岩溶隧道施工中地下水环境负效应评价指标体系探究

胡 涛

（辽宁省水利水电勘测设计研究院 沈阳市 110006）

当隧道在通过松散岩层、岩溶裂隙发育带或者断层破碎带时，就会与区域地下水与地表水产生一定的水力关系。地下水很多都是地表水的渗透或者是溶洞中储藏的岩溶水，有的时候是流动的，有的时候是静止的。地下水的存在，让岩石软化，降低岩石的强度，导致层间夹层软化与稀释进而出现层间滑动。面对这样的情况就需要对地下水的负效应进行合理的、准确的评价。

1 地下水环境负效应

因为地下水开采、地下矿产资源开发负环境效应的主要表现有以下几个方面：

（1）区域地下水位下降。区域地下水水位下降是水资源开发负环境效应的一个非常主要的表现形式。因为超量开采或者是隧道施工的过程中过渡的排放地下水，让地下水降落漏斗不断扩大，最后出现区域性水位下降，严重时导致水资源短缺甚至枯竭。具体表现有：①城市地下水资源枯竭；②泉水流量减少或者枯竭；③导致机泵井工作环境恶化；④海（咸）水入侵。

（2）地面下沉。地面下沉这种环境负效应已经屡见不鲜，对社会带来的危害较为严重，在世界各地都受到广泛的关注。地下水下降是诱发地面沉降的决定性因素。隧道开挖会产生地表沉降、倾斜、地面曲率变化以及地表拉伸和压缩等诸多作用，这些都会导致地面沉降，并对地面与地下建筑带来巨大的损害。地面沉降还会导致测量标志失准，给工程建设带来巨大的困难。

（3）岩溶塌陷。碳酸盐岩分布区地下通常都发育有很多的洞穴与管道等岩溶形态，其开口覆盖有比较薄的第四纪松散堆积物，如果强烈抽取岩溶积水很容易导致覆盖层出现陷落、下沉的情况，在地表形成规模不同、形态不同的坑槽，导致岩溶塌陷的产生。我国岩溶塌陷很多都是由不同程度抽取地下水或者矿坑排水所导致的，因为灰岩等碳酸盐类岩石具有可溶性的特点，与其他岩石相比，在这些岩石所组成的地层中水文地质特征以及工程地质条件都有着独特的特征，不仅是导水，并且还能够使得土颗粒在水流的作用下顺着溶隙或管道远移。这种特性的存在，使得在可溶岩地区修建隧道就容易出现各种各样的地质灾害。

（4）隧道涌突水。岩溶区开采煤炭以及其他固体矿产资源或者是隧道挖掘，在顶部或者是底板为碳酸盐所分布的情况下，容易产生岩溶水的突水、涌水等情况。在坑道中涌水量较大的地带很容易导致岩溶塌陷，导致地表水部分或者是全部涌入低下，导致涌水量的增加。在隧道掘进的过程中，因为揭露地下暗河，会导致大量的岩溶水的溃入，如果在其中有泥沙与气团，那么所导致的危害将会更加严重。

2 岩溶隧道施工中地下水环境负效益评价指标体系

（1）岩溶隧道施工中地下水环境负效益评价指标体系构建的作用。

①有助于研究、设计与管理人员对隧道工程建设中可能导致的地下水环境负效应进行较为系统与全面的认识。②能较为系统地对各种指标在指标体系中所拥有的地位产生系统的认识，并能够就各个指标之间的关系进行准确的认识，将更加有助于针对不同的评价对象与具体的目的来选择适当的指标。③有助于更加准确地对地下水环境负效应进行准确的反映，并准确地对一定时期内环境负效应持续发展的趋势与速度进行准确的评价与监测。

（2）指标体系构建采用的方法。评价指标体系的初选方法常用的主要有分析法、交叉法、综合法与指标属性分组法等，其中分析法最为常用。初选的评价指标是求全而不是求优。

① 综合法。指的是对现有的指标群根据一定的标准与原则进行聚类，让其形成体系的方法，这种方法比较适合用来对现有评价指标体系进行完善。

② 交叉法。通过二维、三维或者是更多维的交叉来派生出来的一系列的指标，进而形成一套完整的指标体系。

③ 指标属性分组法。因为指标体系本身拥有不同的属性与表现形式，因此初选评价指标体系时，指标属性也能够具有多面性。因此在初选评价指标体系时，可以从指标属性角度出发，对指标的组成进行构思。

