赣韶铁路黄竹头隧道水文地质环境影响评价
发布时间：2011-03-12 10:51:40更新时间：2011-03-12 10:51:40
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摘要：本文通过对赣韶铁路黄竹头隧道水文地质条件及隧道通过地区水文地质环境的分析，分析了赣韶铁路黄竹头隧道对周围水文地质环境影响因素，通过对隧道对水库影响的水文地质研究，采用了达西定律的计算方法，预测隧道对水库渗漏的影响。
关键词：赣韶铁路、隧道、涌水量、罗沅洞水库、渗漏量、达西定律。
1、引言
赣韶铁路始自京九铁路江西省的赣州东站沿既有线至南康站引出，沿章江而上经大余县、穿梅岭后到达广东省南雄市，再经始兴、仁化县周田镇，到达终点韶关站。本段线路运营里程约211km，新建长度约180km。赣韶铁路连接京广、京九两条南北大通道，它的建设对完善路网布局，促进赣南、粤北老区经济发展具有重要意义。
黄竹头隧道长4150m，进口里程CK038+475，海拔高程164m，出口里程CK042+625，海拔高程158m，洞顶最高处海拔高程324.0m，隧道最大埋深159m，洞顶最底处海拔高程169.5m，隧道最浅埋深13m。
2、水文地质概况
2．1地形地貌
黄竹头隧道位于构造剥蚀丘陵区，地势南高北低，起伏较大，山峰沟谷坡地地零星分布，地形陡峻，山体侵蚀剥蚀较为强烈，山体自然坡度30°～70°。高程为143～324m，相对高差40～181m，地表植被茂盛。隧道进出口处地形坡度不同，入口为坡度约70°的陡坡，植被发育，基岩裸露，出口为缓坡，植被覆盖。
2．2气象与水文
场地位于赣南南康市，属于亚热带湿润季风气候区。主要特征为：夏季长而炎热，秋季干燥，冬季阴湿，干湿季节明显。年平均气温16℃～20℃，最高气温40.0℃，最低气温－5℃，一月温度最低，平均温度6℃，七月温度最高，平均温度29.1℃，多年平均平均降水量1464.6m，年最大降水量2083.9mm（1975年），年最小降水量922.1mm（1971年），年平均蒸发量1532.5mm，最大蒸发量是1845.1mm（1971年）；雨量集中在4～6月份，无霜期多在300天以上。最大风速10m/s，其最大风时的风向为北风。
2．3地层岩性
隧道通过地区经多期、多级次的构造运动，形成了构造剥蚀丘陵区，线路附近最高山峰海拔高程为369m，相对高差在100~200m之间，植被茂盛；地层岩性为主要为震旦系和燕山期侵入的花岗岩地层，其中震旦系岩性为青灰、灰绿色厚层变余中细粒长石石英砂岩与板岩互层或夹层，灰绿色中厚层变余长石石英砂岩夹板岩，灰褐色铁锰质砂岩，灰白色厚层硅质岩夹薄层硅质板岩，灰绿色中厚层变余长石石英砂岩，硬砂岩夹含炭、砂质板岩，深灰色厚层硅质岩，呈互层状分布，局部呈夹层状分布；燕山期侵入的花岗岩主要分布在隧道出口CK42+385-CK42+625和隧道CK38+750-CK38+975段，风化层厚度较大。表层覆盖有厚度不等粘性土及碎石类土。
2．4地下水水文地质条件
隧道通过区的地下水主要基岩裂隙水，主要接受大气降水及地表水的补给，在补给过程中，由于地面坡度大，大气降水多以面流形式流走，夹之地表有粘性土亦阻碍对地下水的补给；作为地下水储存空间的节理、裂隙多为微张裂隙，影响了地下水的富集和赋存。地下水主要赋存于强风化板岩夹砂岩中。具潜水性质。赣州幅《1：20万水文地质报告》采用基岩裂隙水的地下径流模数M值6.91(l/s.Km2)。相当于597.0（m3/d.km2）。
2．5隧道地表水环境条件
