隧道穿越水源保護區(qū)的影響調(diào)查研究

唐家輝,劉 黔

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽市 550081)

0 引言

高速公路可能會穿越水源保護區(qū),對高速公路修建帶來了巨大的挑戰(zhàn)[1],一方面是新建高速公路特別是隧道修建對水源保護區(qū)存在著巨大影響,甚至會起到襲奪地下水,導致水源枯竭,同時也會造成隧道大規(guī)模突泥涌水[2],對生命財產(chǎn)安全造成巨大損失,因此查明其與水源保護區(qū)的相互影響是非常必要的。

汪家大井[3-4]位于貴陽市東12km的魚梁河中,為貴陽市最大的上升泉,枯季最小流量1165L/s,是貴陽市重要的供水水源地,其補給區(qū)面積約400km2。魚洞峽水庫[4-5]也是貴陽市供水規(guī)劃的重要水源點之一,其源頭河流為魚洞河,壩址以上集水面積為118km2。擬建永樂隧道穿越汪家大井與魚洞峽水庫水源保護區(qū),若對該兩處水源保護區(qū)造成影響,后果嚴重,故查明其與水源保護區(qū)的相互影響并提前采取措施是本工程的重中之重。

1 概況

1.1 工程概況

貴黃延伸線永樂隧道進口位于貴陽市南明區(qū)永樂鄉(xiāng)米湯井,緊鄰魚洞峽水庫回水區(qū);出口段位于貴陽市烏當區(qū)東風鎮(zhèn)北京東路上,為分離式隧道,左幅全長955m,最大埋深117.7m,右幅全長1050m,最大埋深141m。

該隧道穿越汪家大井及魚洞峽水源保護區(qū),為查明該隧道修建對水源保護區(qū)的影響,對該隧道及水源保護區(qū)范圍內(nèi)進行了專項水文地質(zhì)調(diào)查,調(diào)查工作范圍長度以路線軸線為基準,寬度按隧道影響區(qū)外推至完整的水文地質(zhì)單元,對緊臨隧道附近的汪家大井水源保護區(qū)、魚洞峽水源保護區(qū),適當擴大外圍邊界。擬建隧道與水源保護區(qū)位置關(guān)系見圖1。

圖1 擬建隧道與水源保護區(qū)位置關(guān)系圖

1.2 場區(qū)工程地質(zhì)條件

(1)地層巖性

測區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四系(Q)、下第三系(E)、三疊系(T)、二疊系(P)、石炭系(C)、泥盆系(D)和志留系(S)、奧陶系(O)等地層。三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、奧陶系以可溶巖為主,非可溶巖較少,其余下第三系及志留系以非可溶巖為主。

(2)地質(zhì)構(gòu)造

項目區(qū)位于揚子準地臺—黔北臺隆—遵義斷拱之貴陽復雜構(gòu)造變形區(qū)?？傮w而言,場區(qū)構(gòu)造形跡呈北東-南西向發(fā)育。斷層、褶皺相間分布,尤其是在永樂鄉(xiāng)附近,受構(gòu)造作用的綜合影響,斷層和褶皺近平行發(fā)育,永樂鄉(xiāng)附近發(fā)育4條褶皺構(gòu)造和2條斷層,分別是羊場司向斜、永樂堡背斜、姚家坪背斜、西坡向斜、永樂堡斷層及田壩頭斷層,褶皺總體上是以復式向斜方式發(fā)育。

2 水文地質(zhì)特征分析

2.1 地表水

隧址區(qū)屬長江流域烏江水系。測區(qū)地勢總體南東高,北西低,地表水總體自南向北徑流,測區(qū)發(fā)育有魚梁河及魚洞河兩條河流,為測區(qū)最低排泄基準面。

2.2 地下水及其分布規(guī)律

區(qū)內(nèi)出露地層多樣,根據(jù)地層巖性及其組合特征、地下水賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征,將區(qū)內(nèi)地下水類型分為碳酸鹽巖巖溶水、基巖裂隙水和第四系松散層孔隙水,以碳酸鹽巖巖溶水為主。

地下水的分布受地形、巖性控制較為明顯,項目區(qū)發(fā)育有魚梁河及魚洞河兩條河流,兩河流切割深,為控制場區(qū)地下水徑流的排泄基準面,其中魚梁河為最低侵蝕排泄基準面。

以魚梁河為界,以西出露地層主要以碎屑巖為主,夾部分碳酸鹽巖,該區(qū)域地下水主要以碎屑巖內(nèi)的基巖裂隙水為主,多為潛水形式存在,少部分為巖溶裂隙水,賦存于碳酸鹽巖中,沿溶蝕裂隙,層面往東至魚梁河床排泄。魚梁河以東大片分布的是碳酸鹽巖,地下水類型主要是巖溶裂隙水,該類水受地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造作用以潛水和承壓水的方式賦存。淺部的地下水通過巖溶裂隙和層面等排泄通道下滲后往河床方向排泄,為潛水。另一部分的地下水受永樂區(qū)復式向斜構(gòu)造的影響,沿破碎的巖體下滲至深部,形成承壓水,亦是在魚梁河附近排泄,如汪家大井,見圖2。

圖2 汪家大井地下水補給示意圖

擬建隧道穿越的山脊是測區(qū)的高點,該山脊一線也是汪家大井水源地的補給邊緣。山脊出露地層為棲霞組至茅口組(P1q+m)灰?guī)r,且該區(qū)域巖層產(chǎn)狀陡傾,故該區(qū)域內(nèi)地下水主要受巖性控制。地下水接受大氣降雨補給后,沿巖層層面、溶蝕裂隙進行徑流,順地勢向魚梁河、魚洞河以泉點方式排泄。隧道區(qū)地勢較高,經(jīng)鉆孔水位測量,其地下水位低于隧道設計標高,證明該區(qū)域內(nèi)地下水位受兩條河流控制明顯,故隧道的建設對汪家大井水源產(chǎn)生襲奪的可能性極小。

