连乐铁路飞凤山隧道工程对地下水环境的影响预测

王伟伟 郑肖玄

（四川省地质矿产勘查开发局四0五地质队 四川 都江堰611830）

连乐铁路飞凤山隧道工程对地下水环境的影响预测

王伟伟 郑肖玄

（四川省地质矿产勘查开发局四0五地质队 四川 都江堰611830）

本文以连乐铁路飞凤山隧道为例，在工程地质勘察及施工建设中涌水量实测数据的基础上，采用三维数值分析方法模拟隧道开挖过程，从分析隧道施工对周围地下水环境的影响． 分析结果表明，隧道最大涌水量为1487.0m3/d，隧道进出口处影响半径在30-40m左右。综合来看，飞凤山隧道对地下水环境影响微弱。

地下水环境隧道施工涌水量三维数值分析

0 引言

连界至乐山铁路主要跨越四川省乐山市五通桥区、井研县，眉山市仁寿县、内江市威远县，沿线资源分布丰富，工业经济比较发达[1]。飞凤山隧道作为连乐中最长的隧道，两侧分布有两个水库和少量居民，

因此，分析飞凤山隧道实施过程中对周围地下水环境的影响，并预测评价其在施工期和运营期对地下水环境影响的范围和程度[2]，有着重要的理论和实际意义。

1 隧道水文地质条件分析及涌突水灾害预测

1.1 水文地质条件

飞凤山隧道穿越低山-深丘水文地质单元，施工期可截留部分大气降水入渗补给量[3]。

1.2 隧道涌突水灾害分析

隧道区岩溶含水岩组夹有砂泥岩相对隔水层呈小角度互层状，岩溶顺层发育并在水平和垂直方向上受到限制。大气降水、地表溪沟水、基岩裂隙水及岩溶裂隙水是隧道地下水涌水的主要水源。隧道CK35+390以后穿越灰岩段涌突水水量不大，穿越松峰场断层处（CK35+390）雨季施工可能会出现涌突水、突泥的可能，其余的非可溶岩段涌突水的可能均较小。在隧道 CK35+390以后段和CK35+390雨季施工时需加强超前预报，做好监测防范工作。

图1-1 飞凤山隧道地质平面示意图

隧道里程CK35+300左侧230m处为陈家沟水库，隧道底部低于水库水位约20m。

凉风水库、陈家沟水库均位于仁寿县松峰乡新和村境内。飞凤山隧道与陈家沟水库、凉风水库之间均无导水性良好的透水岩层或断层等直接相连，存在稳定的隔水岩层，隧道与水库之间的水力联系微弱，隧道施工对两个水库均无影响。

2 基于地下水动力学法的隧道地下水环境影响预测

隧道线处于地下水位以下，采用地下水动力学方法计算隧道涌水量。

根据含水岩组、岩层的富水性及地质构造将隧道分为2段：D1：CK33+305-CK35+390砂泥岩段，D2：CK35+390-CK35+740灰岩段，运用地下水动力学方法计算各隧道段的涌水量见表2-1。

表2-1 飞凤山隧道基于地下水动力学方法的涌水量预测结果

3 基于数值法的隧道地下水环境影响预测

3.1 模型范围及边界概化

3.1.1 模拟范围

模型空间范围：东西X方向5200m，南北Y方向7000m，平面剖分单元100m×100m个，在隧道穿越的敏感区域进行平面上的细化剖分，设计深度300m～600m，Z方向取300m，在隧道区域进行细化剖分后，总包括14层。

3.1.2 边界概化

根据区内地下水渗流场特征和地层结构的分析，将研究区边界条件类型确定如下：模拟区地下水补给类型主要靠大气降雨下渗补给，年总降雨量1009mm，7-12月降雨量占年总降雨量的70%，平均为70mm/y；12-4月降雨量占年降雨量的30%，平均为30 mm/y。根据该区水文地质资料以及相关文献，模型范围内降雨入渗系数取平均值0.1。隧道穿越的山体北、东、西面地势均相对较低，考虑地表支沟体系对地下水的控制作用，将模型范围内的支沟以及河流作为溪流边界和河流边界；模型中以陈家沟水库作为定水头边界；在分析隧道对天然渗流场的影响时，将隧道概化为排水沟边界[5]。

3.2 水文地质参数的选取与模型校验

3.2.1 水文地质参数的选取

水流模型的参数主要考虑各分层的渗透系数和给水度[6]。根据地形、地貌和岩性，对渗透系数、给水度、孔隙度等参数进行分区。由于缺少抽水和注水试验等水文地质参数的相关资料，因此，本次模型水文地质参数主要依据《区域水文地质报告》（自贡幅）、《水文地质手册（第二版）》以及工程经验进行参数的选取，如表3-1所示。

