岩溶区隧道建设引起的地下水环境效应评价分析
——以重庆主城区鹿角隧道为例

胡 伟，任亚飞，黄唐林，陈 志

(重庆市勘测院，重庆 401123)

隧道建设的地下水环境效应指由于隧道工程建设引发的原有地下水环境及地下水渗流场的改变，主要表现为隧道开挖中导致在隧道影响范围内地下水位急剧下降，大量泉点、地表水点干涸。目前大量学者[1-6]在对建设隧道研究时提出，隧道建设会造成地下水循环失衡和地下水资源流失等生态环境问题，引起区内地表塌陷、井泉点干涸、土地减产等一系列效应。根据不完全统计，在重庆主城区的隧道建设中，仅仅中梁山、明月山、铜锣山和缙云山“四山”地区因修建隧道就造成地面塌陷200余处，致使井、泉减少或消失共计363处，导致水田旱化面积超过5万亩，还造成大量地面建筑物损坏，对区域生态环境造成了严重影响。因此，新建隧道对地下水水文地质环境影响应引起重视。本文以重庆主城鹿角隧道建设为例，分析拟建隧道建设引起地下水环境效应范围及对地下水环境效应影响。

1 工程概况

鹿角隧道属于重庆市巴南区和南岸区交界的南山山脉，为分离式双洞双向六车道隧道，净宽13.0 m，净高8.0 m，洞间距42 m，设计速度60 km/h，双向6车道，全长约3.7 km，设计起点路面高程252.056 m，终点路面高程336.266 m，设计坡率2.5%。

1.1 自然地理条件

鹿角隧道工程位于重庆市南岸区和巴南区，属亚热带季风性湿润气候，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以上的大暴雨日数占全年降雨日数的62%左右，多年平均蒸发量1 138.6 mm。

隧址区地表水体主要为地表水冲沟，大体上沿北东～南西向发育，多在岩性相对软弱的丘陵区蜿蜒，受季节性降雨影响较大。受构造和地形地貌影响，区内山顶槽谷区地表水沿构造走向自北向南沿冲沟汇入花溪河，花溪河自东向西再汇入长江。

1.2 工程地质条件

拟建场区内地层由上而下依次为第四系全新统人工填土层(Q4ml)、崩坡积层(Q4col+dl)、残坡积层粉质粘土夹碎块石土(Q4el+dl)；下伏基岩为侏罗系中统新田沟组(J2x)泥、页岩，下统自流井组(J1-2z)泥岩为主和珍珠冲组(J1z) 砂、泥岩段为主；三叠系上统须家河组(T3xj)砂、泥岩，中统雷口坡组(T2l)灰岩，下统嘉陵江组(T1j)灰岩为主，下统飞仙关组(T1f)分为泥、灰岩为主。

鹿角隧道位于南温泉背斜两翼，构造线多呈NNE～SSW向；节理(裂隙)发生与构造运动密相关，以构造节理、层面为主，节理走向NEE～SWW和走向NW～SE两组较发育，多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物。

图1 鹿角隧道工程地质图

图2 鹿角隧道区域地质剖面图

1.3 水文地质条件

拟建鹿角隧道穿越南温泉背斜，受构造及地层影响，中部可溶岩地层被须家河一段相对隔水层阻隔，形成了独立的地下水系统，碎屑岩含水层内部由于隔水层(须家河一段)的存在，也形成了相对独立的地下水系统，对拟建隧道可能产生影响的地下水主要为水平径流带内的地下水，细分为可溶岩地下水和碎屑岩裂隙水下面分别对其补、径、排特征进行叙述：