④ 分析法。将综合评价指标体系的度量目标与度量对象进行划分，分为多个不同组成部分或者是侧面，并逐步进行细分，一直到每一个部分与侧面都能够通过具体的统计指标来进行描述与实现。因为在初选指标时要做到全面，因此初选时往往是将上述各种方法进行综合的运用。

（3）地下水环境负效应指标概述。

① 地表汇水面积。隧址区地表汇水面积会对隧道施工过程中的地下水环境负效应带来直接的影响，如果是隧道处于三围合抱的狭长槽谷低地，那么汇水面积就会较大，容易汇聚周围山地大气降水，将有助于两侧山地地下岩溶水与裂隙水的汇聚，让地下水的补给来源增加，让岩层之中的含水增加。同时地表汇水面积较大的地区，地表径流量会增加，地表水系也会相对发达。巨大的地表水体与发达的地表水系都会对隧道施工带来的地下水环境负效应产生很大的影响。

② 水文网状况。地表水系与地下水之间存在有水力联系，地表水系通过垂直下渗与侧向径流来补充地下水体，如果地表水系发育、水文网发达，在隧道长期排水的条件下，就会增强隧址区地下水系统与地表水系统的水力联系，因为隧道的集水与汇水作用，会导致地下水运动的方向发生变化，导致局部的水力梯度增加，使得地下水、地表水被疏干，增大隧道施工过程中的涌突水的风险。

③ 地层岩性。岩性能够对岩层裂隙、宽度、延伸长度等带来影响，因为裂隙在不同的岩性中发育不同，因此在构造条件相同时，不同岩性的介质含水量就会不同。隧道涌水量也与地层岩性有着非常密切的关系，岩层裂隙的大小、发育程度以及联通情况等都和岩性直接相关。各种岩石的矿物成分不同，岩性也就不同，在相同的气候条件下，岩石的风化程度就会不同。

④ 断裂性质。断层是地下水运移的重要通道，同时也是地下水存储的重要场所。断层发育会让断层周围地层中的构造裂隙增加，不仅仅会降低岩石的强度，还会导致岩层的导水性增加。岩层断裂的情况与隧道施工以及隧道内的涌水量有着非常密切的联系。

⑤ 褶皱发育状况。背斜构造主要是因为水平挤压的作用导致的，沿着背斜核部经常会出现纵向张断裂，对于那些规模较大的背斜，往往还会伴随有次级横向张裂隙，让地下水的补给与径流条件得到改善。褶皱带的地应力分布非常复杂，在内动力抵制作用之下会让岩层变形非常强烈，在褶皱的核部往往都会发育有较多的劈理或者裂隙。在褶皱中的这些伴生裂隙与断层如果与地表水联通，那么就会成为地表水向地下隧道渗透的通道，在碳酸盐地区就更是这样。

⑥ 地下水补径排条件。地下水的动态变化，在实质上就是补给、径流与排泄在宏观上的综合表现。从一个地区来讲，地下水在没有经过大量的开采之前，基本是处于一种动态的均衡状态，地下水位在大致上保持相对稳定。但是如果隧道施工对地下水的补径排条件产生了影响，就很有可能导致补给量与排泄量之间的平衡关系被打破，部分地区出现含水层被疏干的负效应，如果是隧道位于地下水的补给区，则产生的负效应强度要高于地下水排泄区。如果是处于弱径流区，地下水的流速与流量都较小，地下水中有害物质的传播范围也就较小，所带来的地下水负效应也会较小。

3 结 语

地下水负效应评价指标除文中所提出的指标外还包含有其他多种指标，例如碳酸盐岩出露面积比、岩层富水性、井泉水化学类型、隧道总最大涌水量、隧道最大埋深、隧道长度、开挖断面面积等。在初选指标中这些都是属于非常重要的内容，同时都对衡量岩溶隧道施工中地下水负效应有着重要的作用，因此需要对相应的指标体系进行更多的研究。

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