重慶中梁山隧道群涌突水時(shí)空特征分析

李 近,曹 聰,許 模,范 澤 英,夏 強(qiáng)

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),四川 成都 610059; 2.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局南江水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì),重慶 401147; 3.重慶市地下水資源利用與環(huán)境保護(hù)實(shí)驗(yàn)室,重慶 401147)

0 引 言

在重慶都市經(jīng)濟(jì)圈的5 473 km2范圍內(nèi),已建隧道50余條,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),未來(lái)10 a內(nèi)將達(dá)到上百條。重慶獨(dú)特的隔檔式構(gòu)造條件,造成隧道工程施工過(guò)程中常常發(fā)生涌突水、地表水體流失、巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。渝懷線鐵路歌樂(lè)山隧道在施工中遇到巖溶水災(zāi)害,初期采取以排為主的治理措施,造成地表10座水庫(kù)和100多個(gè)水塘水位降低,附近6萬(wàn)多居民和200多家企業(yè)單位的生產(chǎn)、生活用水受到不同程度的影響[1]。中梁山長(zhǎng)江與嘉陵江之間隧道工程密集,50 km長(zhǎng)的山體分布了近20條隧道,水文地質(zhì)問(wèn)題較為突出,研究程度也較高。鑒于襄渝鐵路中梁山隧道在其修建過(guò)程中出現(xiàn)泉水漏失、巖溶塌陷等諸多問(wèn)題,付開(kāi)隆通過(guò)分析區(qū)域水文地質(zhì)條件,采用比擬法等多種方法對(duì)遂渝高速中梁山隧道進(jìn)行了涌水量預(yù)測(cè)[2]。渝武高速北碚隧道修建過(guò)程中,大量的巖溶溶隙水與裂隙水涌入隧道,導(dǎo)致7.2 km2的水源枯竭[3]。龍奎采用一種非穩(wěn)定涌水量的解析解公式,分段計(jì)算歇馬隧道開(kāi)挖過(guò)程的涌水量[4]。Chen等以華巖隧道為例建立數(shù)值模型,指出地層巖性與水文地質(zhì)特征是隧道涌水影響環(huán)境的決定條件,并將水位漏斗變化分為先垂向至最大深度、后水平向達(dá)最遠(yuǎn)距離及最終水位全面恢復(fù)3個(gè)階段[5]。

然而,現(xiàn)有研究多針對(duì)單個(gè)隧道工程,以區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象的系統(tǒng)總結(jié)尚不多見(jiàn)。范明東等通過(guò)分析多條隧道涌水量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),認(rèn)為隧道涌水影響因素主要為隧道所穿可溶巖長(zhǎng)度、隧道竣工年限及地層傾角[6]。鐘玲敏等分析了中梁山南段多條隧道涌水情況及涌水對(duì)水文地質(zhì)條件的影響,以此驗(yàn)證深部巖溶的發(fā)育特征[7]。本文將系統(tǒng)梳理重慶中梁山嘉陵江-長(zhǎng)江兩江間隧道涌突水的時(shí)間與空間特征,為隔檔式構(gòu)造區(qū)相似水文地質(zhì)條件下的隧道工程建設(shè)提供涌突水預(yù)測(cè)、水災(zāi)害防治等方面的理論依據(jù)。

1 水文地質(zhì)條件與隧道工程

研究區(qū)為南北長(zhǎng)約50 km、東西平均寬約6 km的狹長(zhǎng)區(qū)域。區(qū)內(nèi)氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候,多年平均氣溫18 ℃,多年平均降雨量1 000～1 300 mm,多年平均日照時(shí)長(zhǎng)1 100～1 400 h,多年平均相對(duì)濕度70%～80%。

