地下工程建設對城市地下水環境的影響及保護措施研究

■張 斌 ■江蘇省地質勘查技術院，江蘇 南京 210000

城市地下工程建設使城市的生存空間明顯加大，例如地下停車場、地下倉庫等地下建筑;地鐵、軌道等地下交通設施;地下電纜、水管等地下公共設施等，但隨著其規模的逐漸加大，人們逐漸認識到地下工程會改變地下水原有流通、補給路徑，使地下城市水環境發生明顯改變。

1 地下工程建設對城市地下水環境的影響

1.1 地下工程建設對城市地下水環境的影響分析

雖然地下工程建設減少了對地表環境景觀、基礎設施等造成的破壞，但對地下水環境卻造成了嚴重的影響，首先，地下工程特別是隧道等需要獨立生活空間的工程，需要對地下水徑流進行攔截，實質上就是在地下空間人為打造一座“擋水墻”，擋水墻的出現使地下水流通路徑被迫發生變化，地下水原本的水位隨之調整，通常“墻面”迎水坡的水位會被抬升，而背水坡的水位會因為無法正常獲得補給而被迫下降，造成地下水動力場發生改變，這不僅影響地下水循環的順利實現而且對城市地表居民供水、城市周圍湖泊水供給等都會造成影響;對于處于巖溶地貌之上的城市，巖溶中的縫隙是地下水流通的主要通道，其地下工程建設有可能使地下水的主要流通渠道被打破或被添堵，造成嚴重的水動力場變化。

其次地下工程建設，特別是規模相對較大的地下建設工程，在施工的過程中不僅要進行深基坑開挖，而且在這個過程中要進行降水，這不僅有可能造成地表建筑物沉降，而且會使地下水的動力流場發生改變，使其周圍存在的污染水在對其補給的過程中流入潛水層，使潛水層受到污染，這種污染會隨著水循環過程而持續擴大污染范圍，對水環境的破壞極其嚴重。再次在地下工程施工過程中會使用大量含有污染物的化學制劑對地下土體進行加固和防滲透處理，例如施工機械漏油、化學注漿等，而且由于地下工程通常任務量大，施工時間久，工人在施工的過程中會制造大量的生活、生產垃圾，而這些污染物在降水過程有可能進入地下水造成地下水污染;工程施工結束投入使用后，人們的生產生活必然會產生大量的垃圾，雖然現階段我國針對地下工程要求修建專門的垃圾處理通道，但仍無法全面控制垃圾對地下水的污染，使地下水的化學場發生改變［1］。

1.2 結合實例分析地下工程建設對城市地下水環境的影響

某城市地鐵工程潛水賦存在第四系松散對基層，全新統沖積砂層、中下更新統沖洪積砂礫石以及風沙黃土構成其潛水含水層，隨著地勢起伏，潛水層埋藏深度在10 米至40 米間變化，河漫灘位置水位相對較高，埋藏深度不足五米，由于此城市處于溫帶大陸性氣候區，地下水位主要受地表徑流、大氣降水和灌溉水補給，所以多年水位變化幅度相對較小，在1 至2 米之間浮動，整體上水位變化與地形起伏變化基本相同。

地鐵工程所處土壤類型、水文條件、基坑規模等因素決定存在一個位置需要在基坑開挖前要針對地下水、土層中的滯水、地下管道中的滲透水、地表存在的無組織排水以及近期的降水進行基坑排降水，以防止在基坑土石方工程中出現地表或地下水涌入、坑底隆起、坑外地層嚴重變形等問題，此位置位于粘滯黃土層，地下水位深度為10.2 米，受黃土性質影響其滲透系數只有每天1 至16 米，地下水位與厚度不足三米的飽和軟黃土層相連，按照降水量經驗公式，公式中Q代表工程使用的n 口井一天共同排數的水量，K 代表實際的滲透系數;H 代表當地的含水層厚度，S 代表深降;a 代表具體的導壓系數，t 代表實際降水時間;r 代表區域內每一口井到達任意點的距離，經計算此處預測降水量將達到每天10000 以上立方米，這必然會對其地下水流場造成影響，但考慮到此處位置周邊沒有高大的建筑物，所以降落漏斗導致的地表沉降并不會構成嚴重的地基塌陷威脅，所以在施工的過程中只要適當的利用混凝土灌注的排樁對基坑進行加固維護即可，由于地下水循環是一個動力循環過程，所以在長時間的水位變化過程中，這種影響的程度會逐漸降低甚至完全消失［2］。另外利用地下水流數學模型，可以對此位置的含水層標高、地下水流進行預測，通過對當地實際降水、地質條件、前期水文報告等資料進行分析后得到相關數據并代入水流數學模型，可以發現此地鐵的延伸方向與地下水流的流動方向會發生斜交，也就是說地鐵路段中的某“點”會形成地下水流通路徑上的阻礙，使其流場發生變化，地鐵迎水坡的水位會被抬升，而背水坡的水位會被迫下降，由此可見地鐵工程的修建對地下水位有可能產生重大影響，所以應盡量壓低隧道的高度，使隧道大部分處于地下潛水層的上部，降低對地下水的影響［3］。

