隧道水文地質環境變化及其對生態環境的評估

王仕遠

（貴州省地質礦產勘查開發局一○四地質大隊，貴州 都勻 558000）

如何構建更加完善的社會生態環境，是當下社會國內外關注的共性話題。在早期國家經濟高速發展與建設的背景下，群體以掠奪社會資源、過度消耗自然環境，換取對地區經濟發展能力的提升。但此種方式對于社會生態環境可持續發展所造成的代價是十分巨大的，無節制地掠奪社會資源，只會造成社會中不可再生資源越來越少、對自然生態社會環境的破壞較大、自然災害發生的次數越來越頻繁、動植物生存環境被破壞導致生態環境失衡。在針對此方面的研究中發現，對社會發展造成最為直接的影響表現為對水文地質環境變化的影響。隧址區地處黔中山原丘陵中部。隧道進出口均位于斜坡上，進口自然坡度35°～45°，出口自然坡度10°～20°。場區海拔1248～1465m，相對高差217.0m；隧道軸線通過地段的地面高程為1267.6～1457.8m，相對高差為190.2m。地貌類型主要為侵蝕—溶蝕低中山地貌。隧址區屬長江流域烏江水系。隧道區無地表明流通過，地表水系不發育。在針對水文地質環境的相關市場調研中，通常會從地下水、水質、土質等方面，對水文地質環境進行描述。基于我國當下市場經濟發展的趨近與穩定，社會及相關單位已關注到生態環境建設的重要性，并在各大地區生態環保局內制定了與建設良好地區生態環境支撐政策，致力于通過此種方式解決社會對于可不再生資源消耗過度的問題。

1 隧址區氣象水文變化相關數據獲取

區內地處低緯度高海拔的云貴高原山區，四季溫度適宜，有充足的日照時長，沒有極寒與極熱的季節，年平均氣溫在14.8℃，最冷月均溫4.6℃，最熱月均溫23.6℃；年平均降水量為1128mm，日最大降雨量234.9mm（1999 年 6 月 30 日），月最高降水量為335.3mm（2012 年5 月），月最低降水量為16mm（2007年11 月），全年無霜期為278d。年日照時數1160h 左右，無霜期280d 以上。每年5～9 月月降雨量大于100mm，累積降雨量約占全年降雨量的69%，為豐水期；每年3～4 及10～11 月月降雨量為50～100mm，累積降雨量約占全年降雨量的25%，為平水期:每年12月至翌年3月降雨量小于50mm，為枯水期。

2 隧址區水文地質條件概述

2.1 隧址區巖溶發育特征

隧址區地表巖溶形態有以下幾種類型：

（1）溶洞：①溶洞RD1：位于路線YK25+580 右側30m 處，洞口直徑約3m，可見深度5m。對隧道無影響。②溶洞RD2：位于路線ZK25+660左側70m處，洞口直徑約10m，可見深度30m。對隧道無影響。③溶洞RD3：位于路線ZK26+012 右側11m處，洞口直徑約1m，可見深度2m，對隧道無影響。④溶洞RD4：位于路線YK26+195 左側40m 處，洞口直徑約5m，可見深度15m，對隧道無影響。⑤溶洞RD5：位于路線ZK26+202左側22m處，洞口直徑約5m，可見深度15m。溶洞位于隧道開挖區內，對隧道有影響。

（2）巖溶洼地：①巖溶洼地W1：位于YK24+450左側12m 處，直徑約20m，洼地內無落水洞發育，為雨季地表水的下滲通道。隧道位于洼地下方，對隧道有影響。②巖溶洼地W2：位于ZK24+500 處，直徑約25m，洼地內無落水洞發育，為雨季地表水的下滲通道。隧道位于洼地下方，對隧道有影響。③巖溶洼地W3：位于ZK24+580左側100m處，直徑約25m，洼地內無落水洞發育，為雨季地表水的下滲通道。對隧道無影響。④巖溶洼地W4：位于ZK25+030左側120m處，直徑約60m，洼地內無落水洞發育，為雨季地表水的下滲通道。對隧道無影響。⑤巖溶洼地W5：位于ZK25+550處，直徑約10m，洼地內無落水洞發育，為雨季地表水的下滲通道。隧道埋深位于洼地下方，對隧道有影響。⑥巖溶洼地W6：位于ZK25+650 左側72m 處，直徑約40m，洼地內有一落水洞YD2發育，為雨季地表水的下滲通道。隧道埋深位于洼地下方，對隧道有影響。⑦巖溶洼地W7：位于ZK24+950左側325m處，直徑約140m，洼地內無落水洞發育，為雨季地表水的下滲通道。對隧道無影響。