區(qū)內(nèi)主要控制性構(gòu)造為觀音峽緊窄背斜,背斜軸線大體沿南北向延伸。南北兩段核部地層為三疊系飛仙關(guān)組(T1f)泥巖夾灰?guī)r地層,下部長(zhǎng)興組(P2c)灰?guī)r與其整合接觸,中段核部地層為嘉陵江組(T1j)灰?guī)r地層;兩翼地層分別為嘉陵江組(T1j)和雷口坡組(T2l)灰?guī)r地層、須家河組(T3xj)砂巖地層、自流井組(J1-2z)頁(yè)巖泥巖地層以及沙溪廟組(J2s)泥巖砂巖地層。整體西翼地層較陡傾,局部地層有倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象;東翼相對(duì)較緩。區(qū)內(nèi)斷層主要為西翼的白廟子斷層,屬壓扭性斷層,主要發(fā)育于T1j地層,走向與背斜軸線基本一致(見(jiàn)圖1[8])。

區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育,主要巖溶地層為T(mén)2l、T1j、T1f3和T1f1,整體分為東西兩個(gè)巖溶槽谷,槽谷內(nèi)巖溶洼地、溶洞、落水洞、地下暗河等為主要巖溶現(xiàn)象。溶洞、落水洞沿可溶巖地層呈帶狀分布,總體上表現(xiàn)為南北段分布密集,中段相對(duì)較少,且東槽谷巖溶發(fā)育程度高于西槽谷。巖溶洼地主要發(fā)育于東槽谷,總面積約為5.5 km2,約占T2l與T1j地層總面積的16%。地下暗河的發(fā)育也與背斜軸線的走向基本一致。

中梁山觀音峽背斜因其獨(dú)特地質(zhì)條件形成了“一山三嶺夾兩槽”特殊景觀,本質(zhì)上是可溶巖與非可溶巖因空間位置的不同而產(chǎn)生相互作用的結(jié)果。T1f地層的T1f2與T1f4為非可溶巖,作為相對(duì)隔水層阻礙了T1f1與T1f3中的巖溶水向兩側(cè)流動(dòng),同時(shí)出露于地表的灰?guī)r被風(fēng)化侵蝕,巖溶較不發(fā)育的地層逐漸成為山嶺;處于兩翼的T2l和T1j地層被兩側(cè)的T3xj和T1f4所阻隔,形成東西兩個(gè)巖溶槽谷,地下水在此匯集并沿地層南北向流動(dòng)。區(qū)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降雨補(bǔ)給,地下水排泄主要以巖溶泉點(diǎn)及地下暗河等形式為主,受工程建設(shè)影響,區(qū)內(nèi)諸多巖溶泉點(diǎn)被疏干(見(jiàn)圖1)。

自1968年襄渝鐵路北碚隧道修建至今,中梁山已建隧道17條,包括公路隧道、鐵路隧道和城市地下軌道隧道等,隧道建設(shè)歷程及最大涌水情況如圖2所示[2,6,8-28],隧道長(zhǎng)度多為3 500～4 500 m,最長(zhǎng)為5 155 m 的蘭渝鐵路新龍鳳隧道,最短為僅727 m的歌樂(lè)山公路隧道,進(jìn)出口平均高程處于245～350 m之間。自2000年以后,該區(qū)隧道建設(shè)密集開(kāi)展。

注:縱軸隧道編號(hào)自上而下對(duì)應(yīng)從北向南的空間位置。圖2 中梁山兩江段隧道建設(shè)歷程Fig.2 Construction process of tunnels in segment of Zhongliang Mountain between Yangtze River and Jialing River

2 涌突水時(shí)間特征及與降雨相關(guān)性分析

巖溶區(qū)地下水與大氣降雨之間的水力聯(lián)系較為密切。本文中梁山兩江之間的巖溶含水層為相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元,大氣降雨為淺層地下水的最主要補(bǔ)給,對(duì)隧道涌突水產(chǎn)生了直接影響。1980年7月30～31日,中梁山最大降雨量達(dá)148 mm,隨后襄渝鐵路中梁山隧道發(fā)生了5萬(wàn)m3/d的特大涌突水事件[2];2007年7月16日,施家梁隧道在多日暴雨后,涌水量達(dá)20萬(wàn)m3/d[10]。研究區(qū)部分隧道的涌水量與降雨量時(shí)序如圖3所示,襄渝鐵路隧道、遂渝高速隧道以及軌道6號(hào)線隧道涌水與降雨聯(lián)系密切,涌水曲線隨降雨變化而變化的趨勢(shì)明顯,后文將進(jìn)一步從施工期總涌水量與月均涌水量?jī)蓚€(gè)方面論述其與降雨的相關(guān)性。