罗沅洞水库位于黄竹头隧道CK41+135~CK41+745沟壑地段上游，为一小型水库，水库的用途主要为居民的灌溉和养殖。水库汇水面积0.6Km2，正常蓄水量80000~100000m3，最大蓄水量按溢洪道高程计约160000m3，水库设主坝一座，主坝左侧为宽2m的溢洪道，水库坝顶高程217m，坝高15m，为重力式土石坝。水库坝址下游沟谷地面坡降0.086，为典型的“V”型谷，走向近东西向。
该坝至修建以来，由于水库渗漏较严重，雨季才能达到正常蓄水量，枯水季节甚至水库干枯，难以保持设计的蓄水量。
2．6勘探试验及水文地质参数计算
根据水库下游勘探孔的岩性特征：
右10m 36.6 角砾土、板岩 21.6 4.2 3.75 11.66
按潜水完整井稳定流计算公式：
式中：---------钻孔出水量（m3/d）
---------含水层渗透系数（m/d）
---------含水层厚度（m）
-----------水位降深（m）
-----------影响半径（m）
-----------过滤器半径（m）
经计算强风化层的渗透系数K（m/d）值：K=0.17m/d
3、水库渗漏及水文地质环境影响评价
3．1罗沅洞水库渗漏的原因分析
罗沅洞水库修建于60年代，水库主坝为重力式土石坝，系就地取材堆筑而成，坝体主要为粉质黏土夹碎石，坝基也未进行处理，直接置于强风化板岩夹砂岩上，局部地段甚至直接置于碎石土上。水库谷低高程205m，两侧山体雄厚，地形上具有良好的封闭性，水库库区的地层为碎屑岩，呈单斜构造，无区域性断裂错断，属于相对隔水岩层，综合水库库区的水文地质条件分析，水库渗漏的原因主要有以下两部分：
1、水库坝体的渗漏
主要表现在水库坝基下游常年流水，枯水季节水库接近干枯，实测靠近坝基下游沟谷流量20m3/d，雨季流量更大，这说明水库坝体渗漏是水库渗漏的主要原因之一，也是水库修建后无法发挥作用的主要原因之一。
2、水库坝基的渗漏
水库坝基主要岩性为震旦系板岩夹砂岩，受地质构造和风化作用的影响，基岩节理裂隙发育，库区下游500m的钻探结果表明强风化含水岩组的地下水水位4.2m，采用稳定流抽水试验的结果，强风化层的渗透系数K（m/d）=0.17m/d，属弱透水地层，假定水库下游近东西向沟谷为地下水排泄场所，采用达西定律计算，假定水库正常蓄水，水库的水位标高212m，在隧道区域的水位标高为177m，隧道在沟谷处至水库的距离为500m，水力坡降为0.07，假定弱风化为相对隔水层，取该沟谷区强风化含水渗漏段的面积3024m2，经计算该沟谷段在隧道通过区段的水库渗漏量为35.9m3/d。
3．2隧道修建对水库渗漏影响的分析
隧道在该沟谷段标高152.3m，高度9m，而此处强风化层底板标高162.5m，隧道顶距离强风化底板的高度仅为1.2m，考虑隧道施工围岩松动的影响，隧道施工过程中，将疏干隧道区域的地下水，导致通过该段地下水水位下降，增加地下水的水力坡降，从而增加该区域的地下水的渗漏量。
由于该段的过水断面不变，渗透系数不变，增加的渗漏量部分主要为水水力坡降的影响，隧道修建后疏干至隧道底板，相当于疏干至162.5m，水力坡降增大至0.099，经计算隧道修建后通过隧道区域的水库渗漏量为50.89m3/d。隧道的修建增加了渗漏量15m3/d。
隧道运营期间由于隧道衬砌作用，导致渗水量减少，该段隧道区地下水逐渐恢复平衡，水位逐渐上升，地下水水力坡降比施工期间要小，故增加的渗漏量将更小。
4、结语
隧道施工和运营过程中涌排水将使地下水逐渐疏干，会恶化周围的水文地质条件，导致隧道区域地下水位不断下降，地下水疏干漏斗不断扩大，最直接引起隧道洞顶地下水位下降、地表水和井泉涸竭、地面塌陷、生态环境恶化。严重的将影响人民的生产和生活，建设和施工单位也苦于补救和巨额赔偿，因此隧道勘察设计期间应加强对隧道水环境的研究，进行隧道涌水量预测的同时，也要预测隧道对水环境的影响，运用达西定律可以进行定量预测，为设计部门提供水文地质依据，尽量使隧道施工避免恶化水文地质条件、生态环境。
