隧道穿越水源保護(hù)區(qū)的影響調(diào)查研究

唐家輝,劉 黔

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽(yáng)市 550081)

0 引言

高速公路可能會(huì)穿越水源保護(hù)區(qū),對(duì)高速公路修建帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)[1],一方面是新建高速公路特別是隧道修建對(duì)水源保護(hù)區(qū)存在著巨大影響,甚至?xí)鸬揭u奪地下水,導(dǎo)致水源枯竭,同時(shí)也會(huì)造成隧道大規(guī)模突泥涌水[2],對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失,因此查明其與水源保護(hù)區(qū)的相互影響是非常必要的。

汪家大井[3-4]位于貴陽(yáng)市東12km的魚(yú)梁河中,為貴陽(yáng)市最大的上升泉,枯季最小流量1165L/s,是貴陽(yáng)市重要的供水水源地,其補(bǔ)給區(qū)面積約400km2。魚(yú)洞峽水庫(kù)[4-5]也是貴陽(yáng)市供水規(guī)劃的重要水源點(diǎn)之一,其源頭河流為魚(yú)洞河,壩址以上集水面積為118km2。擬建永樂(lè)隧道穿越汪家大井與魚(yú)洞峽水庫(kù)水源保護(hù)區(qū),若對(duì)該兩處水源保護(hù)區(qū)造成影響,后果嚴(yán)重,故查明其與水源保護(hù)區(qū)的相互影響并提前采取措施是本工程的重中之重。

1 概況

1.1 工程概況

貴黃延伸線永樂(lè)隧道進(jìn)口位于貴陽(yáng)市南明區(qū)永樂(lè)鄉(xiāng)米湯井,緊鄰魚(yú)洞峽水庫(kù)回水區(qū);出口段位于貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)東風(fēng)鎮(zhèn)北京東路上,為分離式隧道,左幅全長(zhǎng)955m,最大埋深117.7m,右幅全長(zhǎng)1050m,最大埋深141m。

該隧道穿越汪家大井及魚(yú)洞峽水源保護(hù)區(qū),為查明該隧道修建對(duì)水源保護(hù)區(qū)的影響,對(duì)該隧道及水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查,調(diào)查工作范圍長(zhǎng)度以路線軸線為基準(zhǔn),寬度按隧道影響區(qū)外推至完整的水文地質(zhì)單元,對(duì)緊臨隧道附近的汪家大井水源保護(hù)區(qū)、魚(yú)洞峽水源保護(hù)區(qū),適當(dāng)擴(kuò)大外圍邊界。擬建隧道與水源保護(hù)區(qū)位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 擬建隧道與水源保護(hù)區(qū)位置關(guān)系圖

1.2 場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件

(1)地層巖性

測(cè)區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四系(Q)、下第三系(E)、三疊系(T)、二疊系(P)、石炭系(C)、泥盆系(D)和志留系(S)、奧陶系(O)等地層。三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、奧陶系以可溶巖為主,非可溶巖較少,其余下第三系及志留系以非可溶巖為主。

(2)地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)—黔北臺(tái)隆—遵義斷拱之貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)。總體而言,場(chǎng)區(qū)構(gòu)造形跡呈北東-南西向發(fā)育。斷層、褶皺相間分布,尤其是在永樂(lè)鄉(xiāng)附近,受構(gòu)造作用的綜合影響,斷層和褶皺近平行發(fā)育,永樂(lè)鄉(xiāng)附近發(fā)育4條褶皺構(gòu)造和2條斷層,分別是羊場(chǎng)司向斜、永樂(lè)堡背斜、姚家坪背斜、西坡向斜、永樂(lè)堡斷層及田壩頭斷層,褶皺總體上是以復(fù)式向斜方式發(fā)育。

2 水文地質(zhì)特征分析

2.1 地表水

隧址區(qū)屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅怠y(cè)區(qū)地勢(shì)總體南東高,北西低,地表水總體自南向北徑流,測(cè)區(qū)發(fā)育有魚(yú)梁河及魚(yú)洞河兩條河流,為測(cè)區(qū)最低排泄基準(zhǔn)面。

2.2 地下水及其分布規(guī)律

區(qū)內(nèi)出露地層多樣,根據(jù)地層巖性及其組合特征、地下水賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征,將區(qū)內(nèi)地下水類(lèi)型分為碳酸鹽巖巖溶水、基巖裂隙水和第四系松散層孔隙水,以碳酸鹽巖巖溶水為主。