注:(a)～(d)中的涌水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為月監(jiān)測(cè)值,其余涌水量均為逐日監(jiān)測(cè);所有降雨量均為逐日數(shù)據(jù),來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)沙坪壩站點(diǎn)(站號(hào)57516)。圖3 隧道涌水量與降雨量時(shí)序圖Fig.3 Time series diagram of tunnel water inflow and rainfall

圖3所涉及隧道的涌水量統(tǒng)計(jì)特征盒須圖如圖4所示,其中涌水量數(shù)據(jù)為各隧道東口與西口、南線與北線之和。按涌水量大小分(a)、(b)兩組,其中(a)組中隧道涌水量值整體較小,可見(jiàn)涌水量均值最小為渝懷歌樂(lè)山隧道,為2 448 m3/d;而(b)組中雙碑隧道均值最大,為14 796 m3/d。隧道涌水量整體均值為6 446 m3/d,其中歇馬隧道和襄渝鐵路隧道(成渝開(kāi)挖期)涌水量的均值與中位數(shù)相差較大,前者反映出數(shù)據(jù)呈左偏態(tài)分布,其涌水量大值較多,后者則是右偏態(tài)分布,小值占優(yōu);其他隧道整體均值與中位數(shù)相差較小,呈近似對(duì)稱(chēng)分布。此外,明顯可見(jiàn)襄渝鐵路隧道(成渝開(kāi)挖期)異常值偏多,反映出其在一段時(shí)間內(nèi)存在較大涌水段。

注:②-⑧指在⑧隧道修建期對(duì)②隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè),以此類(lèi)推。圖4 隧道涌水量盒須圖Fig.4 Box and whisker diagram of tunnel water inflow

圖5為各隧道施工期的平均涌水量與總降雨量的線性擬合,排除雙碑隧道后的擬合結(jié)果較好,相關(guān)系數(shù)R2接近0.7,表現(xiàn)出較明顯的線性趨勢(shì),即降雨量越大,涌水量越大,反映出宏觀上隧道涌水受降雨影響顯著的特點(diǎn)。雙碑隧道未參與擬合,其涌水量最大但施工期總降雨量不大,主要因?yàn)樵撍淼烙克軜?gòu)造作用影響較大,后文將對(duì)此做進(jìn)一步分析。

圖5 隧道開(kāi)挖期平均涌水量與總降雨量散點(diǎn)圖Fig.5 Scatter plot of average water inflow and total rainfall during tunnel excavation

2.1 隧道月均涌水量與降雨相關(guān)性

較大時(shí)間尺度下的數(shù)據(jù)分析能夠減小特殊值的影響,更好地反映數(shù)據(jù)整體變化情況。以隧道月均涌水量與月總降雨量繪制時(shí)序圖(見(jiàn)圖6),明顯可見(jiàn)圖6(b),(c),(e)隧道涌水與降雨之間相關(guān)性較好,圖6(e)還表現(xiàn)出較明顯的滯后性特征。此外,隨著隧道工程的推進(jìn),部分隧道涌水量最終趨于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),隧道涌水受降雨影響較小,如圖6(b),(c),(f)～(i)所示。

圖6 隧道月均涌水量與月總降雨量時(shí)序圖Fig.6 Time series diagram of monthly average water inflow and monthly total rainfall in the tunnel