参考文献
1．《铁路工程水文地质勘察规程》TB10049-2004
2．《水文地质手册》地质部水文地质工程地质技术方法研究队
3．《新建铁路赣州至韶关线初测黄竹头隧道工程地质勘察报告》铁道第五勘察设计院
关键词：赣韶铁路、隧道、涌水量、罗沅洞水库、渗漏量、达西定律。
1、引言
赣韶铁路始自京九铁路江西省的赣州东站沿既有线至南康站引出，沿章江而上经大余县、穿梅岭后到达广东省南雄市，再经始兴、仁化县周田镇，到达终点韶关站。本段线路运营里程约211km，新建长度约180km。赣韶铁路连接京广、京九两条南北大通道，它的建设对完善路网布局，促进赣南、粤北老区经济发展具有重要意义。
黄竹头隧道长4150m，进口里程CK038+475，海拔高程164m，出口里程CK042+625，海拔高程158m，洞顶最高处海拔高程324.0m，隧道最大埋深159m，洞顶最底处海拔高程169.5m，隧道最浅埋深13m。
2、水文地质概况
2．1地形地貌
黄竹头隧道位于构造剥蚀丘陵区，地势南高北低，起伏较大，山峰沟谷坡地地零星分布，地形陡峻，山体侵蚀剥蚀较为强烈，山体自然坡度30°～70°。高程为143～324m，相对高差40～181m，地表植被茂盛。隧道进出口处地形坡度不同，入口为坡度约70°的陡坡，植被发育，基岩裸露，出口为缓坡，植被覆盖。
2．2气象与水文
场地位于赣南南康市，属于亚热带湿润季风气候区。主要特征为：夏季长而炎热，秋季干燥，冬季阴湿，干湿季节明显。年平均气温16℃～20℃，最高气温40.0℃，最低气温－5℃，一月温度最低，平均温度6℃，七月温度最高，平均温度29.1℃，多年平均平均降水量1464.6m，年最大降水量2083.9mm（1975年），年最小降水量922.1mm（1971年），年平均蒸发量1532.5mm，最大蒸发量是1845.1mm（1971年）；雨量集中在4～6月份，无霜期多在300天以上。最大风速10m/s，其最大风时的风向为北风。
2．3地层岩性
隧道通过地区经多期、多级次的构造运动，形成了构造剥蚀丘陵区，线路附近最高山峰海拔高程为369m，相对高差在100~200m之间，植被茂盛；地层岩性为主要为震旦系和燕山期侵入的花岗岩地层，其中震旦系岩性为青灰、灰绿色厚层变余中细粒长石石英砂岩与板岩互层或夹层，灰绿色中厚层变余长石石英砂岩夹板岩，灰褐色铁锰质砂岩，灰白色厚层硅质岩夹薄层硅质板岩，灰绿色中厚层变余长石石英砂岩，硬砂岩夹含炭、砂质板岩，深灰色厚层硅质岩，呈互层状分布，局部呈夹层状分布；燕山期侵入的花岗岩主要分布在隧道出口CK42+385-CK42+625和隧道CK38+750-CK38+975段，风化层厚度较大。表层覆盖有厚度不等粘性土及碎石类土。
2．4地下水水文地质条件
隧道通过区的地下水主要基岩裂隙水，主要接受大气降水及地表水的补给，在补给过程中，由于地面坡度大，大气降水多以面流形式流走，夹之地表有粘性土亦阻碍对地下水的补给；作为地下水储存空间的节理、裂隙多为微张裂隙，影响了地下水的富集和赋存。地下水主要赋存于强风化板岩夹砂岩中。具潜水性质。赣州幅《1：20万水文地质报告》采用基岩裂隙水的地下径流模数M值6.91(l/s.Km2)。相当于597.0（m3/d.km2）。
2．5隧道地表水环境条件
罗沅洞水库位于黄竹头隧道CK41+135~CK41+745沟壑地段上游，为一小型水库，水库的用途主要为居民的灌溉和养殖。水库汇水面积0.6Km2，正常蓄水量80000~100000m3，最大蓄水量按溢洪道高程计约160000m3，水库设主坝一座，主坝左侧为宽2m的溢洪道，水库坝顶高程217m，坝高15m，为重力式土石坝。水库坝址下游沟谷地面坡降0.086，为典型的“V”型谷，走向近东西向。
