巖溶區隧道建設引起的地下水環境效應評價分析
——以重慶主城區鹿角隧道為例

胡 偉，任亞飛，黃唐林，陳 志

(重慶市勘測院，重慶 401123)

隧道建設的地下水環境效應指由于隧道工程建設引發的原有地下水環境及地下水滲流場的改變，主要表現為隧道開挖中導致在隧道影響范圍內地下水位急劇下降，大量泉點、地表水點干涸。目前大量學者[1-6]在對建設隧道研究時提出，隧道建設會造成地下水循環失衡和地下水資源流失等生態環境問題，引起區內地表塌陷、井泉點干涸、土地減產等一系列效應。根據不完全統計，在重慶主城區的隧道建設中，僅僅中梁山、明月山、銅鑼山和縉云山“四山”地區因修建隧道就造成地面塌陷200余處，致使井、泉減少或消失共計363處，導致水田旱化面積超過5萬畝，還造成大量地面建筑物損壞，對區域生態環境造成了嚴重影響。因此，新建隧道對地下水水文地質環境影響應引起重視。本文以重慶主城鹿角隧道建設為例，分析擬建隧道建設引起地下水環境效應范圍及對地下水環境效應影響。

1 工程概況

鹿角隧道屬于重慶市巴南區和南岸區交界的南山山脈，為分離式雙洞雙向六車道隧道，凈寬13.0 m，凈高8.0 m，洞間距42 m，設計速度60 km/h，雙向6車道，全長約3.7 km，設計起點路面高程252.056 m，終點路面高程336.266 m，設計坡率2.5%。

1.1 自然地理條件

鹿角隧道工程位于重慶市南岸區和巴南區，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年最大降雨量1 544.8 mm，日最大降雨量266.5 mm(2007.7.17)，日降雨量大于25 mm以上的大暴雨日數占全年降雨日數的62%左右，多年平均蒸發量1 138.6 mm。

隧址區地表水體主要為地表水沖溝，大體上沿北東～南西向發育，多在巖性相對軟弱的丘陵區蜿蜒，受季節性降雨影響較大。受構造和地形地貌影響，區內山頂槽谷區地表水沿構造走向自北向南沿沖溝匯入花溪河，花溪河自東向西再匯入長江。

1.2 工程地質條件

擬建場區內地層由上而下依次為第四系全新統人工填土層(Q4ml)、崩坡積層(Q4col+dl)、殘坡積層粉質粘土夾碎塊石土(Q4el+dl)；下伏基巖為侏羅系中統新田溝組(J2x)泥、頁巖，下統自流井組(J1-2z)泥巖為主和珍珠沖組(J1z) 砂、泥巖段為主；三疊系上統須家河組(T3xj)砂、泥巖，中統雷口坡組(T2l)灰巖，下統嘉陵江組(T1j)灰巖為主，下統飛仙關組(T1f)分為泥、灰巖為主。

鹿角隧道位于南溫泉背斜兩翼，構造線多呈NNE～SSW向；節理(裂隙)發生與構造運動密相關，以構造節理、層面為主，節理走向NEE～SWW和走向NW～SE兩組較發育，多呈密閉型，部分為微張型，少有充填物。

圖1 鹿角隧道工程地質圖

圖2 鹿角隧道區域地質剖面圖

1.3 水文地質條件

擬建鹿角隧道穿越南溫泉背斜，受構造及地層影響，中部可溶巖地層被須家河一段相對隔水層阻隔，形成了獨立的地下水系統，碎屑巖含水層內部由于隔水層(須家河一段)的存在，也形成了相對獨立的地下水系統，對擬建隧道可能產生影響的地下水主要為水平徑流帶內的地下水，細分為可溶巖地下水和碎屑巖裂隙水下面分別對其補、徑、排特征進行敘述：

