巖溶隧道施工中地下水環境負效應評價指標體系探究

胡 濤

（遼寧省水利水電勘測設計研究院 沈陽市 110006）

當隧道在通過松散巖層、巖溶裂隙發育帶或者斷層破碎帶時，就會與區域地下水與地表水產生一定的水力關系。地下水很多都是地表水的滲透或者是溶洞中儲藏的巖溶水，有的時候是流動的，有的時候是靜止的。地下水的存在，讓巖石軟化，降低巖石的強度，導致層間夾層軟化與稀釋進而出現層間滑動。面對這樣的情況就需要對地下水的負效應進行合理的、準確的評價。

1 地下水環境負效應

因為地下水開采、地下礦產資源開發負環境效應的主要表現有以下幾個方面：

（1）區域地下水位下降。區域地下水水位下降是水資源開發負環境效應的一個非常主要的表現形式。因為超量開采或者是隧道施工的過程中過渡的排放地下水，讓地下水降落漏斗不斷擴大，最后出現區域性水位下降，嚴重時導致水資源短缺甚至枯竭。具體表現有：①城市地下水資源枯竭；②泉水流量減少或者枯竭；③導致機泵井工作環境惡化；④海（咸）水入侵。

（2）地面下沉。地面下沉這種環境負效應已經屢見不鮮，對社會帶來的危害較為嚴重，在世界各地都受到廣泛的關注。地下水下降是誘發地面沉降的決定性因素。隧道開挖會產生地表沉降、傾斜、地面曲率變化以及地表拉伸和壓縮等諸多作用，這些都會導致地面沉降，并對地面與地下建筑帶來巨大的損害。地面沉降還會導致測量標志失準，給工程建設帶來巨大的困難。

（3）巖溶塌陷。碳酸鹽巖分布區地下通常都發育有很多的洞穴與管道等巖溶形態，其開口覆蓋有比較薄的第四紀松散堆積物，如果強烈抽取巖溶積水很容易導致覆蓋層出現陷落、下沉的情況，在地表形成規模不同、形態不同的坑槽，導致巖溶塌陷的產生。我國巖溶塌陷很多都是由不同程度抽取地下水或者礦坑排水所導致的，因為灰巖等碳酸鹽類巖石具有可溶性的特點，與其他巖石相比，在這些巖石所組成的地層中水文地質特征以及工程地質條件都有著獨特的特征，不僅是導水，并且還能夠使得土顆粒在水流的作用下順著溶隙或管道遠移。這種特性的存在，使得在可溶巖地區修建隧道就容易出現各種各樣的地質災害。

（4）隧道涌突水。巖溶區開采煤炭以及其他固體礦產資源或者是隧道挖掘，在頂部或者是底板為碳酸鹽所分布的情況下，容易產生巖溶水的突水、涌水等情況。在坑道中涌水量較大的地帶很容易導致巖溶塌陷，導致地表水部分或者是全部涌入低下，導致涌水量的增加。在隧道掘進的過程中，因為揭露地下暗河，會導致大量的巖溶水的潰入，如果在其中有泥沙與氣團，那么所導致的危害將會更加嚴重。

2 巖溶隧道施工中地下水環境負效益評價指標體系

（1）巖溶隧道施工中地下水環境負效益評價指標體系構建的作用。

①有助于研究、設計與管理人員對隧道工程建設中可能導致的地下水環境負效應進行較為系統與全面的認識。②能較為系統地對各種指標在指標體系中所擁有的地位產生系統的認識，并能夠就各個指標之間的關系進行準確的認識，將更加有助于針對不同的評價對象與具體的目的來選擇適當的指標。③有助于更加準確地對地下水環境負效應進行準確的反映，并準確地對一定時期內環境負效應持續發展的趨勢與速度進行準確的評價與監測。

（2）指標體系構建采用的方法。評價指標體系的初選方法常用的主要有分析法、交叉法、綜合法與指標屬性分組法等，其中分析法最為常用。初選的評價指標是求全而不是求優。

① 綜合法。指的是對現有的指標群根據一定的標準與原則進行聚類，讓其形成體系的方法，這種方法比較適合用來對現有評價指標體系進行完善。

② 交叉法。通過二維、三維或者是更多維的交叉來派生出來的一系列的指標，進而形成一套完整的指標體系。

③ 指標屬性分組法。因為指標體系本身擁有不同的屬性與表現形式，因此初選評價指標體系時，指標屬性也能夠具有多面性。因此在初選評價指標體系時，可以從指標屬性角度出發，對指標的組成進行構思。