1.3.1 可溶岩地下水补、径、排特征

可溶岩地下水主要位于南温泉背斜轴部及两翼，根据隧道穿越区南、北侧地下水径流、排泄特点，分别对隧道北侧和南侧地下水补、径、排特点进行分析。

隧道北侧：隧道北侧可溶岩地下水主要沿老龙洞暗河系统进行径流、排泄，地下水主要靠大气降水、周边居民生活用水补给，受区内垂直岩溶发育影响，地表雨水入渗系数大，入渗较快，地表水经岩溶洼地、漏斗、落水洞汇集后沿岩溶管道、溶隙迅速向南南西(SSW)方向径流，地下水类型以可溶岩溶洞溶隙水为主，以空间运动、混合流的方式进行，径流岩溶管道较宽大，径流距离较长，长者径流途径可大于5 km，部分地下水主从泉点和老龙洞暗河出口流出地表，以地表河流的形式继续向南径流，其余未排泄的地下水继续向南径流，最终汇入花溪河。拟建隧道主要穿越隧道北侧地下水的排泄区。

隧道南侧：隧道南侧地下水主要为降雨补给，西槽谷地下水排泄高程高于地表的汇入溪沟内，形成地表水，其余以地下水的形式继续向南径流。东槽谷地下水受区内垂直岩溶发育影响，地表水经岩溶洼地、漏斗、落水洞汇集后沿岩溶管道、溶隙迅速向南或南南西(SSW)方向径流，地下水类型以可溶岩溶洞溶隙水为主，主要从龙洞湾暗河出口流出地表，最终汇入花溪河。拟建隧道主要穿越隧道南侧地下水的补给区。

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1.3.2 碎屑岩地下水补、径、排特征

碎屑岩含水层主要为南温泉背斜两翼砂岩山岭地层，地下水主要接受大气降雨补给。区内地表多基岩出露，裂隙不发育～很发育，地形上形成条带状山脉，雨水经地表渗入后沿裂隙在条带状山脉中顺层运移，于横向深切沟谷内出露地表，出露形式一般呈淋雨状、滴水状，该类地下水一般补给面积较小，距离较短，流量较小，部分位于矿坑内、破碎带或裂隙发育带处呈线状或脉状涌出，调查时流量一般小于2 L/s，具有局部特点。受砂岩山体较大较长影响，一般地下水静储藏量较大。

2 水文地质环境影响范围

2.1 影响范围横向边界

在横向上(隧道方向)，隧址区总体属于近于对称的背斜储水构造，背斜两翼的侏罗系和须家河组和雷口坡组，背斜轴部为嘉陵江组和飞仙关组构成，如图2。两翼侏罗系地层属碎屑岩含水岩组，含水贫乏，属隔水层，隧道建设时地下水漏失少，隧道施工引起的地下水位下降不会引发地面塌陷问题；两翼须家河地层形成雄厚山体，地表覆盖层薄，须家河地层中的砂岩属中等富水的含水岩组，其中的煤系地层为隔水层，地下水赋存于砂岩裂隙性中，隧道施工引起的地下水位下降不会引发地面塌陷，但会引起泉干枯；三叠系下统嘉陵江组和中统雷口坡组等含岩溶角砾岩、石膏层的可溶性碳酸盐岩类组成，为极富水的碳酸盐岩类岩溶水含水岩组，隧道标高低于含水层中地下水位时，隧道两侧的地下水均从隧道排泄，地下水原来的流向、水力坡度和流速均会发生改变，从而打破了地下水原来的均衡状态。

由此隧道施工排水将导致碳酸盐岩中的地下水位下降进而引发地面塌陷、泉井干枯、土地退化等一系列环境地质问题，地下水漏斗得横向边界应确定到灰岩地层边界。

2.2 影响半径

根据《环境影响评价技术导则—地下水环境(HJ 610-2011)》推荐排水渠和狭长坑道线性类建设项目的地下水水位变化区域半径采用泰斯计算，公式如下(公式1和公式2)。计算结果见表1。

影响半径计算成果均以含水介质各项同性为基础且未考虑任何堵水措施，同时槽谷区地下水具有由北向南流的趋势，地下水漏斗在隧道两侧是不对称的，隧道以北的影响半径应大于隧道以南,因此鹿角隧道可溶岩地层的影响半径为：北侧约2.1 km，南侧约1.9 km。

(1)

(2)

