地下工程對地下流場變化影響
——以黔中白云巖區為例

華 興，喬衛濤，曾禹人

(貴州省地質調查院，貴州 貴陽 550081)

隨著我國城市的發展，地下工程越來越多，工程建設中地下水問題也越來越突出[1，2]。近年來黔中地區開展城鎮化建設，黔中貴安新區作為山地特色新型城鎮的核心示范區，如何科學地控制預測工程活動與地下水的相互作用而產生的工程、環境地質問題，保障城市地質要素的穩定成為一個重要的課題。本文以黔中城市群貴安新區作為研究區，通過揭示近年來在地下工程規模不斷擴大的現狀下，在降雨量等自然條件影響下，白云巖中賦存地下水流場及水位動態變化規律，解析地下工程建設對地下水的影響，對今后相同條件下工程建設對地下的合理利用和規避，有序規劃發展城鎮設施建設具有十分重要的意義。

1 研究區

1.1 位置及概況

研究區位于貴州省中部(圖1)，為黔中山原二級高原夷平面地帶，整體呈西高東低走勢，地形相對高差多小于50 m。由低山丘陵和山間盆地組成。

圖1 研究區地質構造圖

研究區屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，降雨集中，4-9月雨量占全年雨量的78%，年平均降雨量達1 129.5 mm。豐富的降雨為地下水提供了充足的補給源。研究區內地下水以裂隙流、管道流為主，埋深淺且流動迅速，賦存相對較均一，工程活動一定程度上都會對地下水流場產生影響。

1.2 水文地質特征

研究區位于近南北向復式向斜西翼，地層自上而下依次為：第四系松散層、三疊系中統花溪組；三疊系中下統安順組。研究區總體呈單斜構造，主要發育有F1大斷裂影響褶曲形態。

區內含水層主要為第四系松散堆積層含水層、三疊系中統花溪組一段第二亞段白云巖巖溶含水層、三疊系中下統安順組二段白云巖巖溶含水層。之間由泥質白云巖、泥巖、溶塌角礫白云巖等地層組成隔水層。以上含水層在地下工程因素誘發下經不同尺度通道改變地下水動力場。

2 地下水流場特征

研究區存在兩個相互獨立的地下水集中排泄系統，結合近5 a來，受工程活動影響程度不同，天然狀態下的地下水動力場發生變異特征和規律，分析兩個系統時空演化規律亦呈現的差異性。

2.1 地下水位動態變化

自2020年7月21日至10月13日地下水系統各監測點水位動態變化(圖3)可以看出，研究區野雞坡地下河與中八地下河在地下工程活動的影響下，地下河上下游動態特征產生顯著的分異變化，表明地下工程對地下水系統通過改變水斷面，從而影響地下水水力梯度和地下水動態變化特征。

野雞坡地下河水位動態曲線(圖2a)，表明在地下工程上游水位比下游高4.5～10 m，且上游水位變幅平緩，最高水位1 248.815 m，最低水位1 248.654 m，水位峰值出現在9月13日強降雨后，變幅僅0.09 m。下游水位最高水位1 238.058 m，最低水位1 234.846 m，變幅比上游高一個數量級，水位峰值出現在9月14日后，較上游峰值晚一日。反映出因地下工程縮小過水斷面，導致上游地下水阻滯，不僅抬高地下水水頭，同時調節系統徑流條件。

中八地下河水位動態曲線(圖2b)，最高水位1 244.719 m，最低水位1 237.829 m，變幅6.89 m，顯示出隨降雨暴起暴落的響應特征。在研究區僅在地表有少量道路和淺表廊管工程，反映出淺表工程對地下水系統流場變化無影響，地下水仍然表現出明顯的山區雨源性地下河特征。

