

3.1 模型范圍及邊界概化

3.1.1 模擬范圍

模型空間范圍：東西X方向5200m，南北Y方向7000m，平面剖分單元100m×100m個，在隧道穿越的敏感區(qū)域進(jìn)行平面上的細(xì)化剖分，設(shè)計深度300m～600m，Z方向取300m，在隧道區(qū)域進(jìn)行細(xì)化剖分后，總包括14層。

3.1.2 邊界概化

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水滲流場特征和地層結(jié)構(gòu)的分析，將研究區(qū)邊界條件類型確定如下：模擬區(qū)地下水補(bǔ)給類型主要靠大氣降雨下滲補(bǔ)給，年總降雨量1009mm，7-12月降雨量占年總降雨量的70%，平均為70mm/y；12-4月降雨量占年降雨量的30%，平均為30 mm/y。根據(jù)該區(qū)水文地質(zhì)資料以及相關(guān)文獻(xiàn)，模型范圍內(nèi)降雨入滲系數(shù)取平均值0.1。隧道穿越的山體北、東、西面地勢均相對較低，考慮地表支溝體系對地下水的控制作用，將模型范圍內(nèi)的支溝以及河流作為溪流邊界和河流邊界；模型中以陳家溝水庫作為定水頭邊界；在分析隧道對天然滲流場的影響時，將隧道概化為排水溝邊界[5]。

3.2 水文地質(zhì)參數(shù)的選取與模型校驗

3.2.1 水文地質(zhì)參數(shù)的選取

水流模型的參數(shù)主要考慮各分層的滲透系數(shù)和給水度[6]。根據(jù)地形、地貌和巖性，對滲透系數(shù)、給水度、孔隙度等參數(shù)進(jìn)行分區(qū)。由于缺少抽水和注水試驗等水文地質(zhì)參數(shù)的相關(guān)資料，因此，本次模型水文地質(zhì)參數(shù)主要依據(jù)《區(qū)域水文地質(zhì)報告》（自貢幅）、《水文地質(zhì)手冊（第二版）》以及工程經(jīng)驗進(jìn)行參數(shù)的選取，如表3-1所示。

表3-1 模擬選取的滲透系數(shù)

3.2.2 模型校驗

在建立空間物理模型以后，首先進(jìn)行初始滲流場的擬合，對初始水位以及各個參數(shù)進(jìn)行校正。首先對模型進(jìn)行5年穩(wěn)定流計算，計算結(jié)果作為模型的初始水位，再進(jìn)行非穩(wěn)定流計算。本次運(yùn)用非穩(wěn)定流對地下水初始滲流場進(jìn)行擬合，模擬計算了1825天（共5年）。圖3-1為天然條件下地下水三維滲流場，圖中紅色區(qū)域為高水頭分布區(qū)(480~510m)，藍(lán)色區(qū)域水頭值相對較低（410～430m）。

圖3-1 天然條件下地下水三維滲流場

為了檢驗?zāi)Ｐ蛿M合的程度，本次以鉆孔CZ4-2作為水位的觀測點，進(jìn)行模型的校驗，直至模型模擬水位與實際水位較吻合。以此來判斷模型的合理性。通過對模擬水位與實際水位的擬合，模擬水位為516.8m，實際觀測水位為517.6m。模擬水位與觀測水位誤差在1%以內(nèi)，可以判定模型基本合理可用。

3.3 模型分析

3.3.1 隧道排水條件下的地下水滲流場分析

隧道施工1年、2年后的地下水滲流場如圖3-2、3-3所示，隧道進(jìn)出口的影響較大，特別是出口段，影響相對來說會大一些，而隧道中部在開挖后基本穩(wěn)定。因此，隧道施工對天然地下水滲流場有一定的影響。

圖3-2 隧道排水1年后的地下水滲流場特征

圖3-3 隧道排水2年后的地下水滲流場特征

3.3.2 隧道封堵條件下地下水滲流場恢復(fù)特征分析

工程期結(jié)束后，施工不再繼續(xù)，開挖區(qū)經(jīng)過回填及防滲處理，地下水水量和徑流及循環(huán)交替將逐漸恢復(fù)。模型假設(shè)隧道已全部貫通，做全面封堵工況下，地下水滲流場的恢復(fù)情況，圖3-4為進(jìn)行封堵后1年的地下水滲流場，對比圖3-3施工2年后的條件，地下水滲流場恢復(fù)明顯，降位漏斗收縮顯著。圖3-5為封堵2年后地下水滲流場，表明基本恢復(fù)至天然條件下的滲流場。

圖3-4 隧道封堵1年后地下水滲流場

圖3-5 隧道封堵2年后地下水滲流場

3.4 綜合分析預(yù)測

飛鳳山隧道的涌水量由解析法預(yù)測約為1487 m3/d，由數(shù)值法預(yù)測約為1021.3 m3/d，推薦該隧道的涌水量為1487m3/d。隨著隧道施工開挖防滲措施的實施到生產(chǎn)運(yùn)營和服務(wù)期滿，被擾動的地下水系統(tǒng)會慢慢恢復(fù)到天然狀態(tài)。因此可以判定。

隧道進(jìn)出口段的影響半徑約為30-40m，影響范圍內(nèi)有5家住戶，隧道對地下水環(huán)境基本無影響。同時，隧道施工對線路西南側(cè)約320m的陳家溝水庫影響微弱。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對飛鳳山隧道水環(huán)境進(jìn)行三維數(shù)值模擬分析，可得知如下結(jié)論：

（1）在隧道CK35+390以后段和CK35+390雨季施工時需加強(qiáng)超前預(yù)報，應(yīng)做好監(jiān)測防范工作。隧道施工對涼風(fēng)水庫和陳家溝水庫均無影響。

（2）由數(shù)值法預(yù)測飛鳳山隧道涌水量為1021.3m3/d，隧道進(jìn)出口處影響半徑在30-40m左右。由解析法預(yù)測涌水量為1487.0m3/d。

（3）綜合來看，飛鳳山隧道對地下水環(huán)境的改變和影響是局部的輕微的改變，隨著隧道施工開挖防滲措施的實施到生產(chǎn)運(yùn)營和服務(wù)期滿，被擾動的地下水系統(tǒng)會慢慢恢復(fù)到天然狀態(tài)，可以判定隧道對地下水環(huán)境影響微弱。

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[2]郭衛(wèi)星，盧國乎.Modflow三維有限差分地下水流模型 [M].南京：南京大學(xué)出版社. 1998.

[3]龔睿.隧道工程建設(shè)對隔擋式巖溶富水背斜地下水環(huán)境的影響研究：以觀音峽背斜為例 [D].成都：成都理下大學(xué).2010.

[4]劉建，劉月.基于模糊層次分析法的隧道下程地下水環(huán)境負(fù)效應(yīng)評價 [J].三峽環(huán)境與生態(tài)，2009，2(1)：53-56.

[5]蔣忠信.隧道工程與水環(huán)境的相互作用 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報.2005，24(1)：121-127.

[6]張琳.隧道與地下水環(huán)境相互影響計算 [J]交通標(biāo)準(zhǔn)化.2009(5)：146-143.

X[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-377-2

王偉偉，男，助理工程師，?？?，研究方向為水工環(huán)地質(zhì)。鄭肖玄，男，助理工程師，本科，研究方向為水工環(huán)地質(zhì)。