2.2 物探探測的巖溶發育情況

根據初勘資料，初勘布設了一條大地電磁法EH4測線，并結合相關地質資料，解釋發現多個較為明顯的異常點，隧道開挖時需加強防范。其中，異常A、B、C分別在ZK23+957、ZK24+043、ZK24+155位置附近，位于隧道附近或經過隧道，表現為視電阻率較低，推測巖體破碎，裂隙發育，為導水裂隙帶；異常D、E、F、G分別在ZK24+229、ZK24+342、ZK24+439、ZK24+598附近，位于隧道附近或經過隧道，表現為中心低阻，周圍高阻，推測為巖溶發育，可能存在溶洞，為導水通道；異常H在ZK24+924～ZK24+964段，位于隧道下方附近，推測巖體破碎，裂隙發育，為導水裂隙帶。在ZK25+055～ZK25+237段有3個異常點：I、J、K，位于隧道附近或經過隧道，表現為向左斜向低阻，推測為巖溶發育，為導水通道。異常L、M、N 分別在ZK25+349、ZK25+430、ZK25+700 附近，經過隧道或位于隧道附近，推測巖體破碎，裂隙發育，可能存在溶洞，為導水通道。隧道物探異常點見圖1。

圖1 隧道物探異常點

2.3 鉆孔揭露巖溶形態

在隧址區范圍施工9個鉆孔，其中，5個鉆孔揭露9個洞隙，洞隙高度0.6～4m，充填物主要為粘土。鉆孔揭露地層巖溶裂隙發育，巖溶裂隙位于隧道開挖區內，對隧道的建設有影響。鉆孔揭露的巖溶發育特征如表1所示。

表1 巖溶及裂隙發育特征統計表

2.4 隧址區地下水類型及富水性

隧址區分布地層由老至新有二疊系陽新統棲霞—茅口組（P2q-m）、樂平統吳家坪組（P3w）和第四系（Q）。地下水類型主要為碳酸鹽巖類巖溶水、碳酸鹽巖類夾碎屑巖類巖溶水、松散巖類孔隙水。各巖層富水特征如下：

（1）碳酸鹽巖類巖溶水：棲霞—茅口組（P2q-m）：出露于工作區南部。茅口組巖性為生物屑灰巖、白云質斑塊生物屑灰巖，棲霞組生物屑泥晶灰巖、泥質條帶生物屑泥晶灰巖夾層狀燧石，含碳酸鹽巖類巖溶水，工作區未見泉點，鉆孔ZK0262-01、ZK0262-02揭露地下水位埋深分別為13.60m、8.80m，地下水位標高分別為1320.45m、1320.39m，枯季地下水徑流模數3.2～3.9L/(s·km2)，巖溶裂隙發育，富水性強。水化學類型HCO3-Ca，礦化度182.60mg/L。

（2）碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶水：二疊系樂平統吳家坪組（P3w）：工作區大面積出露。以灰巖夾粘土巖為主，底部含煤層。含碳酸鹽巖類夾碎屑巖類巖溶水，調查發現泉點3個，流量0.1～1L/s，枯季地下水徑流模數1.3～3.2L/(s·km2)，富水性中等。水化學類型HCO3-Ca，礦化度179.36mg/L。

（3）松散巖類孔隙水：第四系（Q）：分布廣泛而零散，主要為殘坡積碎石土，與各地層呈不整合接觸，在一些巖溶洼地和山間壩子中厚度較大。含松散巖類孔隙水，透水性強，富水性貧乏。

2.5 隧址區地下水埋藏類型及富水埋深

據調查期間2個鉆孔地下水位觀測，隧址區地下水埋深在8.8～13.6m，埋深較淺。鉆孔揭露地下水如表2所示。

表2 鉆孔揭露地下水埋深統計表

3 隧道環境水文地質工作

隧道環境水文地質工作是一項非常重要的工作。不僅要了解該地區的水文地質動態和變化，而且還要評估發生自然災害的可能性，這一點十分重要及時做出相關預測預報。水文地質建設工作將貫穿這一時期，不同階段對各項活動的要求有相同和不同的工作重點。隧址區南東高北西低，區內地表水體不發育，周邊未見河流、溪溝、水塘等地表水體。

