公路隧道端涌水影响分析

饮用水源是人们赖以生存的基础，其保护工作是各国水污染防治的重中之重。近年来，随着我国西部大开发战略的稳步推进，西部地区的交通环境正得以日新月异的改善。但由于该地区地形和地质条件复杂，为提高线路平纵线形、缩短行车时间和保护生态环境，隧道方案得以普遍采用［1，2］。然而，在改善交通环境的同时，隧道长期疏排水无疑会导致隧道地区的水环境发生改变，甚至对居民饮水造成影响，如京源口隧道开挖造成了赖邦村饮用水源的枯竭［3］，太中银铁路吕梁山隧道建设导致峡口泉域和吴城泉域分水岭改变以及部分泉点干枯［4］，九条龙隧道施工影响了小西堡岩溶泉的正常供水［5］，襄渝铁路中梁山隧道施工期间引起48口泉水被疏干，极大地改变了隧址区的人居环境［6］;渝怀铁路圆梁山隧道建设导致毛坝向斜一定范围内的地下水被疏干，直接或间接地影响了当地百姓的生活和生产用水［7］;渝怀铁路歌乐山隧道施工导致山上6万多居民的生产和生活用水受到严重影响［8］。在分析和研究隧道建设对饮用水源的影响方面，彭丁茂等［9］和Yang等［10］基于隧道涌水量预测和区域地下水补给量的计算为隧道方案选择提供了科学依据;韩立鹤［11］通过计算隧道涌水的影响半径，分析得出关角隧道施工会造成影响半径范围内泉水流量大幅衰减;Raposo等［12］通过建立隧道地区的水均衡模型，分析得出西班牙费罗尔市某7km长隧道建设对受深层地下水补给的井泉水影响更大;Vincezi等［13］应用示踪实验并结合隧道地区水源点及隧道内出水的水质和水量监测资料，分析了意大利Frizenzuola隧道建设对当地地下水环境的影响，得出隧道排水是引起隧址区渗流场改变和水资源流失的主要原因而不应将此现象归结于气象因素。本文拟讨论的某高速公路隧道全长约3.7km，采用进出口同时向变坡点掘进的施工方式。随着隧道施工进度的不断推进，隧道出口端地表部分原作为居民饮用水源的煤矿水出现了不同程度的流量减少或水位降低，个别点甚至出现了枯竭现象。为科学评估隧道施工对上述饮用水源的影响，为建设单位和有关部门解决因隧道施工而产生的水源纠纷提供科学决策依据，本文基于隧道影响范围的理论计算、观测点水量动态监测和隧道涌水来源识别等方法进行了综合分析。

1隧道工程及区域水文地质概况

1.1隧道工程概况某隧道为分离式越岭高速公路双洞隧道，左右线均为“人字型”纵坡，其中左线起止里程为K126+960～K130+640，全长3680m，最大埋深约560m，右线起止里程为YK126+964～YK130+666，全长3702m，最大埋深约558m。该隧道于2009年12月开工建设，截止2011年6月初，隧道进口方向共掘进约1400m，出口方向共掘进约1700m。1.2区域水文地质隧道横穿七里峡背斜中段，经过的地层主要有侏罗系中统上沙溪庙组(J2s)、侏罗系中统下沙溪庙组(J2xs)、侏罗系中统新田沟组(J2x)、侏罗系中下统自流井组(J1－2z)、侏罗系下统珍珠冲组(J1zh)和三叠系上统须家河组(T3xj)砂泥岩以及三叠系中统雷口坡组(T2l)灰岩，其中J1－2z3、J1zh、T3xj和T2l地层为区域相对含水层，J2s、J2xs、J2x、J1－2z1和J1－2z2地层为区域相对隔水层。七里峡背斜轴向N30°～40°E，轴面倾向NW，西北翼地面岩层倾向304°～315°，倾角50°～83°，东南翼地面岩层倾向118°～135°，倾角73°～80°。地下水接受大气降水补给，主要沿基岩裂隙下渗，受层状分布的隔水岩带控制，地下水主要在砂岩、碳酸盐岩含水带中顺层赋存、运移，形成相对封闭的汇水或储水构造。隧道穿越的山体浑厚，其山脊是区内分水岭，山脊两侧季节性冲沟发育，在平面上常呈“树枝状”展布，横向上呈“V”字型，规模均较小，为大气降水形成地表水的主要汇集、排泄通道。沟水受季节控制显著，最终排泄至七里河。区域内地下水与地表水分水岭位置基本一致，地下水主要向隧道进口(NW向)、出口(SE向)及七里河(NE向)等三个方向径流，以煤矿排水、下降泉等形式排泄于地表，最终汇集于七里河。隧道出口东、西两侧各发育一季节性冲沟，并在隧道出口外分别形成乱石窖沟和蔡家沟，最终汇入七里河。七里河在隧道NE侧约2km外横切七里峡背斜轴部，并转为SW流向。该河流与隧道进、出口直线距离均大于2km，标高较隧道洞底标高低约130m。