以隧道月均涌水量與月總降雨量繪制散點(diǎn)圖并進(jìn)行線性擬合(見(jiàn)圖7),擬合結(jié)果總體上較好地反映了隧道涌水隨降雨量增大而增大的特征。線性擬合的斜率能夠體現(xiàn)隧道涌水對(duì)降雨的響應(yīng)速率。按時(shí)間順序來(lái)看,早期(2004～2007年)修建的遂渝高速隧道、襄渝鐵路隧道斜率最大,對(duì)降雨響應(yīng)較快,后期(2012～2017年)修建的軌道6號(hào)線隧道、歇馬隧道等斜率偏小,對(duì)降雨的響應(yīng)較慢。此外,針對(duì)同一條隧道,襄渝鐵路隧道與遂渝高速隧道在早期(2004～2007年)的擬合曲線斜率也大于后期(2012～2014年)。分析此原因可能與地下水位下降有關(guān),即早期水位較高時(shí),含水層飽水,隧道涌突水對(duì)降雨的響應(yīng)較為迅速;而隨著隧道持續(xù)疏排山體中地下水,地下水位整體下降,故后期的隧道涌水對(duì)降雨的響應(yīng)速度變緩。

圖7 中梁山部分隧道月均涌水量與月總降雨量散點(diǎn)圖Fig.7 Scatter diagram of monthly average water inflow and monthly total rainfall in some tunnels in Zhongliangshan

2.2 涌水對(duì)降雨的敏感性分類(lèi)

依據(jù)隧道涌水的涌水量(Q)與時(shí)間(T)的關(guān)系曲線及降雨量時(shí)序曲線特征,并結(jié)合涌水來(lái)源以及滲流通道的連通性,可對(duì)隧道涌水類(lèi)型進(jìn)行劃分[29]。依據(jù)圖6各隧道Q-T曲線特征,對(duì)其涌水類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。

(1) 降雨補(bǔ)給型。隧道涌水來(lái)源以降雨為主,其滲流通道連通性較差,隧道涌水對(duì)降雨表現(xiàn)為明顯的滯后性,曲線整體隨降雨表現(xiàn)為緩漲、緩降的趨勢(shì)。將軌道6號(hào)線隧道劃分為此類(lèi)型(圖6(e))。

(2) 地下水補(bǔ)給型。隧道涌水來(lái)源以含水層為主,隧道開(kāi)挖揭露含水層,涌水曲線變化較大,當(dāng)含水層能夠持續(xù)補(bǔ)給時(shí),涌水量趨于穩(wěn)定狀態(tài),曲線整體形態(tài)與降雨相關(guān)性差。將渝懷歌樂(lè)山隧道(圖6(a))、成渝客運(yùn)專(zhuān)線隧道(圖6(f))、襄渝鐵路中梁山隧道(成渝開(kāi)挖期,圖6(g))、遂渝高速中梁山隧道(成渝開(kāi)挖期,圖6(h))、歇馬隧道(圖6(i))劃分為此類(lèi)型。

(3) 混合補(bǔ)給型。隧道涌水來(lái)源為含水層及大氣降雨,涌水曲線特征受二者共同控制,含水層水量較小時(shí),涌水隨降雨發(fā)生變化,并表現(xiàn)出一定的滯后性;含水層水量較大時(shí),受降雨影響變小,當(dāng)含水層補(bǔ)給充足時(shí),隧道涌水趨于穩(wěn)定狀態(tài),補(bǔ)給缺乏時(shí),涌水則逐漸下降。將襄渝鐵路中梁山隧道(遂渝開(kāi)挖期,圖6(b))、遂渝高速中梁山隧道(圖6(c))、雙碑隧道(圖6(d))劃分為此類(lèi)型。

3 涌突水空間特征

區(qū)域水文地質(zhì)條件是隧道涌突水發(fā)生的前提,涌突水隨地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等條件的空間差異而表現(xiàn)出不同的特征。吳明亮等依據(jù)隔檔式構(gòu)造區(qū)巖溶地下水的水平分帶及垂直分帶特征將隧道涌突水劃分為8種類(lèi)型[30]。本文主要對(duì)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、隧道埋深等進(jìn)行分析,總結(jié)中梁山各隧道涌突水的空間特征。