3.1 勘察設計階段

3.1.1 水文地質勘測主要任務

（1）預測隧道內在施工期間的最大涌水量與運營期間的穩定涌水量，并預測可能發生集中(或突發)涌水的地段；

（2）對地下水與圍巖分類、隧道掘進和支護結構的影響進行評價；

（3）評估排除地下水后對工程周圍生態環境的影響程度和發展趨勢，充分估測隧道開挖引起表水漏失、地面沉降、巖溶塌陷等的程度和范圍，并提出相應防治意見。

（4）探明工程區內的水文地質條件，并對水文地質進行劃分，對含水層的位置、水理性質、水位等水文地質參數進行調研，對地下水的補給來源進行查明以及排泄的路徑。

3.1.2 勘測的重點地段

根據調查研究和大量的工程實踐相關結果可以得到下列地質環境是容易發生集中涌水和可能引發生態環境惡化的地段，同時也是水文地質勘測的重點地段。

（1）巖體破碎帶。包括斷裂帶、節理裂隙密集帶、褶曲軸部等；

（2）滲漏層與非滲漏層交界面(帶)。主要有地層不整合接觸帶、可溶巖與非可溶巖交互帶、不同巖性和不同結構巖體接觸帶等；

（3）地表水系發育或匯合地段。主要有：地表水體、古河床、山間河谷、盆地等地段；

（4）巖溶地區主要有：巖溶洞穴、洼地、地下河發育地段。上述重點地段的勘測，除應按有關規范、規則執行外，還應注意如下工作內容：

①對巖體結構破碎帶，應查明斷層的力學屬性、產狀、上下盤巖層和巖體裂隙發育程度及斷層帶的充填、膠結性質；對節理裂隙密集帶及褶曲軸部，主要應查明裂隙發育程度及裂隙的張開性、延伸性。上述地質因素，決定著巖體的導水性和富水性。

②對滲漏層與非滲漏層交界面（帶），主要查明交界面的產狀、交界面(帶)的特性以及交界面底板的滲漏特性。若沿交界面有發育巖溶洞穴時，應查明洞穴標高與隧道標高的關系及洞穴的充水特性。

③地質構造破碎地段往往成為地表水系發育或水溝匯合地段，在這些地段調查的主要任務是查明地表水與地下水的互補關系、地表水下滲參數及古河床的位置、規模、深度和走向。

④對于巖溶發育區，除了要尋找區域內巖溶發育分布規律外，還應注意考察巖溶發育區與工程軸線的空間關系，即工程標高處于巖溶水動力剖面中那一帶。新建隧道應盡量同時避開斷層帶和可溶與不可溶巖石的接觸帶。覆蓋型巖溶區，應查明覆蓋層的厚度、特征。

3.2 施工階段

施工階段環境水文地質工作的重點是調查分析：地表水、地下水露頭的變化；隧道內涌水、漏水狀況；水對圍巖穩定性的影響以及各種防治措施的作用和效果。

（1）水文地質觀測：①地表水體(如河水、溝流水、山塘、水庫)水位、流量及下滲量觀測；②井泉流量、鉆孔水位等觀測；③洞內涌水、漏水調查，觀測出水部位、出水量、水質、含泥砂量變化規律。

（2）調查隧道內涌、漏水對圍巖穩定的影響以及地下水與隧道內各種地質災害的關系。

（3）調查分析隧道內大量涌水或排放地下水的環境效應，進行因地下水位迅速降低造成周圍生態環境惡化的可能性和災害程度的預測預報，了解環境影響的范圍及發展趨勢。

（4）調查分析防水治水措施的作用和效果。

3.3 運營階段

（1）隧道建成后，若仍有地下水涌入和滲漏入隧道內，則運營階段仍需加強水文地質工作，其重點是：調查水對隧道工程的襯砌、道床及線路上部建筑物的影響程度，建立工點履歷卡片；

（2）進行隧道內工作環境分析；

（3）進行地表生態環境現狀調查和發展趨勢預測；

（4）提出災害治理措施及環境保護措施。

4 結語

本文從地區入水量與水質降低、生態環境調節能力下降兩個方面，以隧址區為例，在對地區的水文地質環境調查研究中發現，受到地方經濟發展的影響，地區生態資源無節制掠奪過度，已對地區生態環境造成了十分惡劣的影響。為了解決此種生態環境問題，可在后期針對此方面的研究中，將加強地區生態環境污染治理工作作為核心，制定并出臺針對地區的生態環境保障文件，并在此基礎上，對當下的開發水域進行科學化管理，以此種方式，改善地區生態環境現狀，提升地區入水量與水質。盡管本文此次研究已相對完善，但在后期的相關研究中，仍需要在本文提出論點的基礎上，對此方面進行拓展研究，致力于提高地區生態環境調節能力。