位于項目右側(cè)的魚洞河流域在魚洞峽水庫蓄水后,整體抬升了場區(qū)的地下水水位。據(jù)調(diào)訪和收集到的資料顯示,魚洞峽水庫修筑后,地下水位上升。由于永樂鄉(xiāng)附近大冶組(T1d)地層巖溶程度較高,且其與汪家大井具備水力聯(lián)系,為避免水庫蓄水后水庫泄漏,魚洞峽水庫在本項目擬建永樂隧道的山脊至永樂鄉(xiāng)西南側(cè)的鐵枯山一帶設置了帶狀的防滲帷幕注漿帶[6-7]。從現(xiàn)在的水庫蓄水效果看,該帷幕注漿帶起到了較好的隔水效果,水庫蓄水已達設計標高。

3 隧道水文地質(zhì)問題分析

3.1 洞身涌水、突泥

隧道洞身穿過地層主要為C1d、P1q-m、P2c+w,其中以碳酸鹽巖地層P1q-m灰?guī)r為主。在碳酸鹽與碎屑巖接觸面上,往往巖溶發(fā)育比較強烈,可能存在較大巖溶裂隙、溶洞及豐富的地下水,隧道穿越時易造成突水、突泥等工程風險,應加強隧道的超前地質(zhì)預報檢測、超前鉆孔等措施,為制定處置方案和應急預案、保證施工安全提供基礎資料。

3.2 擬建隧道對汪家大井、魚洞峽水庫水源地影響

如圖3所示,汪家大井補給范圍巨大,其流域補給范圍位于擬建隧道南側(cè)、南東側(cè),總流域補給范圍達400km2。而擬建隧道位于汪家大井補給范圍西北邊緣處,其地勢較高,該處為一局部的分水嶺,匯水面積小,該處亦不是汪家大井泉點的主要補給區(qū),故隧道建設對汪家大井補給源影響極小。

圖3 永樂隧道、汪家大井、漁洞峽水庫水文地質(zhì)斷面圖

其次,擬建隧道設計標高在1086～1104 m之間,而汪家大井泉點出露高程為魚梁河河床的1018m,魚洞峽水庫設計蓄水高程為1075m。隧道設計標高高于汪家大井86m,隧道的建設不會對汪家大井水源產(chǎn)生襲奪作用。隧道設計標高高于漁洞峽蓄水高程29m,亦對漁洞峽水庫無影響。

最后,經(jīng)對永樂隧道Q-ZK5鉆孔進行水位測量,其鉆孔內(nèi)無穩(wěn)定地下水位,說明隧道通過地層地下水位低于隧道設計標高,證明隧道建設對汪家大井和漁洞峽水庫無影響。

3.3 施工涌水、排水對地表、地下水環(huán)境的影響

永樂隧道穿越地層以灰?guī)r為主,隧道開挖過程中可能揭露隱伏巖溶,揭露巖溶易導致突發(fā)性涌水、突泥。隧道施工中不可避免地將產(chǎn)生涌水、施工污水,由于隧道緊臨兩個一級水源保護區(qū),環(huán)境敏感度高。施工涌水、施工污水的排泄可能導致地表水體尤其是魚洞峽水庫水源地的污染,需采取合適的工程措施[8-9]處理和排泄施工污水、隧道涌水,避免對地表水源產(chǎn)生影響。另外,由于隧道區(qū)穿越的可溶巖具有較強的透水性,隧道涌水、施工污水亦可能沿巖溶裂隙、巖層層面等通道順地勢下滲進入魚洞峽水庫甚至是汪家大井,故設計和施工措施中也應考慮對巖溶底板的防滲處理,確保地表水、地下水均不發(fā)生污染事故。

4 結(jié)論

通過對隧道區(qū)的水文地質(zhì)專項調(diào)查,得出以下結(jié)論:

(1)調(diào)查區(qū)內(nèi)以永樂鄉(xiāng)附近為軸,發(fā)育一個較大規(guī)模的向斜儲水構(gòu)造,地下水主要為巖溶裂隙管道水、溶洞裂隙水,水量大,汪家大井是受該向斜構(gòu)造控制的深層巖溶承壓水,其補給范圍大,主要位于擬建隧道的南側(cè)、南東側(cè)。擬建隧道位于汪家大井補給范圍北側(cè)邊緣,其匯水面積小,不是汪家大井主要補給區(qū),隧道建設對汪家大井水源地影響極小。

(2)區(qū)內(nèi)地下水主要通過裂隙、溶隙、溶槽、落水洞接受大氣降水和地表水補給,沿構(gòu)造形跡、巖層層面、巖溶管道、通道徑流,于地形低洼和河谷地帶以泉的形式排泄。隧道施工開挖后可能改變隧道附近的水環(huán)境平衡,導致緊鄰隧道附近的泉點流量減少、斷流甚至干枯。

(3)擬建隧道設計標高高于汪家大井及魚洞峽水庫蓄水高程,隧道建設對兩個水源保護區(qū)均無襲奪作用。

(4)隧址區(qū)以灰?guī)r等可溶巖為主,巖溶發(fā)育強烈,隧道施工存在施工中污水沿巖溶通道下滲影響地下水的風險,設計和施工應采用相應的措施避免污染事件的發(fā)生。