1.3.1 可溶巖地下水補、徑、排特征

可溶巖地下水主要位于南溫泉背斜軸部及兩翼，根據隧道穿越區南、北側地下水徑流、排泄特點，分別對隧道北側和南側地下水補、徑、排特點進行分析。

隧道北側：隧道北側可溶巖地下水主要沿老龍洞暗河系統進行徑流、排泄，地下水主要靠大氣降水、周邊居民生活用水補給，受區內垂直巖溶發育影響，地表雨水入滲系數大，入滲較快，地表水經巖溶洼地、漏斗、落水洞匯集后沿巖溶管道、溶隙迅速向南南西(SSW)方向徑流，地下水類型以可溶巖溶洞溶隙水為主，以空間運動、混合流的方式進行，徑流巖溶管道較寬大，徑流距離較長，長者徑流途徑可大于5 km，部分地下水主從泉點和老龍洞暗河出口流出地表，以地表河流的形式繼續向南徑流，其余未排泄的地下水繼續向南徑流，最終匯入花溪河。擬建隧道主要穿越隧道北側地下水的排泄區。

隧道南側：隧道南側地下水主要為降雨補給，西槽谷地下水排泄高程高于地表的匯入溪溝內，形成地表水，其余以地下水的形式繼續向南徑流。東槽谷地下水受區內垂直巖溶發育影響，地表水經巖溶洼地、漏斗、落水洞匯集后沿巖溶管道、溶隙迅速向南或南南西(SSW)方向徑流，地下水類型以可溶巖溶洞溶隙水為主，主要從龍洞灣暗河出口流出地表，最終匯入花溪河。擬建隧道主要穿越隧道南側地下水的補給區。

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1.3.2 碎屑巖地下水補、徑、排特征

碎屑巖含水層主要為南溫泉背斜兩翼砂巖山嶺地層，地下水主要接受大氣降雨補給。區內地表多基巖出露，裂隙不發育～很發育，地形上形成條帶狀山脈，雨水經地表滲入后沿裂隙在條帶狀山脈中順層運移，于橫向深切溝谷內出露地表，出露形式一般呈淋雨狀、滴水狀，該類地下水一般補給面積較小，距離較短，流量較小，部分位于礦坑內、破碎帶或裂隙發育帶處呈線狀或脈狀涌出，調查時流量一般小于2 L/s，具有局部特點。受砂巖山體較大較長影響，一般地下水靜儲藏量較大。

2 水文地質環境影響范圍

2.1 影響范圍橫向邊界

在橫向上(隧道方向)，隧址區總體屬于近于對稱的背斜儲水構造，背斜兩翼的侏羅系和須家河組和雷口坡組，背斜軸部為嘉陵江組和飛仙關組構成，如圖2。兩翼侏羅系地層屬碎屑巖含水巖組，含水貧乏，屬隔水層，隧道建設時地下水漏失少，隧道施工引起的地下水位下降不會引發地面塌陷問題；兩翼須家河地層形成雄厚山體，地表覆蓋層薄，須家河地層中的砂巖屬中等富水的含水巖組，其中的煤系地層為隔水層，地下水賦存于砂巖裂隙性中，隧道施工引起的地下水位下降不會引發地面塌陷，但會引起泉干枯；三疊系下統嘉陵江組和中統雷口坡組等含巖溶角礫巖、石膏層的可溶性碳酸鹽巖類組成，為極富水的碳酸鹽巖類巖溶水含水巖組，隧道標高低于含水層中地下水位時，隧道兩側的地下水均從隧道排泄，地下水原來的流向、水力坡度和流速均會發生改變，從而打破了地下水原來的均衡狀態。

由此隧道施工排水將導致碳酸鹽巖中的地下水位下降進而引發地面塌陷、泉井干枯、土地退化等一系列環境地質問題，地下水漏斗得橫向邊界應確定到灰巖地層邊界。

2.2 影響半徑

根據《環境影響評價技術導則—地下水環境(HJ 610-2011)》推薦排水渠和狹長坑道線性類建設項目的地下水水位變化區域半徑采用泰斯計算，公式如下(公式1和公式2)。計算結果見表1。

影響半徑計算成果均以含水介質各項同性為基礎且未考慮任何堵水措施，同時槽谷區地下水具有由北向南流的趨勢，地下水漏斗在隧道兩側是不對稱的，隧道以北的影響半徑應大于隧道以南,因此鹿角隧道可溶巖地層的影響半徑為：北側約2.1 km，南側約1.9 km。

(1)

(2)

