福州登云隧道開挖對登云礦泉水的影響分析及對策

劉興學

（福建省地質工程勘察院，福建福州350002）

新店外環路東段項目主線起于福州市晉安區前橫路，新建三環路園中互通，經登云隧道至新店片區，并建設新店互通與新店外環路西段相接，終于新店外環路西段與山北路交叉口，全長3.73km，為城市快速路，設雙向六車道。其中，園中互通、新店互通、登云隧道是項目的核心工程。登云隧道位于登云礦泉水西側55m，由東南向西北方向展布。

1 工程概況

1.1 福州登云隧道工程概況

福州登云隧道（K0+000～K2+343）全長2343m，雙洞雙向六車道，每個隧道寬15.0m，洞高約8.5m。其中K0+000～K1+020段隧道為暗挖段，K1+020～K1+360段隧道為基坑明挖段，K1+360～K2+343段隧道為暗挖段。隧道埋置深度約為10～130m，擬采用礦山法施工；K1+020～K1+360段隧道埋置深度一般小于4m，設計擬考慮明挖施工[1]。

1.2 登云礦泉水概況

福州登云礦泉水位于福州市晉安區登云村下山尾自然村南西500m，登云水庫北側。該礦泉水為偏硅酸重碳酸鈣鈉型礦泉水，水溫、水量較為穩定[2]。福州市晉安區登云礦泉水開發有限公司于1989年9月辦理了礦泉水生產采礦許可證，進行礦泉水生產，工程規模4860t/a；2012年6月，礦泉水廠經過升級改造，工程規模達10800t/a。現為福建水仙山泉飲用水有限公司開發，生產水仙牌山泉飲用水。

2 地質特征

研究區地層出露較為簡單，主要出露第四系更新統、全新統長樂組、殘積層和侏羅系上統南園組晶屑凝灰巖（J3n）。侵入巖為燕山晚期侵入體，巖性主要為花崗閃長巖、中粒含黑云母花崗巖、長石花崗巖和花崗斑巖。此外，還有不同期次的脈巖，巖性為花崗斑巖、正長斑巖、閃長斑巖、閃長玢巖和輝綠巖，花崗斑巖和正長斑巖脈等較集中分布于登云礦泉水周邊，呈北東東向密集出露，一般長300～500m[3]。

研究區位于福州—永泰北東東向斷裂構造帶中部，構造形跡以斷裂為主，并伴有北北西向斷裂構造。其中北東東向構造以壓扭性斷裂、中酸性脈巖帶、密集節理、壓劈理以及動力變質帶組成[4]。區域上主要斷裂有苗圃斷裂（F1）、虎崗山斷裂（F2）、鐵坑山斷裂（F3）、烏山斷裂（F4）；北北西向張扭性斷裂：具有多次活動的特征，是主要充水構造。主要斷裂有洪山橋斷裂（F5）、八一水庫—王莊斷裂（F6）、鼓山斷裂（F7）。

2.1 礦區地質條件

登云礦泉水位于山間洼地的邊緣，四周低山丘陵，東面園主山海撥597.30m，北面寨頂山海撥182.00m，東南面為鐵坑山，海撥292.10m，西面有炮山、虎崗山海撥116.60m和182.40m，登云溪由北東向南西方向徑流，經登云水庫流入化工河，后匯入閩江。

登云礦泉水直接出露于燕山晚期花崗閃長巖和花崗斑巖脈的接觸帶上，附近基巖還有燕山晚期中粒含黑云母花崗巖，脈巖走向北東東向，傾向南東，傾角70°～80°，泉水附近基巖表面有薄層風化殘積層覆蓋，第四系沖洪積砂礫卵石和砂質粘土沿登云溪兩側狹長條帶狀分布，構成一、二級階地。