表3-1 模拟选取的渗透系数

3.2.2 模型校验

在建立空间物理模型以后，首先进行初始渗流场的拟合，对初始水位以及各个参数进行校正。首先对模型进行5年稳定流计算，计算结果作为模型的初始水位，再进行非稳定流计算。本次运用非稳定流对地下水初始渗流场进行拟合，模拟计算了1825天（共5年）。图3-1为天然条件下地下水三维渗流场，图中红色区域为高水头分布区(480~510m)，蓝色区域水头值相对较低（410～430m）。

图3-1 天然条件下地下水三维渗流场

为了检验模型拟合的程度，本次以钻孔CZ4-2作为水位的观测点，进行模型的校验，直至模型模拟水位与实际水位较吻合。以此来判断模型的合理性。通过对模拟水位与实际水位的拟合，模拟水位为516.8m，实际观测水位为517.6m。模拟水位与观测水位误差在1%以内，可以判定模型基本合理可用。

3.3 模型分析

3.3.1 隧道排水条件下的地下水渗流场分析

隧道施工1年、2年后的地下水渗流场如图3-2、3-3所示，隧道进出口的影响较大，特别是出口段，影响相对来说会大一些，而隧道中部在开挖后基本稳定。因此，隧道施工对天然地下水渗流场有一定的影响。

图3-2 隧道排水1年后的地下水渗流场特征

图3-3 隧道排水2年后的地下水渗流场特征

3.3.2 隧道封堵条件下地下水渗流场恢复特征分析

工程期结束后，施工不再继续，开挖区经过回填及防渗处理，地下水水量和径流及循环交替将逐渐恢复。模型假设隧道已全部贯通，做全面封堵工况下，地下水渗流场的恢复情况，图3-4为进行封堵后1年的地下水渗流场，对比图3-3施工2年后的条件，地下水渗流场恢复明显，降位漏斗收缩显著。图3-5为封堵2年后地下水渗流场，表明基本恢复至天然条件下的渗流场。

图3-4 隧道封堵1年后地下水渗流场

图3-5 隧道封堵2年后地下水渗流场

3.4 综合分析预测

飞凤山隧道的涌水量由解析法预测约为1487 m3/d，由数值法预测约为1021.3 m3/d，推荐该隧道的涌水量为1487m3/d。随着隧道施工开挖防渗措施的实施到生产运营和服务期满，被扰动的地下水系统会慢慢恢复到天然状态。因此可以判定。

隧道进出口段的影响半径约为30-40m，影响范围内有5家住户，隧道对地下水环境基本无影响。同时，隧道施工对线路西南侧约320m的陈家沟水库影响微弱。

4 结论

综上所述，通过对飞凤山隧道水环境进行三维数值模拟分析，可得知如下结论：

（1）在隧道CK35+390以后段和CK35+390雨季施工时需加强超前预报，应做好监测防范工作。隧道施工对凉风水库和陈家沟水库均无影响。

（2）由数值法预测飞凤山隧道涌水量为1021.3m3/d，隧道进出口处影响半径在30-40m左右。由解析法预测涌水量为1487.0m3/d。

（3）综合来看，飞凤山隧道对地下水环境的改变和影响是局部的轻微的改变，随着隧道施工开挖防渗措施的实施到生产运营和服务期满，被扰动的地下水系统会慢慢恢复到天然状态，可以判定隧道对地下水环境影响微弱。

[1]Juan Ramon Raposo，Jorge Molinero，Jorge Dafonte.Quantitative evaluation of hydrogeolog原ical impact produced by tunnel construction using water balance models[J]Engineering Geol原ogy,2010.116(3-4):323-332

[2]郭卫星，卢国乎.Modflow三维有限差分地下水流模型 [M].南京：南京大学出版社. 1998.

[3]龚睿.隧道工程建设对隔挡式岩溶富水背斜地下水环境的影响研究：以观音峡背斜为例 [D].成都：成都理下大学.2010.

[4]刘建，刘月.基于模糊层次分析法的隧道下程地下水环境负效应评价 [J].三峡环境与生态，2009，2(1)：53-56.

[5]蒋忠信.隧道工程与水环境的相互作用 [J].岩石力学与工程学报.2005，24(1)：121-127.

[6]张琳.隧道与地下水环境相互影响计算 [J]交通标准化.2009(5)：146-143.

X[文献码]B

1000-405X（2016）-12-377-2

王伟伟，男，助理工程师，专科，研究方向为水工环地质。郑肖玄，男，助理工程师，本科，研究方向为水工环地质。