隧道建設(shè)對(duì)地下水環(huán)境影響的三維數(shù)值模擬

唐曉翠+曹聰+孫一博

摘 要：以輕軌一號(hào)線縉云山隧道為例，在充分了解、掌握隧址區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，選用VISUAL MODFLOW軟件，采用三維數(shù)值模擬方法，模擬了隧址區(qū)的水文條件，并在此基礎(chǔ)上，計(jì)算了隧道在排水條件下對(duì)地下水的疏干情況。

關(guān)鍵詞：隧道；水文地質(zhì)條件；三維數(shù)值模擬；地下水

中圖分類號(hào)：U452.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.069

1 工程概況

擬建軌道一號(hào)線延至璧山段縉云山隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道，隧道凈空寬9.60 m，凈空高7.00 m，最大埋深約為220m，進(jìn)、出洞口高程為309.10 （進(jìn)口）～309.60 m（出口），縱坡為人字坡。

2 基礎(chǔ)地質(zhì)特征

2.1 地形地貌

遂址區(qū)位于構(gòu)造侵蝕、溶蝕低山地貌單元，隧址區(qū)地面高程一般為300～600 m，呈一山多嶺的形式，最高點(diǎn)高程為690 m，最低標(biāo)高為290 m，相對(duì)高差為400 m。

2.2 地層巖性

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)主要受溫塘峽背斜控制，該背斜為狹長形不對(duì)稱的梳狀背斜，大致向NNE～NNW延伸，長60 km。背斜東翼巖層的傾向?yàn)?5～160°，傾角為10～80°；背斜西翼巖層的傾向?yàn)?71～340°，傾角為20～83°。

2.4 巖溶地質(zhì)

隧址區(qū)巖溶主要發(fā)育于三疊系下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）和中統(tǒng)雷口坡組（T2l），地層以薄、中厚層狀灰?guī)r、鹽溶角礫巖和白云巖為主，受地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造的影響明顯。

2.5 含水巖組的劃分和富水性

3 隧道對(duì)地下水影響的三維數(shù)值模擬

3.1 方法的選擇和模型概化

本次數(shù)學(xué)模擬計(jì)算采用美國地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey）開發(fā)的VISUAL MODFLOW軟件。模擬選取模型底板的高程為0 m，并按照50 m的網(wǎng)格剖分。模擬南、北向的長度為7 200 m，共144個(gè)單元；東、西的向長度為5 400 m，共108個(gè)單元，包含各個(gè)隧道的進(jìn)、出口。模型中各地層的滲透性K參考了已有成果報(bào)告，如表1所示，降雨量采取區(qū)域內(nèi)的年均降雨量（1 082 mm），并按照平面上出露的巖性分布和地表地形分區(qū)賦值。

3.2 隧址區(qū)現(xiàn)狀模擬（天然條件）

隧址區(qū)內(nèi)已有璧山大學(xué)隧道和成渝復(fù)線隧道，據(jù)《重慶市軌道一號(hào)線延至璧山段縉云山隧道專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》，平水期兩條隧道的總排水量分別為10 371 m3/d和4 754 m3/d。因此，模擬的天然條件必須同時(shí)滿足以下條件：①模型中計(jì)算出的已有隧道的排水量與實(shí)際調(diào)查的排水量較為接近；②模擬出的無水單元與實(shí)際調(diào)查確定的地下水影響范圍較為一致。

模型運(yùn)行至徑流場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且模擬出的兩槽谷內(nèi)地下水疏干單元范圍與實(shí)際的影響范圍較為符合時(shí)，即可將此視為隧址區(qū)的現(xiàn)狀條件，如圖2所示，即璧山大學(xué)城隧道和成渝復(fù)線隧道修建后隧址區(qū)內(nèi)地下水的現(xiàn)狀。模型在此基礎(chǔ)上加入了擬建縉云山隧道，并進(jìn)行了各種工況的模擬。

3.3 隧道排水條件模擬

在模型計(jì)算365 d后，隧道對(duì)地下水的疏干范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，如圖3所示；在模型計(jì)算1 825 d后，隧道對(duì)地下水的疏干范圍如4所示。

由圖3和圖4可見，擬建縉云山隧道的研究使該區(qū)地下水在原有地下水疏干范圍的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)大，但隨著時(shí)間的推進(jìn)，疏干范圍并沒有擴(kuò)大。

4 結(jié)束語

綜上所述，隧道開挖將形成較大的集水廊道，并會(huì)造成隧道上部較大范圍內(nèi)的水源枯竭（主要為水天池、勞動(dòng)水庫）。該隧道運(yùn)行5年后，疏干范圍的擴(kuò)大會(huì)減緩，地下水位降深也會(huì)變緩。

〔編輯：張思楠〕