虎崗山斷裂（F2）是控制礦泉水的主要構造，斷裂帶中巖石破碎，節理裂隙發育，蝕變強烈，并見擠壓構造角礫巖，構造破碎帶給地下水徑流賦存提供了良好的通道，鉆孔揭破碎帶時，出現大量漏水現象，單孔涌水量最大達363m3/d，在地表可見破碎帶有多次脈巖侵入。登云礦泉水位于該斷層的東南側，礦泉出露于花崗斑巖脈中，地下水的補徑排與該構造具有直接的水力聯系。

2.2 水文地質條件

研究區地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水含水巖組、基巖風化孔隙裂隙水含水巖組和基巖構造裂隙水含水巖組三種類型[5]。

（1）第四系松散巖類孔隙水含水巖組：含水層巖性為砂礫卵石等，厚度3.0～15.0m，為孔隙潛水。含水層頂板為素填土、粘性土，底板為殘積粘性土或中（微）化花崗巖。含水層主要分布在礦區東側沿登云溪及周邊分布。

（2）基巖風化孔隙裂隙水含水巖組：含水層巖性主要為強風化(散體—碎塊狀)花崗巖，厚度5.0～40.0m。地下水主要賦存于巖石風化孔隙裂隙中，為似層狀含水層，地下水位埋深3.0～15.0m。地下水以潛水為主，局部為承壓水。含水層頂板巖性為殘積粘性土或殘積砂質粘性土，為相對隔水層，厚度1.0～5.0m，底板巖性為中（微）化花崗巖，含構造裂隙水。該含水層在礦區北側、東側及南側均有分布，分布較為廣泛。

（3）基巖構造裂隙水含水巖組：含水層巖性主要為中（微）風化花崗巖、花崗斑巖等，含水層呈脈狀分布，地下水具各向異性，地下水主要賦存于基巖構造裂隙碎破帶、脈巖與花崗巖接觸破碎帶中，含水層呈條帶狀分布，兩組斷裂構造交匯處巖石破碎為地下水的主要富集帶。地下水位埋深一般為0～3.0m，地下水以承壓水為主。登云礦泉水為該層水，出露于花崗斑巖與花崗巖接觸帶部位，地下水水頭高出地表呈自流狀態。

3 隧道開挖對礦泉水的影響分析

登云隧道開挖走向為NW290°，隧道線路全長2343m，雙洞雙向六車道，每個隧道寬15.0m，洞高約8.5m，隧道埋置深度約為4～130m，擬采用礦山暗挖法施工，其中K1+020～K1+360段隧道埋置深度一般小于4m，設計擬考慮明挖施工。隧道路面設計由南至北標高為46.7～70.0m；礦泉水廠區及隧道北段YK1+320～YK1+360為明挖施工，YK1+360～YK1+380為暗挖施工，路面高程為52.0～61.0m。隧道在施工過程中在洞兩側均設有縱向排水溝（圖1），隧道建成后形成洞內、洞外兩套排水系統，將地下水通過縱向排水管排出隧洞口。隧道通車運行后，保留隧道內、外排水系統，隧道排水長期存在。

登云隧道K1+020～K1+360段擬考慮明挖施工，地下水將通過人工井點降水。隧道建成后，隧道內設有排水系統并與前后隧洞連接，內排水管坡度同隧道縱坡，將隧洞內水排至隧道進口處匯入洞外路基邊溝排走。因此，隧洞施工時期及建成后，對隧道底板之上的地下水起一種長期疏干作用，最后達到均衡穩定的狀態。隧道周邊的地下水因隧道開挖導至水位下降，隧道建成后其地下水水位不會恢復到隧道開挖前的水位。

