歌乐山隧道施工涌水对周边地下水系统的影响及环境效应
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摘要
铁路隧道施工发生涌水问题成为施工中或营运中的重大障碍，且亦可能造成地表水源枯竭、环境污染与生态影响等问题。
歌乐山隧道位于渝怀线引入段重庆市沙坪坝区团结村至井口村之间，隧道穿越近南北向的观音峡背斜，地貌上表现为脊、槽相间，观音峡背斜由侏罗系新田沟组至三叠系下统碎屑岩和碳酸盐岩组成，歌乐山顶大部分出露可溶岩地层，地表岩溶发育，有大量泉水和暗河出口，并修建有多个中小型水库、大量池塘和水井。因此，歌乐山隧道在施工期间是否会由于隧道大量涌水，导致周围地表水、地下水的疏干，威胁到山上6万多居民和200多家企事业单位的生产生活。进而可能造成地表植被退化，甚至引起地表塌陷等多方面的负面影响，是隧道施工中必须考虑的问题。
作者在进行歌乐山地质环境调查的基础上，仔细分析了大量观测资料，研究其储水构造，掌握地下水动态变化与隧道施工涌水的关系，及补给受降雨的影响情况。对隧道周围的地下水进行动态分析、回归分析、常规水化学分析以及同位素分析，得出观音峡背斜东西翼槽谷的岩溶发育特征，及地下水的循环交替条件、补给排泄途径；统计分析裂隙测量数据，计算渗透张量。并且在此基础上建立MODFLOW二维模型对隧道涌水引起周围地下水变化进行数值模拟，研究隧道疏干排水对周围地下水系统影响，进行模拟并预测堵水成功后水位的恢复情况，最后分析隧道对周围地下水位以及引起的地面塌陷的影响。
Water invasion bursten out during the railway-tunnel construction is usually the mainly problem in constructing or operating, also which brings surface water to exhaustion and pollutes environment or effects ecology, etc.
The Geleshan tunnel which crosses through Guan-yin gorge anticline which trend is near south north, is located between Tuanjie village and Jingkou village of the ShaPingBa zone, ChongQing city, which is belongs to the inducting segment of Yu-Huai railway. The Guan-yin gorge anticline appears to ridge and slot interlacing in land form, and is composed of clastic rock and carbonate rock from Jurassic Xintiangou group to Triassic. On the most top of Geleshan, there are many micromidi-reservoirs, ponds and wells built, and soluble rock exposed, which develop well and has many outlets of springs and underground rivers. Whether the Geleshan tunnel's lots of water invasion during construction period brings about surround ground water or underground water drying, threatens sixty thousands persons and two hundreds enterprises' existence, and more leads vegetation to regress, or brings about ground's collapse, etc. is the necessary problem should be considered during the tunnel construction.
First, On the base of investigating Geleshan geologic environments, the author carefully analyzes them, studies their water storage structure, discusses the relationship of underground water dynamic changes and tunnel drainage by desiccation;Secondly, the author makes the dynamic analysis, regression analysis, routine hydrochemistry analysis, isotope analysis, so draws to Guan-yin gorge anticlire east and west slot's karst developing features, alternated conditions underground water and supplying drain ways;Thirdly, by stating the fissuring's surveying data, the author calculates the seeping tensor. At the last, on the base of that, the author builds up 2-D model (MODFLOW) to simulate numerical value of surrounding underground water changes by tunnel water invasion, researches the effects on surrounding underground water system for tunnel drainage by desiccation, forecasts the restoring cases after the exclusion of water, at the same, analyzes the influences in underground water level and surface collapse by tunnel excavating.
歌乐山隧道位于渝怀线引入段重庆市沙坪坝区团结村至井口村之间，隧道穿越近南北向的观音峡背斜，地貌上表现为脊、槽相间，观音峡背斜由侏罗系新田沟组至三叠系下统碎屑岩和碳酸盐岩组成，歌乐山顶大部分出露可溶岩地层，地表岩溶发育，有大量泉水和暗河出口，并修建有多个中小型水库、大量池塘和水井。因此，歌乐山隧道在施工期间是否会由于隧道大量涌水，导致周围地表水、地下水的疏干，威胁到山上6万多居民和200多家企事业单位的生产生活。进而可能造成地表植被退化，甚至引起地表塌陷等多方面的负面影响，是隧道施工中必须考虑的问题。
作者在进行歌乐山地质环境调查的基础上，仔细分析了大量观测资料，研究其储水构造，掌握地下水动态变化与隧道施工涌水的关系，及补给受降雨的影响情况。对隧道周围的地下水进行动态分析、回归分析、常规水化学分析以及同位素分析，得出观音峡背斜东西翼槽谷的岩溶发育特征，及地下水的循环交替条件、补给排泄途径；统计分析裂隙测量数据，计算渗透张量。并且在此基础上建立MODFLOW二维模型对隧道涌水引起周围地下水变化进行数值模拟，研究隧道疏干排水对周围地下水系统影响，进行模拟并预测堵水成功后水位的恢复情况，最后分析隧道对周围地下水位以及引起的地面塌陷的影响。
Water invasion bursten out during the railway-tunnel construction is usually the mainly problem in constructing or operating, also which brings surface water to exhaustion and pollutes environment or effects ecology, etc.