地下水的分布受地形、巖性控制較為明顯,項(xiàng)目區(qū)發(fā)育有魚(yú)梁河及魚(yú)洞河兩條河流,兩河流切割深,為控制場(chǎng)區(qū)地下水徑流的排泄基準(zhǔn)面,其中魚(yú)梁河為最低侵蝕排泄基準(zhǔn)面。

以魚(yú)梁河為界,以西出露地層主要以碎屑巖為主,夾部分碳酸鹽巖,該區(qū)域地下水主要以碎屑巖內(nèi)的基巖裂隙水為主,多為潛水形式存在,少部分為巖溶裂隙水,賦存于碳酸鹽巖中,沿溶蝕裂隙,層面往東至魚(yú)梁河床排泄。魚(yú)梁河以東大片分布的是碳酸鹽巖,地下水類(lèi)型主要是巖溶裂隙水,該類(lèi)水受地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造作用以潛水和承壓水的方式賦存。淺部的地下水通過(guò)巖溶裂隙和層面等排泄通道下滲后往河床方向排泄,為潛水。另一部分的地下水受永樂(lè)區(qū)復(fù)式向斜構(gòu)造的影響,沿破碎的巖體下滲至深部,形成承壓水,亦是在魚(yú)梁河附近排泄,如汪家大井,見(jiàn)圖2。

圖2 汪家大井地下水補(bǔ)給示意圖

擬建隧道穿越的山脊是測(cè)區(qū)的高點(diǎn),該山脊一線也是汪家大井水源地的補(bǔ)給邊緣。山脊出露地層為棲霞組至茅口組(P1q+m)灰?guī)r,且該區(qū)域巖層產(chǎn)狀陡傾,故該區(qū)域內(nèi)地下水主要受巖性控制。地下水接受大氣降雨補(bǔ)給后,沿巖層層面、溶蝕裂隙進(jìn)行徑流,順地勢(shì)向魚(yú)梁河、魚(yú)洞河以泉點(diǎn)方式排泄。隧道區(qū)地勢(shì)較高,經(jīng)鉆孔水位測(cè)量,其地下水位低于隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高,證明該區(qū)域內(nèi)地下水位受兩條河流控制明顯,故隧道的建設(shè)對(duì)汪家大井水源產(chǎn)生襲奪的可能性極小。

位于項(xiàng)目右側(cè)的魚(yú)洞河流域在魚(yú)洞峽水庫(kù)蓄水后,整體抬升了場(chǎng)區(qū)的地下水水位。據(jù)調(diào)訪和收集到的資料顯示,魚(yú)洞峽水庫(kù)修筑后,地下水位上升。由于永樂(lè)鄉(xiāng)附近大冶組(T1d)地層巖溶程度較高,且其與汪家大井具備水力聯(lián)系,為避免水庫(kù)蓄水后水庫(kù)泄漏,魚(yú)洞峽水庫(kù)在本項(xiàng)目擬建永樂(lè)隧道的山脊至永樂(lè)鄉(xiāng)西南側(cè)的鐵枯山一帶設(shè)置了帶狀的防滲帷幕注漿帶[6-7]。從現(xiàn)在的水庫(kù)蓄水效果看,該帷幕注漿帶起到了較好的隔水效果,水庫(kù)蓄水已達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3 隧道水文地質(zhì)問(wèn)題分析

3.1 洞身涌水、突泥

隧道洞身穿過(guò)地層主要為C1d、P1q-m、P2c+w,其中以碳酸鹽巖地層P1q-m灰?guī)r為主。在碳酸鹽與碎屑巖接觸面上,往往巖溶發(fā)育比較強(qiáng)烈,可能存在較大巖溶裂隙、溶洞及豐富的地下水,隧道穿越時(shí)易造成突水、突泥等工程風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)加強(qiáng)隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)檢測(cè)、超前鉆孔等措施,為制定處置方案和應(yīng)急預(yù)案、保證施工安全提供基礎(chǔ)資料。

3.2 擬建隧道對(duì)汪家大井、魚(yú)洞峽水庫(kù)水源地影響

如圖3所示,汪家大井補(bǔ)給范圍巨大,其流域補(bǔ)給范圍位于擬建隧道南側(cè)、南東側(cè),總流域補(bǔ)給范圍達(dá)400km2。而擬建隧道位于汪家大井補(bǔ)給范圍西北邊緣處,其地勢(shì)較高,該處為一局部的分水嶺,匯水面積小,該處亦不是汪家大井泉點(diǎn)的主要補(bǔ)給區(qū),故隧道建設(shè)對(duì)汪家大井補(bǔ)給源影響極小。