3.1 地層巖性及巖溶發(fā)育

整理現(xiàn)有隧道涌突水的長(zhǎng)期觀測(cè)資料,統(tǒng)計(jì)了不同隧道在各個(gè)地層中的單位長(zhǎng)度涌水量及各地層單位長(zhǎng)度涌水量所占比重(見(jiàn)圖8)。

圖8 中梁山地層單位長(zhǎng)度涌水量Fig.8 Water inflow per unit length of Zhongliang Mountain strata

3.1.1可溶巖與非可溶巖

圖8(a)中的歇馬隧道與雙碑隧道及圖8(b)均反映出隧道涌水在可溶巖中與在非可溶巖地層中的差異,可溶巖地層單位長(zhǎng)度涌水量占比可達(dá)到91%,遠(yuǎn)大于非可溶巖地層。在可溶巖與非可溶巖接觸界限附近,巖溶發(fā)育程度高,地層富水性較好,極易引發(fā)涌突水事件。歇馬隧道在開(kāi)挖至T3xj與T2l界限處時(shí),隧道涌水產(chǎn)生突增現(xiàn)象;施家梁隧道則因界限附近巖溶發(fā)育,淺表發(fā)育的落水洞連通巖溶管道,與地表水力聯(lián)系密切,因而在降雨后發(fā)生涌突水事件。

3.1.2東翼與西翼

研究區(qū)南北兩端隧道西翼地層單位長(zhǎng)度涌水量大于東翼,見(jiàn)圖8(a),以歇馬隧道最為明顯,其西翼T2l+T1j地層單位長(zhǎng)度涌水量為12.2 m3/(d·m),東翼T2l+T1j地層僅4.9 m3/(d·m);靠近中部的渝懷歌樂(lè)山隧道和雙碑隧道則有差別,其T1f地層為東翼大于西翼,T2l+T1j地層則是西翼大于東翼,其中雙碑隧道西翼與東翼T2l+T1j地層的單位長(zhǎng)度涌水量差值可達(dá)32.4 m3/(d·m)。從東西翼單位長(zhǎng)度涌水量占比來(lái)看,西翼總體占比為67.72%(見(jiàn)圖8(b)),也大于東翼。整體而言,各個(gè)隧道西翼的涌水量大于東翼。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造

3.2.1地層產(chǎn)狀

觀音峽背斜西翼地層傾角65°～80°,部分區(qū)域近似直立狀,東翼地層傾角40°～60°,總體上西翼較東翼更加陡傾(見(jiàn)圖1中各剖面圖),范明東等依據(jù)隧道竣工后實(shí)測(cè)涌水量值與地層傾角做線性擬合,結(jié)果表明二者呈正相關(guān)性,且擬合度較高。前述西翼地層單位長(zhǎng)度涌水量總體大于東翼的特征,主要與地層產(chǎn)狀直接相關(guān),即直立地層更利于地下水的順層下滲,由此進(jìn)一步推測(cè):與東翼巖溶地層相比,西翼巖溶地層深部的巖溶現(xiàn)象更為發(fā)育。

3.2.2背斜縱向構(gòu)造特征

前人對(duì)中梁山觀音峽背斜地質(zhì)構(gòu)造的認(rèn)識(shí),通常只關(guān)注橫向(東西向)所表現(xiàn)的背斜形態(tài),而忽略了沿背斜軸線的縱向構(gòu)造特征及其影響。自南北向來(lái)看(見(jiàn)圖9),褶皺特征也較為明顯,中梁鎮(zhèn)、金剛村一帶為向斜核部,T2l+T1j地層在此出露但厚度不大;由此往南北方向,地勢(shì)漸高,而較老的T1f地層廣泛出露,天池村、永寧寺村分別為南北背斜的核部。基于此構(gòu)造特征,推測(cè)天池村-新店村、永寧寺村-龍車(chē)村一帶應(yīng)分別為南北的地下水分水嶺,此范圍內(nèi)的地下水有向中部金剛村一帶匯集的構(gòu)造優(yōu)勢(shì)。雙碑隧道的涌水量為研究區(qū)最大,且受降雨影響較小,即反映了此構(gòu)造特征。