式中：R為影響半徑，m；H為含水層厚度，m；K為含水層滲透系數，m/d，取值同前；μ為重力給水度，無量綱，須家河砂巖取0.025，雷口坡組和嘉陵江組碳酸鹽類取0.05；t為排水時間(d)，按施工通過該段時間考慮，取1.5 a(540 d)；W為降水補給強度，取多年平均降雨量1 000 mm/y，為0.002 78 m/d。根據勘察報告[7]，滲透系數K取值為：T3xj砂巖、泥巖夾煤層滲透系數為0.15 m/d；T2l白云質灰巖、白云巖、泥灰巖滲透系數為0.65 m/d；T1j1灰巖滲透系數為0.56 m/d；T1j2灰巖、角礫巖滲透系數為1.5 m/d,；T1j3灰巖滲透系數為0.24 m/d；T1j4灰巖、角礫巖滲透系數為1.12 m/d。

3 地下水環境效應影響評價

3.1 巖溶塌陷評價

巖溶塌陷是由多種不利要素綜合作用的結果，對自然或人為誘發塌陷因素的作用較為敏感的地段。區內巖溶塌陷基本上分布在東西巖溶槽谷之中，具備匯水條件好、為可溶巖石，且巖溶發育，特別是淺表垂直循環帶內巖溶極為發育，巖溶發育易形成連通性較好的溶隙、溶洞，具備了產生巖溶地面塌陷的基本物質條件。場地附近地下水位迅速下降、井泉干枯及流量減少的地帶也可形成巖溶塌陷。在地表土層較厚地段還會發生土洞。巖溶塌陷的還會產生一些伴生現象：主要表現為地面下沉、地面開裂、建筑物變形。

表1 解析法地下水影響半徑預測表

3.2 對井、泉的影響評價

隨著隧道的開挖，將形成以隧道為中心的地下水降落漏斗，疏干隧道標高以上地下水，致使影響范圍內地表井泉點、地表水體出現流量減小或斷流、水位下降等現象。

3.3 對暗河的影響評價

3.3.1 老龍洞暗河(RD7)

老龍洞出口位于鹿角隧道正上方，暗河水位與區域地下水位一致，鹿角隧道開挖一旦形成地下水漏斗，枯水期老龍洞出口將斷流(如圖3)，即使采取限排措施，水位出現較小的下降也會導致老龍洞流量大幅減小。老龍洞暗河斷流將直接影響下游水塘的水源補給；同時老龍洞暗河斷流可使暗河出口以下明流的水量急劇減小。

圖3 老龍洞暗河影響示意圖

3.3.2 龍洞灣暗河

龍洞灣暗河出口位于鹿角隧道以南3.2 km，其暗河發源于“七孔壩”、“大周家溝”巖溶洼地(隧道以北1 km)，擬建隧道位于該暗河的補給區內，隧道開挖對龍洞灣暗河的流量影響較大。

3.4 對地表水體的影響評價

根據水文鉆孔揭示的地下水位來看，槽谷區地下水位普遍低于地面水塘的底標高，隧道開挖會形成地下水漏斗，地下水位急劇下降，將導致影響區內的水塘被快速或逐漸疏干。在地表水體的疏干的區域，還易引發地面塌陷。

3.5 對土地資源的影響評價

隧道建設引起的水源漏失和施工擾動會改變或破壞原有土地的形態，如地表塌陷、開裂等，塌陷和開裂的土地無法進行農田作業，且給當地村民帶來恐慌與不安，導致塌陷及其周邊的不少農田被迫放棄，造成絕產。土地塌陷增大了原地面坡度，擾亂了原來相對穩定的土壤結構，水、肥沿傾斜的地面流失和沿裂開的地縫漏失，且水土流失還會帶走土壤中的肥料，土壤肥力不斷下降，易造成農作物不斷減產。

4 結語

鹿角隧道修筑會對該區域地下水文地質環境造成較大影響，建議項目實施前應充分考慮隧道施工影響區內的水文地質影響及地表建、構筑物影響，在項目實施前應對整個場地內的地下水水文地質環境進行長期觀察，掌握地下水的動態變化。在隧道的開挖施工中，還應采取施工保護措施，避免強烈的爆破對隧道附近巖層和地下含水層造成破壞。