2隧道出口端施工对地表饮用水源的影响

2.1地表饮用水源分布根据调查，隧道出口端路基设计高程以上地表基本无天然井泉出露，隧道施工前，该区域地下水主要通过三座煤矿排泄，其中两座煤矿(M2、M3)出水作为当地村民(共计约3000人)饮用水源，另一座煤矿(M1)由于出水量小且周围无人居住，目前未被利用。自隧道施工以来，其附近的水环境发生了一定变化，原作为居民饮用水源的M2已在2010年12月出现了枯竭，至今仍无恢复，进入2011年5月以来，M3流量开始有所衰减，衰减程度曾达22%左右，后经洞内注浆堵水后，其流量已基本恢复至以往平均水平。由于M1无人饮用、M2在2010年12月时已枯竭，故水量动态监测仅以M3和隧道出口端洞内涌水为主，水质监测覆盖上述三座煤矿和隧道内主要出水点。隧道出口端地表监测点分布见图1。

2.2隧道排水影响范围估算根据《铁路工程水文地质勘测规范》

2.3流量动态监测信息分析M1为一已闭矿的小型煤矿(距隧道轴线约270m，洞口高出隧道洞顶约280m)，洞口出水量一直很小，自2010年6月以来长期稳定在10m3/d左右，因无人饮用，故未作监测;M2亦为一已闭矿的小型煤矿(距隧道轴线100m，洞口高出隧道洞顶约170m)，2010年6月调查时出水量约100m3/d，至2010年12月便已基本干涸，截止2011年6月，仅洞内见极少量渗水和滴水;M3为一正在开采的小型煤矿(距隧道轴线约820m，洞口高出隧道洞顶约20m)，其流量动态监测工作始于2010年12月，截止2011年6月，该点逐日监测资料统计表明，其流量最小值为22.5m3/d，最大为1059.4m3/d，平均为694.3m3/d;隧道出口端的总涌水量监测亦始于2010年12月，截止2011年6月，其逐日监测资料统计表明，隧道出口最小涌水量为436.9m3/d，最大为5255.4m3/d，平均为1531.3m3/d。M3和隧道出口端涌水量变化曲线见图2。从图2可以看出:(1)自2011年4月9日开始，隧道出口端涌水量突然增大至60.8L/s，经采取注浆堵水措施后，洞内涌水量逐渐减小，进入5月以来，由于隧道施工揭露了新的含水通道，致使洞内涌水量再次迅速攀升，导致洞口测流矩形堰被冲毁，经采取注浆堵水措施后，于5月下旬涌水量开始逐渐减小;(2)4月期间M3出水量并未出现明显变化，但进入5月6日以来，M3流量出现急剧减少趋势(由9.3L/s降至5.4L/s)，在洞内采取注浆堵水措施并经一段时间的降雨补给后，M3流量开始逐渐回升。由上述动态监测信息，不难推测隧道涌水与该煤矿出水之间有一定联系，这与前述隧道排水影响范围的估算结论基本一致。

2.4隧道涌水来源识别以M1、M2(2010年6月取样，此时隧道掘进约450m)和M3煤矿出水为参考序列，隧道内K129+170出水和隧道总排口取水为比较序列，选取NapH、电导率共8项指标，采用灰色关联分析方法［15］进行分析，其结果见表1。由表1的计算结果可知，M1出水与隧道出水的关联程度最小，其原因可能是M1所在含水层与隧道主要涌水段间地层渗透性较差，从而受隧道施工干扰较小;M2出水与隧道出水的关联程度较高，表明其所在含水层受隧道施工影响的可能性较大;M3出水与隧道出水的关联程度最高，表明二者很可能接受同一含水系统的补给，换言之，当隧道出水量增加时，M3流量便会减小，反之亦然，这和前述流量动态监测结论一致。值得提出的是，M3流量增加或减少，除受隧道施工影响外，也与当地气象条件不无关系，当大气降雨补给充分时，M3受隧道施工的干扰便会不明显;同时，二者之间的相互影响存在明显的滞后，在时间上并非一一对应，而是经过地下水系统动态调节并达到新的平衡后才会得以完全体现。

3结论与建议

从隧道排水影响范围的理论计算、监测点的流量动态监测与分析和隧道涌水来源识别结果可得出以下结论:隧道出口端排水对隧道轴线两侧约570m范围内的影响相对较大，尤其是对M2的影响最为突出;因M1所在含水层与隧道主要涌水段间地层渗透性较差，故其受隧道施工干扰较小;M3与隧道很可能接受同一含水系统的补给，二者之间存在相互影响，但有明显的滞后，当其中之一出现流量增加或减少趋势后，另一者会在地下水系统动态调节并达到新的平衡后出现相反的变化趋势。从有利于保护隧道地区的生态环境和人居饮用水水源，维护当地人民群众正常的生产和生活的角度出发，建议:继续开展隧道地区地下水动态监测工作，系统分析隧道建设对地表饮用水源的影响，并据影响程度采取合理预防和治理措施，确保当地居民饮水安全。