式中：R为影响半径，m；H为含水层厚度，m；K为含水层渗透系数，m/d，取值同前；μ为重力给水度，无量纲，须家河砂岩取0.025，雷口坡组和嘉陵江组碳酸盐类取0.05；t为排水时间(d)，按施工通过该段时间考虑，取1.5 a(540 d)；W为降水补给强度，取多年平均降雨量1 000 mm/y，为0.002 78 m/d。根据勘察报告[7]，渗透系数K取值为：T3xj砂岩、泥岩夹煤层渗透系数为0.15 m/d；T2l白云质灰岩、白云岩、泥灰岩渗透系数为0.65 m/d；T1j1灰岩渗透系数为0.56 m/d；T1j2灰岩、角砾岩渗透系数为1.5 m/d,；T1j3灰岩渗透系数为0.24 m/d；T1j4灰岩、角砾岩渗透系数为1.12 m/d。

3 地下水环境效应影响评价

3.1 岩溶塌陷评价

岩溶塌陷是由多种不利要素综合作用的结果，对自然或人为诱发塌陷因素的作用较为敏感的地段。区内岩溶塌陷基本上分布在东西岩溶槽谷之中，具备汇水条件好、为可溶岩石，且岩溶发育，特别是浅表垂直循环带内岩溶极为发育，岩溶发育易形成连通性较好的溶隙、溶洞，具备了产生岩溶地面塌陷的基本物质条件。场地附近地下水位迅速下降、井泉干枯及流量减少的地带也可形成岩溶塌陷。在地表土层较厚地段还会发生土洞。岩溶塌陷的还会产生一些伴生现象：主要表现为地面下沉、地面开裂、建筑物变形。

表1 解析法地下水影响半径预测表

3.2 对井、泉的影响评价

随着隧道的开挖，将形成以隧道为中心的地下水降落漏斗，疏干隧道标高以上地下水，致使影响范围内地表井泉点、地表水体出现流量减小或断流、水位下降等现象。

3.3 对暗河的影响评价

3.3.1 老龙洞暗河(RD7)

老龙洞出口位于鹿角隧道正上方，暗河水位与区域地下水位一致，鹿角隧道开挖一旦形成地下水漏斗，枯水期老龙洞出口将断流(如图3)，即使采取限排措施，水位出现较小的下降也会导致老龙洞流量大幅减小。老龙洞暗河断流将直接影响下游水塘的水源补给；同时老龙洞暗河断流可使暗河出口以下明流的水量急剧减小。

图3 老龙洞暗河影响示意图

3.3.2 龙洞湾暗河

龙洞湾暗河出口位于鹿角隧道以南3.2 km，其暗河发源于“七孔坝”、“大周家沟”岩溶洼地(隧道以北1 km)，拟建隧道位于该暗河的补给区内，隧道开挖对龙洞湾暗河的流量影响较大。

3.4 对地表水体的影响评价

根据水文钻孔揭示的地下水位来看，槽谷区地下水位普遍低于地面水塘的底标高，隧道开挖会形成地下水漏斗，地下水位急剧下降，将导致影响区内的水塘被快速或逐渐疏干。在地表水体的疏干的区域，还易引发地面塌陷。

3.5 对土地资源的影响评价

隧道建设引起的水源漏失和施工扰动会改变或破坏原有土地的形态，如地表塌陷、开裂等，塌陷和开裂的土地无法进行农田作业，且给当地村民带来恐慌与不安，导致塌陷及其周边的不少农田被迫放弃，造成绝产。土地塌陷增大了原地面坡度，扰乱了原来相对稳定的土壤结构，水、肥沿倾斜的地面流失和沿裂开的地缝漏失，且水土流失还会带走土壤中的肥料，土壤肥力不断下降，易造成农作物不断减产。

4 结语

鹿角隧道修筑会对该区域地下水文地质环境造成较大影响，建议项目实施前应充分考虑隧道施工影响区内的水文地质影响及地表建、构筑物影响，在项目实施前应对整个场地内的地下水水文地质环境进行长期观察，掌握地下水的动态变化。在隧道的开挖施工中，还应采取施工保护措施，避免强烈的爆破对隧道附近岩层和地下含水层造成破坏。