2 在地下工程建設過程中保護城市地下水環境的措施

我國雖于2001 年年底發布了《建設部關于修改〈城市地下空間開發利用管理規定〉的決定》，將第八條規定修改為“編制城市地下空間規劃必備的城市勘察、測量、水文、地質等資料應當符合國家有關規定”，但以地下空間利用強度為調整核心的具體規劃仍未出臺，所以以施工地域水文地質條件作為地下工程施工力度依據的地下空間開發力度規劃應盡早制定并落實，從而使地下空間利用對地下水環境的影響降低［4］。另外通過我國地下空間開發利用相關法律法規可以發現，其都針對于地下水環境對地下工程建設的影響進行規定，而忽視了地下工程建設對地下水環境的破壞，所以在地下工程施工前必須要全面準確的進行施工地域的水文地質勘察，例如當地地下水的埋藏情況、地下水存在的補水、徑流和排水關系，在施工過程中有可能對地下水造成的污染程度、地下水中的化學成分含量等，通過專業的勘察對施工選址的可行性進行綜合評估;然后針對地下工程施工的工藝水平和施工規模，預測施工過程可能對地下水環境造成的影響及程度，例如有可能造成的地下水污染、水位變化等，通過全面的預測可以對地下工程施工環境可行性進行評估;在地下工程進入施工階段，要采取科學合理的降水方案，避免因人為降水失誤而導致的地下水位不可逆問題，在巖溶地質環境中，考慮到巖溶縫隙為地下水的主要路徑，在土石方施工過程中應有意識的回避其重要的巖溶通道;針對施工過程中產生的廢水應抽排到地表面，在對其進行專業的沉淀隔油處理并在符合相關標準規定后才可將其在地表排放;地下工程投入使用后，應嚴格限制在地下空間隨意進行垃圾排放，并通過修建防滲帷幕、防滲墻等設施降低施工污染物或人為污染物對地下水造成污染的程度，除此之外，要定期對地下工程施工周圍地下水水質進行檢測，當發現地下水水質發生變化時，要密切監控并及時采取措施進行控制［5］。

3 結論

通過上述分析可以發現，地下工程建設會改變地下水流通路徑、使水位、補給路徑等發生變化，加大地下水體污染的可能，使地下水環境更加脆弱，不利于人與自然和諧發展，所以在地下工程設計、施工及維護過程中應采取有效措施，盡可能的降低對地下水體環境的破壞，另外，為減少地下水體污染程度，人們在日常生活中也應注意垃圾處理，將環境保護意識落實于生活中。

［1］楊曉婷，張徽，王文科，王釗.地下工程建設對城市地下水環境的影響分析［J］.鐵道工程學報，2011，01(11):6-10.

［2］張曦.城市化進程對地下水系統的影響［D］.成都:成都理工大學，2013.

［3］張忠興.城市地下資源開發的相互影響及其系統動力學研究［D］.南京:南京大學，2012.

［4］魯嘉.城市地下水環境場變異與土結構相互作用的理論分析［D］.南寧:廣西大學，2013.

［5］張惠平.城市地下工程建設中的環境工程地質問題——預防與控制［J］.自然災害學報，2012，12(04):146-149.