圖2 地下水位動態變化

2.2 地下水梯度場演化規律

研究區自1982年開展水文普查，這一時期地面僅有少量磚瓦房，無基礎建設工程活動，人類活動對地下水的影響程度相對較弱，地下水為天然狀態。地下水系統間以自然隔水層為界，分別向汪官河排泄，地下水埋深較深，野雞坡地下河總水力坡度為19‰，中八地下河總水力坡度為16‰，水力梯度由1 246 m水平向1 228 m水平平緩變化(圖3a)。

2020年，隨著地下廣場、地鐵線路、道路網絡等工程的實施，地下水流場發生了劇烈變化。圖3b是2017年基礎建設初步完成之后地下水水位變化現狀，可見潛水位明顯抬升，尤其兩個集中排泄系統，野雞坡地下河水力坡度變緩為9.1‰，中八地下河水力坡度變緩為10.3‰，因道路路基換填和深基坑開挖把場區分散排泄系統也割裂為互無聯系的8個子系統。反映出地下工程上游流場梯度線增密，使地下水源源不斷向地下建筑物內滲漏；下游水力梯度減緩，地下水緩慢向下游滲出；導致地下建筑內常年積水。

圖3 地下水流場變化

3 地下水流場變化主要影響因素分析

眾多學者在地下水量變化與降雨量之間的關系做了大量研究，但在工程尺度，人類活動對地下水流場的階段變化影響更為顯著[3]。

3.1 水利工程對地下水流場的影響

勘查區汪官河是區內各地下河系統的排泄基準面，歷年來地下水排泄點水頭隨著地表河水位變化而變化。至2017年修建3級景觀壩以來，汪官河上游水位由1 228 m提升至1 234.5 m，提升了6.5 m，中游水位由1 227 m提升至1 231.5，提升了4.5 m。同時野雞坡地下河下游水位由1 227.1 m提升至1 234.5 m，提升了7.4 m；中八地下河下游水位由1 230 m提升至1 232.82 m，提升了2.82 m。排泄區水位的變化直接影響了地下水系統水力坡度，減少了下游段水位埋深。

3.2 深基坑開挖對地下水流場的影響

基于2007年測繪區域地形圖與2019年遙感影像對比，勘查區最典型的深基坑工程即為地鐵S1號線建設工程，基坑由北西向南東施工，貫穿勘查區，基坑最深處達12 m，最寬處達90 m，基坑底板標高深于區內各地下水系統水頭以及排泄基準面標高，開過程中基坑北西段誘發了地下突水，導致坑內長期積水，增加了施工難度和工程成本。深基坑工程人工切斷了南北兩側地下水水力聯系，形成新的地下水系統邊界。

3.3 地下空間利用對地下水流場的影響

從圖至圖等水位線變化趨勢可看出，因貴安高鐵站地下廣場的修建，而造就的地下水降深漏斗的形成與擴展，已永久改變了區域地下水流場特征。如地下廣場北西側地下水流場網上游水頭等值線線加密，造成地下水繼續向地下建筑物內滲漏。地下水流場下游等值線變疏，且1 244 m等值線上移，使下游水力坡度變小，地下水緩慢出流，造車地下建筑物長期積水難消。

3.4 城鎮化建設對地下水流場的影響

由于城市化進程的加快，許多原來的農田、階地都被換填、開挖為交通道路，分割了原有完整的地下水流場，由兩岸兩個完整的分散系統，切割為相互無水力聯系的6個子系統。加之道路兩側的堆填大量填土和住房建設工程，急劇擴張工程中引發的土地類型改變導致了降雨入滲補給量減少。

4 結語

(1)研究區地下水流場分析結果表明，地下工程對地下水流場影響是相互且長期的，將導致工程外延一定范圍內地下水流場格局變化。

(2)地下工程導致上游水位阻滯，抬高地下水頭，穩定流場動態變化，同時誘發建筑物內突水，造成經濟損失。

(3)地下水工程周邊地下水頭上升明顯，導致浮托力增加，致使原有設計不能有效應對新水文條件，容易引起工程結構的破壞。