该坝至修建以来，由于水库渗漏较严重，雨季才能达到正常蓄水量，枯水季节甚至水库干枯，难以保持设计的蓄水量。
2．6勘探试验及水文地质参数计算
根据水库下游勘探孔的岩性特征：
右10m 36.6 角砾土、板岩 21.6 4.2 3.75 11.66按潜水完整井稳定流计算公式：
式中：---------钻孔出水量（m3/d）
---------含水层渗透系数（m/d）
---------含水层厚度（m）
-----------水位降深（m）
-----------影响半径（m）
-----------过滤器半径（m）
经计算强风化层的渗透系数K（m/d）值：K=0.17m/d
3、水库渗漏及水文地质环境影响评价
3．1罗沅洞水库渗漏的原因分析
罗沅洞水库修建于60年代，水库主坝为重力式土石坝，系就地取材堆筑而成，坝体主要为粉质黏土夹碎石，坝基也未进行处理，直接置于强风化板岩夹砂岩上，局部地段甚至直接置于碎石土上。水库谷低高程205m，两侧山体雄厚，地形上具有良好的封闭性，水库库区的地层为碎屑岩，呈单斜构造，无区域性断裂错断，属于相对隔水岩层，综合水库库区的水文地质条件分析，水库渗漏的原因主要有以下两部分：
1、水库坝体的渗漏
主要表现在水库坝基下游常年流水，枯水季节水库接近干枯，实测靠近坝基下游沟谷流量20m3/d，雨季流量更大，这说明水库坝体渗漏是水库渗漏的主要原因之一，也是水库修建后无法发挥作用的主要原因之一。
2、水库坝基的渗漏
水库坝基主要岩性为震旦系板岩夹砂岩，受地质构造和风化作用的影响，基岩节理裂隙发育，库区下游500m的钻探结果表明强风化含水岩组的地下水水位4.2m，采用稳定流抽水试验的结果，强风化层的渗透系数K（m/d）=0.17m/d，属弱透水地层，假定水库下游近东西向沟谷为地下水排泄场所，采用达西定律计算，假定水库正常蓄水，水库的水位标高212m，在隧道区域的水位标高为177m，隧道在沟谷处至水库的距离为500m，水力坡降为0.07，假定弱风化为相对隔水层，取该沟谷区强风化含水渗漏段的面积3024m2，经计算该沟谷段在隧道通过区段的水库渗漏量为35.9m3/d。
3．2隧道修建对水库渗漏影响的分析
隧道在该沟谷段标高152.3m，高度9m，而此处强风化层底板标高162.5m，隧道顶距离强风化底板的高度仅为1.2m，考虑隧道施工围岩松动的影响，隧道施工过程中，将疏干隧道区域的地下水，导致通过该段地下水水位下降，增加地下水的水力坡降，从而增加该区域的地下水的渗漏量。
由于该段的过水断面不变，渗透系数不变，增加的渗漏量部分主要为水水力坡降的影响，隧道修建后疏干至隧道底板，相当于疏干至162.5m，水力坡降增大至0.099，经计算隧道修建后通过隧道区域的水库渗漏量为50.89m3/d。隧道的修建增加了渗漏量15m3/d。
隧道运营期间由于隧道衬砌作用，导致渗水量减少，该段隧道区地下水逐渐恢复平衡，水位逐渐上升，地下水水力坡降比施工期间要小，故增加的渗漏量将更小。
4、结语
隧道施工和运营过程中涌排水将使地下水逐渐疏干，会恶化周围的水文地质条件，导致隧道区域地下水位不断下降，地下水疏干漏斗不断扩大，最直接引起隧道洞顶地下水位下降、地表水和井泉涸竭、地面塌陷、生态环境恶化。严重的将影响人民的生产和生活，建设和施工单位也苦于补救和巨额赔偿，因此隧道勘察设计期间应加强对隧道水环境的研究，进行隧道涌水量预测的同时，也要预测隧道对水环境的影响，运用达西定律可以进行定量预测，为设计部门提供水文地质依据，尽量使隧道施工避免恶化水文地质条件、生态环境。
参考文献
1．《铁路工程水文地质勘察规程》TB10049-2004
2．《水文地质手册》地质部水文地质工程地质技术方法研究队
3．《新建铁路赣州至韶关线初测黄竹头隧道工程地质勘察报告》铁道第五勘察设计院