圖9 中梁山沿觀音峽背斜軸線縱向剖面Fig.9 Longitudinal section of Zhongliang Mountain along the Guanyinxia anticline axis

在成渝客運(yùn)專(zhuān)線隧道施工期間,襄渝鐵路隧道的平均涌水量為9 834 m3/d,大于其北側(cè)的遂渝大學(xué)城隧道及成渝客運(yùn)專(zhuān)線隧道,反映出新店村至金剛村地下水自南向北流動(dòng)的特點(diǎn)。這一特點(diǎn)還可據(jù)同一隧道的南線與北線的涌水量差異來(lái)佐證(見(jiàn)圖10)。成渝客運(yùn)專(zhuān)線隧道無(wú)論東段或西段,以及鄰近的遂渝大學(xué)城隧道,均是南線涌水量大于北線,這表明了地下水在地層向北傾斜的構(gòu)造作用下向北流動(dòng)的特點(diǎn)。此外,中梁山北端龍車(chē)村附近的歇馬隧道平均涌水量為4 559 m3/d,大于北側(cè)軌道6號(hào)線隧道的2 705 m3/d,可初步判斷地下水流的方向?yàn)樽阅舷虮?與此處地層向北傾斜的構(gòu)造特征一致。

圖10 成渝客運(yùn)專(zhuān)線隧道與遂渝高速隧道涌水量盒須圖Fig.10 Box diagram of water inflow in the Cheng-Yu Passenger Dedicated Line Tunnel and Sui-Yu Expressway Tunnel

3.2.3斷 層

西翼白廟子斷層的發(fā)育也是重要影響因素,白廟子斷層屬壓扭性斷層,其性質(zhì)可作為相對(duì)隔水層,雖不如拉張性斷層那樣使斷層周?chē)鷮?dǎo)水性增大,但因其隔水作用,易使可溶巖地層一側(cè)儲(chǔ)水量變大,當(dāng)突然揭穿斷層時(shí),易發(fā)生涌突水事件。以軌道1號(hào)線隧道為例,隧道出口段施工至斷層附近時(shí),隧道多處出現(xiàn)股狀涌水現(xiàn)象,其原因?yàn)槭┕そ掖鄬悠扑閹?使本身導(dǎo)水性較差的破碎帶導(dǎo)水性增大,形成導(dǎo)水通道并連通含水層引發(fā)涌突水[1]。

3.3 隧道埋深

埋深是隧道涌水量預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)中的重要參數(shù),隧道埋深通常反映了隧道上覆含水層的水位高度。對(duì)巖溶區(qū)隧道而言,埋深往往還反映了巖溶發(fā)育程度以及巖體滲透性的大小,因此不同埋深的隧道涌突水表現(xiàn)出較大的差異[31-32]。Holm?y等針對(duì)挪威多條隧道的研究表明,隧道涌水量隨上覆巖層厚度增大而增大[33]。

圖11為隧道在嘉陵江組地層的平均埋深與最大涌水量及單位長(zhǎng)度涌水量的關(guān)系曲線,隧道平均埋深為242 m,其中軌道6號(hào)線隧道平均埋深最大,為339 m,華福隧道最小,僅126 m。可以發(fā)現(xiàn):位于中梁山南段的隧道,如隧道⑦、、⑧、②,其最大涌水量與隧道平均埋深呈正相關(guān)關(guān)系;處于北段的隧道則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系,如隧道、⑤、、⑨;對(duì)于單位長(zhǎng)度涌水量而言,因數(shù)據(jù)量有限,僅對(duì)有長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的5條隧道進(jìn)行分析,其結(jié)果也表明埋深對(duì)涌水量存在正負(fù)兩種影響。因此,對(duì)中梁山區(qū)域隧道建設(shè)而言,在一定范圍內(nèi)存在一個(gè)埋深使得隧道涌水量達(dá)到最大。

圖11 隧道埋深與涌突水的關(guān)系Fig.11 Relationship between tunnel burial depth and water inrush

4 隧道涌水對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)