The Geleshan tunnel which crosses through Guan-yin gorge anticline which trend is near south north, is located between Tuanjie village and Jingkou village of the ShaPingBa zone, ChongQing city, which is belongs to the inducting segment of Yu-Huai railway. The Guan-yin gorge anticline appears to ridge and slot interlacing in land form, and is composed of clastic rock and carbonate rock from Jurassic Xintiangou group to Triassic. On the most top of Geleshan, there are many micromidi-reservoirs, ponds and wells built, and soluble rock exposed, which develop well and has many outlets of springs and underground rivers. Whether the Geleshan tunnel's lots of water invasion during construction period brings about surround ground water or underground water drying, threatens sixty thousands persons and two hundreds enterprises' existence, and more leads vegetation to regress, or brings about ground's collapse, etc. is the necessary problem should be considered during the tunnel construction.
First, On the base of investigating Geleshan geologic environments, the author carefully analyzes them, studies their water storage structure, discusses the relationship of underground water dynamic changes and tunnel drainage by desiccation;Secondly, the author makes the dynamic analysis, regression analysis, routine hydrochemistry analysis, isotope analysis, so draws to Guan-yin gorge anticlire east and west slot's karst developing features, alternated conditions underground water and supplying drain ways;Thirdly, by stating the fissuring's surveying data, the author calculates the seeping tensor. At the last, on the base of that, the author builds up 2-D model (MODFLOW) to simulate numerical value of surrounding underground water changes by tunnel water invasion, researches the effects on surrounding underground water system for tunnel drainage by desiccation, forecasts the restoring cases after the exclusion of water, at the same, analyzes the influences in underground water level and surface collapse by tunnel excavating.
引文
[1] 田华兵，卫迦，王玉兰，MODFLOW的可视化开发，物探化探计算技术，Vol．21 No．2 May 1999
[2] 陈锁忠，MODFLOW三维有限差分地下水渗流模型的原理，江苏地矿信息．1999．2
[3] 张孝超，环境影响评价制度研究，法学杂志，2003年第1期
[4] 于远忠，郑旭，工程地质环境动态系统质量综合评价地质灾害与环境保护Vol．7，No．1
[5] 蔡鹤生，唐朝晖，周爱国，地质环境容量评价指标初步研究 水文地质工程地质1998
[6] 王文俊，生态地质环境评价的基本原理及其应用，成都理工大学博士论文 2001
[7] 袁道先，岩溶地区的地质环境与水文生态问题 南方国土资源2003．1
[8] 马致远，郭建青，李用朝，应用氚示踪剂有限态混合元模型计算含水层参数及地下水滞留时间西安工程学院学报Vol．21 N0．1
[9] 徐乐昌，地下水模拟常用软件介绍铀矿冶Vol．21 No．1
[10] 吴剑锋，朱学愚等，GASAPF方法在徐州市裂隙岩溶水资源管理模型中的应用水利学报2000．12
[11] Wang Q J. The genetic and its application to calibrating conceptual rainfall-runoff models [J]. Water Resour res, 1991
[12] 黄润秋，王贤能，深埋隧道工程主要灾害地质问题分析水文地质工程地质 1998年第4期