④ 分析法。將綜合評價指標體系的度量目標與度量對象進行劃分，分為多個不同組成部分或者是側面，并逐步進行細分，一直到每一個部分與側面都能夠通過具體的統計指標來進行描述與實現。因為在初選指標時要做到全面，因此初選時往往是將上述各種方法進行綜合的運用。

（3）地下水環境負效應指標概述。

① 地表匯水面積。隧址區地表匯水面積會對隧道施工過程中的地下水環境負效應帶來直接的影響，如果是隧道處于三圍合抱的狹長槽谷低地，那么匯水面積就會較大，容易匯聚周圍山地大氣降水，將有助于兩側山地地下巖溶水與裂隙水的匯聚，讓地下水的補給來源增加，讓巖層之中的含水增加。同時地表匯水面積較大的地區，地表徑流量會增加，地表水系也會相對發達。巨大的地表水體與發達的地表水系都會對隧道施工帶來的地下水環境負效應產生很大的影響。

② 水文網狀況。地表水系與地下水之間存在有水力聯系，地表水系通過垂直下滲與側向徑流來補充地下水體，如果地表水系發育、水文網發達，在隧道長期排水的條件下，就會增強隧址區地下水系統與地表水系統的水力聯系，因為隧道的集水與匯水作用，會導致地下水運動的方向發生變化，導致局部的水力梯度增加，使得地下水、地表水被疏干，增大隧道施工過程中的涌突水的風險。

③ 地層巖性。巖性能夠對巖層裂隙、寬度、延伸長度等帶來影響，因為裂隙在不同的巖性中發育不同，因此在構造條件相同時，不同巖性的介質含水量就會不同。隧道涌水量也與地層巖性有著非常密切的關系，巖層裂隙的大小、發育程度以及聯通情況等都和巖性直接相關。各種巖石的礦物成分不同，巖性也就不同，在相同的氣候條件下，巖石的風化程度就會不同。

④ 斷裂性質。斷層是地下水運移的重要通道，同時也是地下水存儲的重要場所。斷層發育會讓斷層周圍地層中的構造裂隙增加，不僅僅會降低巖石的強度，還會導致巖層的導水性增加。巖層斷裂的情況與隧道施工以及隧道內的涌水量有著非常密切的聯系。

⑤ 褶皺發育狀況。背斜構造主要是因為水平擠壓的作用導致的，沿著背斜核部經常會出現縱向張斷裂，對于那些規模較大的背斜，往往還會伴隨有次級橫向張裂隙，讓地下水的補給與徑流條件得到改善。褶皺帶的地應力分布非常復雜，在內動力抵制作用之下會讓巖層變形非常強烈，在褶皺的核部往往都會發育有較多的劈理或者裂隙。在褶皺中的這些伴生裂隙與斷層如果與地表水聯通，那么就會成為地表水向地下隧道滲透的通道，在碳酸鹽地區就更是這樣。

⑥ 地下水補徑排條件。地下水的動態變化，在實質上就是補給、徑流與排泄在宏觀上的綜合表現。從一個地區來講，地下水在沒有經過大量的開采之前，基本是處于一種動態的均衡狀態，地下水位在大致上保持相對穩定。但是如果隧道施工對地下水的補徑排條件產生了影響，就很有可能導致補給量與排泄量之間的平衡關系被打破，部分地區出現含水層被疏干的負效應，如果是隧道位于地下水的補給區，則產生的負效應強度要高于地下水排泄區。如果是處于弱徑流區，地下水的流速與流量都較小，地下水中有害物質的傳播范圍也就較小，所帶來的地下水負效應也會較小。

3 結 語

地下水負效應評價指標除文中所提出的指標外還包含有其他多種指標，例如碳酸鹽巖出露面積比、巖層富水性、井泉水化學類型、隧道總最大涌水量、隧道最大埋深、隧道長度、開挖斷面面積等。在初選指標中這些都是屬于非常重要的內容，同時都對衡量巖溶隧道施工中地下水負效應有著重要的作用，因此需要對相應的指標體系進行更多的研究。

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