隧道排水易引發(fā)地下水疏干、地表水疏干、地面塌陷等諸多環(huán)境問(wèn)題,考慮災(zāi)害的發(fā)育特征、地表水及地下水的疏干情況、工程地質(zhì)條件等因素,將研究區(qū)分為地質(zhì)環(huán)境影響程度嚴(yán)重區(qū)(I區(qū))、地質(zhì)環(huán)境影響程度中等區(qū)(Ⅱ區(qū))、地質(zhì)環(huán)境影響程度一般區(qū)(Ⅲ區(qū))。

根據(jù)圖12[28],I區(qū)總面積83.78 km2,占研究區(qū)總面積的37.54%,主要位于巖溶區(qū)內(nèi)受隧道和地下礦山影響強(qiáng)烈的區(qū)域,區(qū)內(nèi)井、泉點(diǎn)流量大多完全干涸,僅在雨季有水流出,雨后3～15 d迅速干涸。部分泉點(diǎn)有水流出,但流量衰減嚴(yán)重,地表的水庫(kù)、池塘和溪溝水量嚴(yán)重衰減,大部分干涸。Ⅱ區(qū)總面積33.80 km2,為總面積的15.14%,主要位于須家河地層內(nèi)受隧道和地下礦山影響中等的區(qū)域,區(qū)域內(nèi)泉點(diǎn)和地表水體水量減少過(guò)半,連續(xù)干旱一段時(shí)間以后會(huì)造成當(dāng)?shù)鼐用耧嬎щy。Ⅲ區(qū)總面積105.60 km2,占總面積的47.32%,主要位于侏羅系地層區(qū)域以及受地下空間影響較小的可溶巖區(qū)域。區(qū)內(nèi)井、泉等地下水體以及水庫(kù)、池塘、溪溝等地面水體水量較以往基本無(wú)變化或變化很小,對(duì)當(dāng)?shù)厝松钌a(chǎn)用水問(wèn)題影響較小。

圖12 環(huán)境影響分區(qū)[28]Fig.12 Environmental impact zoning

5 結(jié) 論

本文基于重慶中梁山兩江間1970～2020年隧道工程的涌突水量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合研究區(qū)水文地質(zhì)條件、降雨量資料,開(kāi)展統(tǒng)計(jì)分析,系統(tǒng)總結(jié)了涌突水量的時(shí)間與空間特征,進(jìn)行了隧道涌水對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià),主要結(jié)論如下:

(1) 時(shí)間方面,從年際尺度上,隧道涌水量與降雨量呈明顯的線性相關(guān),即涌水量總體隨降雨的增大而增大,反映出研究區(qū)地下水系統(tǒng)較為開(kāi)放,主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降雨補(bǔ)給;隧道月均涌水量與降雨量的相關(guān)性分析表明,早期(大致以2010年劃分)的隧道涌水對(duì)降雨響應(yīng)更為迅速,后期則變緩,反映出區(qū)域地下水位整體下降后,山體深部對(duì)降雨響應(yīng)變緩;依據(jù)隧道涌水與降雨時(shí)序圖的曲線特征,可將隧道涌突水類(lèi)型分為降雨補(bǔ)給型、地下水補(bǔ)給型和混合補(bǔ)給型。

(2) 空間方面,可溶巖地層為隧道涌突水的主要地層,單位長(zhǎng)度涌水量占比達(dá)91%;由于背斜西翼地層較東翼陡傾,西翼的涌水量總體約為東翼的2倍;沿觀音峽背斜軸線的縱向褶皺顯著控制了地下水流方向,山體不同段落隧道平均涌水量南北向上的差異充分反映出這一規(guī)律;隧道埋深方面,南段隧道涌水量隨埋深增大而增大,北段則相反。

(3) 對(duì)研究區(qū)進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià),將其分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)。Ⅰ區(qū)多為可溶巖地層,占比37.54%,影響嚴(yán)重;Ⅱ區(qū)多為砂巖地層,占比15.14%,影響相對(duì)較輕;Ⅲ區(qū)多處于侏羅系地層,占比47.32%,影響程度最小。