由于隧道走向與研究區內的主要含水構造F2及脈巖走向呈大角度相交，隧道開挖過程及建成后的排水，將引發形成以隧道軸線為中心的水位降落漏斗，即隧道周邊區域地下水向隧道內徑流并通過隧道排水溝向地表排泄。使周邊地下水呈長期定水頭疏干狀態，隧道開挖前后地下水位變化見圖2。根據周邊同類型水文單元地下水供水井的水文地質參數，采用類比的方法[6]，假設礦泉水廠附近隧道水位穩定標高為45m（即降深20m左右），涌水量300m3/d，滲透系數為0.479m/d，影響半徑為138m（降深50m，影響半徑達300m），通過計算，隧道西側的登云礦泉水自涌泉處的水位下降深度達9m（標高54.0m），低于井底標高(60.0m)約6.0m，該井將呈干枯狀態；隧道建成后其地下水位不會恢復至原位。因此，隧道開挖及建成后將直接導致登云礦泉水自涌泉干枯。

4 對策

登云礦泉水自涌泉西側為基巖及脈巖隆起區，地下水直接從基巖裂隙中涌出，為基巖構造裂隙水。登云隧道中的地下水和自涌泉井同屬于一個含水層，由于隧道開挖標高低于礦泉水出水位置標高，隧道開挖會引起沿隧道軸線周邊地下水位的下降，形成地下水位降落漏斗，對礦泉水自涌泉有疏干的作用，影響礦泉水廠的生產。隧道開挖對深層地下水影響較小或無影響。因此，登云礦泉水水源可以通過淺井開采改為深井開采，以減輕或避免隧道開挖對礦泉水廠生產的影響。

登云礦泉水廠區受北東向構造的影響，基巖裂隙較為發育，為地下水的賦存運移創造了有利條件。登云隧道開挖對礦泉水廠區標高46m以上的地下水影響較大，對深部地下水影響有限。礦泉水廠區地下水含水層有風化帶孔隙裂隙水和基巖構造裂隙水兩種類型，基巖風化帶孔隙裂隙水為似層狀含水層，大部分地段為潛水，局部為承壓水，該層地下水受人類工程活動影響較為明顯，該層地下水多項指標（如氨氮、細菌總數等）達不到礦泉水水質要求[7]；基巖裂隙水主要賦存于花崗斑巖與花崗巖接觸帶、構造斷裂破碎帶中，地下水主要受山區降水入滲補給，在低洼區多數向上部風化帶孔隙裂隙含水層補給，或以泉的形式排泄于地表，受人類工程活動影響較小，地下水質較好。

圖1 登云隧道洞內和洞外排水系統示意圖

圖2 登云隧道開挖帶前后地下水位線變化圖

通過對礦泉水廠區地下水補、徑、排條件及隧道工程的結構特征進行綜合性分析，區域性斷裂構造F2長約14km，斷裂帶切割較深，地下水補給源較遠，水量豐富，水質較好，是場地內理想的替代水源，在礦泉水廠區其埋深約300～400m，可通過鉆孔揭露該含水層（詳見圖3），采用深層地下水作為礦泉水源。通過潛水電泵開采礦泉水，能保證礦泉水廠生產的用水量要求，且能有效減輕或避免因人類工程活動給礦泉水源造成的污染。深層地下水經過深循環作用，部分礦物質背景值有偏高的可能（如氟離子、偏硅酸、礦化度等），水質能否達到礦泉水質標準要求，應進一步進行勘探工作，以探采結合的形式進行勘探工作效果較好。

圖3 隧道走向與F2構造及脈巖關系剖面示意圖

5 結語

登云隧道施工開挖及建成后，由于地下水匯流的作用，沿隧道軸線將形成地下水位降落漏斗，對隧道沿線周邊淺層地下水影響較大，將導至大部分淺井、自涌泉消失。登云礦泉水自涌泉井因水位下降可能出現干枯現象，影響礦泉水廠的生產。

為避免隧道開挖對礦泉水廠生產的影響，可通過施工深井等措施。建議在礦泉水廠區內F2斷裂構造通過的位置施工一口探采結合井，孔深300～400m段的地下水，并進行抽水試驗和水質分析。若分析結果水質達到礦泉水要求，可作為礦泉水廠的替代水源，以解決由于隧道開挖給礦泉廠生產造成的影響。