圖3 永樂(lè)隧道、汪家大井、漁洞峽水庫(kù)水文地質(zhì)斷面圖

其次,擬建隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高在1086～1104 m之間,而汪家大井泉點(diǎn)出露高程為魚(yú)梁河河床的1018m,魚(yú)洞峽水庫(kù)設(shè)計(jì)蓄水高程為1075m。隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高高于汪家大井86m,隧道的建設(shè)不會(huì)對(duì)汪家大井水源產(chǎn)生襲奪作用。隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高高于漁洞峽蓄水高程29m,亦對(duì)漁洞峽水庫(kù)無(wú)影響。

最后,經(jīng)對(duì)永樂(lè)隧道Q-ZK5鉆孔進(jìn)行水位測(cè)量,其鉆孔內(nèi)無(wú)穩(wěn)定地下水位,說(shuō)明隧道通過(guò)地層地下水位低于隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高,證明隧道建設(shè)對(duì)汪家大井和漁洞峽水庫(kù)無(wú)影響。

3.3 施工涌水、排水對(duì)地表、地下水環(huán)境的影響

永樂(lè)隧道穿越地層以灰?guī)r為主,隧道開(kāi)挖過(guò)程中可能揭露隱伏巖溶,揭露巖溶易導(dǎo)致突發(fā)性涌水、突泥。隧道施工中不可避免地將產(chǎn)生涌水、施工污水,由于隧道緊臨兩個(gè)一級(jí)水源保護(hù)區(qū),環(huán)境敏感度高。施工涌水、施工污水的排泄可能導(dǎo)致地表水體尤其是魚(yú)洞峽水庫(kù)水源地的污染,需采取合適的工程措施[8-9]處理和排泄施工污水、隧道涌水,避免對(duì)地表水源產(chǎn)生影響。另外,由于隧道區(qū)穿越的可溶巖具有較強(qiáng)的透水性,隧道涌水、施工污水亦可能沿巖溶裂隙、巖層層面等通道順地勢(shì)下滲進(jìn)入魚(yú)洞峽水庫(kù)甚至是汪家大井,故設(shè)計(jì)和施工措施中也應(yīng)考慮對(duì)巖溶底板的防滲處理,確保地表水、地下水均不發(fā)生污染事故。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)隧道區(qū)的水文地質(zhì)專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查,得出以下結(jié)論:

(1)調(diào)查區(qū)內(nèi)以永樂(lè)鄉(xiāng)附近為軸,發(fā)育一個(gè)較大規(guī)模的向斜儲(chǔ)水構(gòu)造,地下水主要為巖溶裂隙管道水、溶洞裂隙水,水量大,汪家大井是受該向斜構(gòu)造控制的深層巖溶承壓水,其補(bǔ)給范圍大,主要位于擬建隧道的南側(cè)、南東側(cè)。擬建隧道位于汪家大井補(bǔ)給范圍北側(cè)邊緣,其匯水面積小,不是汪家大井主要補(bǔ)給區(qū),隧道建設(shè)對(duì)汪家大井水源地影響極小。

(2)區(qū)內(nèi)地下水主要通過(guò)裂隙、溶隙、溶槽、落水洞接受大氣降水和地表水補(bǔ)給,沿構(gòu)造形跡、巖層層面、巖溶管道、通道徑流,于地形低洼和河谷地帶以泉的形式排泄。隧道施工開(kāi)挖后可能改變隧道附近的水環(huán)境平衡,導(dǎo)致緊鄰隧道附近的泉點(diǎn)流量減少、斷流甚至干枯。

(3)擬建隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高高于汪家大井及魚(yú)洞峽水庫(kù)蓄水高程,隧道建設(shè)對(duì)兩個(gè)水源保護(hù)區(qū)均無(wú)襲奪作用。

(4)隧址區(qū)以灰?guī)r等可溶巖為主,巖溶發(fā)育強(qiáng)烈,隧道施工存在施工中污水沿巖溶通道下滲影響地下水的風(fēng)險(xiǎn),設(shè)計(jì)和施工應(yīng)采用相應(yīng)的措施避免污染事件的發(fā)生。