[13] 鲁克滨，岩溶地区井下疏干地表塌陷的综合治理方法冶金矿山设计与建设 1993年第4期
[14] 施龙青等，查庄井田水文地质特征及突水因素分析矿业世界1997年第4期
[15] 尹喜霖，鹤岗煤田矿坑涌水成因分析与防治建议勘察科学技术1998年第1期
[16] 项式均，中国南方岩溶塌陷，广西师范大学出版社 1990年
[17] 田级生，秦皇岛市柳江水源地喀斯特地面塌陷特征，勘查科学技术1992年1期
[18] 刘嘉平，岩溶地面塌陷成因的新分析，水文地质工程地质 1991年6期
[19] 姜中等，秦皇岛市柳江水源地岩溶塌陷形成条件及稳定性评价，中国岩溶1992年3期
[20] 陈崇希，三维地下水流中常规观测孔水位的形成机理及确定方法，地球科学—中国地质大学学报 Vol．28 No．5
[21] 王鹏等．岩质边坡渗流场中等效连续介质模型的应用，北京科技大学学报Vol．25 No．2
[22] 杨天鸿等，边坡岩体疏干巷道排水动态过程的数值模拟，煤田地质与勘探 2001
[23] 邓惠森，岩土层垂向渗透系数与径向渗透系数，勘察科学技术，1992年第4期
[24] 仵彦卿，利用多孔压水试验资料计算裂隙岩体的渗透系数张量，地质灾害与环境保护，Vol．4，No．1
[25] 王明玉，陈劲松等，离散裂隙渗流方法与裂隙化渗流介质建模，地球科学—中国地质大学学报，2002
[26] 张金才，裂隙岩体渗透特征的研究，煤炭学报，Vol．22 No．5
[27] 李俊亭，等主编．地下水动力学．北京：地质出版社，1989年
[28] 陈葆仁，溉再吉．陈新洪．应用地下水动态观测系列频谱分析方法推求水文地质参数，水文地质工程地质，1983年
[29] 雅·贝尔，(许涓铭等译)，地下水水力学，地质出版社，1985年
[30] 陈雨孙著，地下水运动与资源评价，中国建筑工业出版社，1986年
[31] 房佩贤等，专门水文地质学，长春地质学院印刷厂，1985．3
[32] 罗焕炎，陈雨孙，地下水运动的数值模拟，中国建筑工业出版社，1988年
[33] 薛禹群主编，地下水动力学原理，地质出版社，1986年
[34] 俞锦标等著，中国喀斯特发育规律电讯研究，科学出版社，1990年
[35] 高荣松主编，环境影响评价原理和方法，四川科学技术出版社，1989年
[36] 陆雍森等编著，环境评价，同济大学出版社．1999年
[37] 徐开礼等主编，构造地质学，地质出版社，1989年
[38] 何宇彬等著，中国喀斯特水研究，同济大学出版社，1997年
[39] 尹观主编，同位素水文地球化学，成都科技大学出版社，1988年
[40] 刘传正著，环境工程地质学导论，地质出版社，1995年12月
[41] 沈照理主编，水文地球化学基础，地质出版社．1986年
[42] 王学仁，王松桂编译，实用多元统计分析，上海科学技术出版社，1990年
[43] 王文科著，地下水有限分析数值模拟的理论与方法，陕西科学技术出版社，1996生
[44] 卢武长主编，稳定同位素地球化学，成都地质学院，1986年
[45] 刘立才，陈鸿汉，张达政，梯度法在水文地质参数估值中的应用，水文地质工程地质，2003年3期
[46] 曹万金，胡志荣，伍清潮，区域平均变值给水度的确定，地下水资源评价，1994年
[47] 张子贤，用高斯一牛顿法确定给水度，河北工程技术高等专科学校学报，1999年第1期
[48] 郭卫星，卢国乎编译．MODFLOW三维有限差分地下水流模型．南京：南京大学
出版社，1998
[49] 安润莲．宁永香．岩溶研究现状及发展趋势，煤炭技术，2002年，Vol．21 No．5
[50] 李进元，水库蓄水后金龙山谷坡Ⅱ区蠕滑体稳定性研究，成都理工大学硕士论文，2002
[51] 王文俊．生态地质环境评价得基本原理及其应用—以长江上游安宁河流域为例，成都理工大学博士论文，2003
[52] 许模，屈科等，圓梁山隧道毛坝向斜段岩溶水同位素组分特征，成都理工学院学报，2001，Vol．28 No．2
[2] 陈锁忠，MODFLOW三维有限差分地下水渗流模型的原理，江苏地矿信息．1999．2
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[21] 王鹏等．岩质边坡渗流场中等效连续介质模型的应用，北京科技大学学报Vol．25 No．2
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[23] 邓惠森，岩土层垂向渗透系数与径向渗透系数，勘察科学技术，1992年第4期
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[25] 王明玉，陈劲松等，离散裂隙渗流方法与裂隙化渗流介质建模，地球科学—中国地质大学学报，2002
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[39] 尹观主编，同位素水文地球化学，成都科技大学出版社，1988年
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[42] 王学仁，王松桂编译，实用多元统计分析，上海科学技术出版社，1990年
[43] 王文科著，地下水有限分析数值模拟的理论与方法，陕西科学技术出版社，1996生
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[46] 曹万金，胡志荣，伍清潮，区域平均变值给水度的确定，地下水资源评价，1994年
[47] 张子贤，用高斯一牛顿法确定给水度，河北工程技术高等专科学校学报，1999年第1期
[48] 郭卫星，卢国乎编译．MODFLOW三维有限差分地下水流模型．南京：南京大学
出版社，1998
[49] 安润莲．宁永香．岩溶研究现状及发展趋势，煤炭技术，2002年，Vol．21 No．5
[50] 李进元，水库蓄水后金龙山谷坡Ⅱ区蠕滑体稳定性研究，成都理工大学硕士论文，2002
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[52] 许模，屈科等，圓梁山隧道毛坝向斜段岩溶水同位素组分特征，成都理工学院学报，2001，Vol．28 No．2