連樂鐵路飛鳳山隧道工程對地下水環境的影響預測

王偉偉 鄭肖玄

（四川省地質礦產勘查開發局四0五地質隊 四川 都江堰611830）

連樂鐵路飛鳳山隧道工程對地下水環境的影響預測

王偉偉 鄭肖玄

（四川省地質礦產勘查開發局四0五地質隊 四川 都江堰611830）

本文以連樂鐵路飛鳳山隧道為例，在工程地質勘察及施工建設中涌水量實測數據的基礎上，采用三維數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境的影響． 分析結果表明，隧道最大涌水量為1487.0m3/d，隧道進出口處影響半徑在30-40m左右。綜合來看，飛鳳山隧道對地下水環境影響微弱。

地下水環境隧道施工涌水量三維數值分析

0 引言

連界至樂山鐵路主要跨越四川省樂山市五通橋區、井研縣，眉山市仁壽縣、內江市威遠縣，沿線資源分布豐富，工業經濟比較發達[1]。飛鳳山隧道作為連樂中最長的隧道，兩側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境的影響，并預測評價其在施工期和運營期對地下水環境影響的范圍和程度[2]，有著重要的理論和實際意義。

1 隧道水文地質條件分析及涌突水災害預測

1.1 水文地質條件

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

1.2 隧道涌突水災害分析

隧道區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以后穿越灰巖段涌突水水量不大，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雨季施工時需加強超前預報，做好監測防范工作。

圖1-1 飛鳳山隧道地質平面示意圖

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

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

2 基于地下水動力學法的隧道地下水環境影響預測

隧道線處于地下水位以下，采用地下水動力學方法計算隧道涌水量。

根據含水巖組、巖層的富水性及地質構造將隧道分為2段：D1：CK33+305-CK35+390砂泥巖段，D2：CK35+390-CK35+740灰巖段，運用地下水動力學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方法的涌水量預測結果

3 基于數值法的隧道地下水環境影響預測

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域進行平面上的細化剖分，設計深度300m～600m，Z方向取300m，在隧道區域進行細化剖分后，總包括14層。

3.1.2 邊界概化

根據區內地下水滲流場特征和地層結構的分析，將研究區邊界條件類型確定如下：模擬區地下水補給類型主要靠大氣降雨下滲補給，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。根據該區水文地質資料以及相關文獻，模型范圍內降雨入滲系數取平均值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 水文地質參數的選取與模型校驗

3.2.1 水文地質參數的選取

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

表3-1 模擬選取的滲透系數

3.2.2 模型校驗

在建立空間物理模型以后，首先進行初始滲流場的擬合，對初始水位以及各個參數進行校正。首先對模型進行5年穩定流計算，計算結果作為模型的初始水位，再進行非穩定流計算。本次運用非穩定流對地下水初始滲流場進行擬合，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，圖中紅色區域為高水頭分布區(480~510m)，藍色區域水頭值相對較低（410～430m）。

圖3-1 天然條件下地下水三維滲流場

為了檢驗模型擬合的程度，本次以鉆孔CZ4-2作為水位的觀測點，進行模型的校驗，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，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特征分析

工程期結束后，施工不再繼續，開挖區經過回填及防滲處理，地下水水量和徑流及循環交替將逐漸恢復。模型假設隧道已全部貫通，做全面封堵工況下，地下水滲流場的恢復情況，圖3-4為進行封堵后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 綜合分析預測

飛鳳山隧道的涌水量由解析法預測約為1487 m3/d，由數值法預測約為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運營和服務期滿，被擾動的地下水系統會慢慢恢復到天然狀態。因此可以判定。

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

4 結論

綜上所述，通過對飛鳳山隧道水環境進行三維數值模擬分析，可得知如下結論：

（1）在隧道CK35+390以后段和CK35+390雨季施工時需加強超前預報，應做好監測防范工作。隧道施工對涼風水庫和陳家溝水庫均無影響。

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

（3）綜合來看，飛鳳山隧道對地下水環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運營和服務期滿，被擾動的地下水系統會慢慢恢復到天然狀態，可以判定隧道對地下水環境影響微弱。

[1]Juan Ramon Raposo，Jorge Molinero，Jorge Dafonte.Quantitative evaluation of hydrogeolog原ical impact produced by tunnel construction using water balance models[J]Engineering Geol原ogy,2010.116(3-4):323-332

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

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

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

[6]張琳.隧道與地下水環境相互影響計算 [J]交通標準化.2009(5)：146-143.

X[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-377-2

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