岩溶山区隧道工程地下水渗漏引起的环境负效应评价指标体系初建

公路交通技术2015年12月第6期TechnologyofHighwayandTransportDec．2015No．6DOI：10．13607／j．cnki．gljt．2015．06．029岩溶山区隧道工程地下水渗漏引起的环境负效应评价指标体系初建王梅，郑炜，郭军(招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067)摘要：在岩溶地区修建隧道时，隧道施工引起的地下水渗漏通常会破坏地表生态环境。根据隧址区环境特征和隧道特征等条件，选取相关指标并采用层次分析方法确定各指标权重后，最终建立岩溶山区隧道工程地下水渗漏引起的环境负效应评价指标体系。该体系可用于评价岩溶地区隧道施工过程中地下水渗漏引起的环境负效应程度。关键词：岩溶山区；地下水渗漏；环境负效应；指标体系文章编号：1009—6477(2015)06—0135—05中图分类号：U455．1文献标识码：BPreliminaryEstablishmentofEvaluationIndexSystemforNegativeEnvironmentalEffectCausedbyLeakageofUndergroundWaterinTunneIProlectsinKarstMountainousAreaWANGMei．ZHENGWei．GU0JunAbstract：Whentunnelsareconstructedinkarstarea，leakageofundergroundwatercausedbytunnelconstructionwillusuallydestroyecologicalenvironmentonearthsurface．Inaccordancewithconditionsincludingenvironmentalfeaturesandtunnelfeaturesintheareaoftunnelsite，thispaperselectstherelevantindicesandadoptstheanalytichierarchyprocesstodeterminetheweightsofallindices，andfinallyestablishestheevaluationindexsystemfornegativeenvironmentaleffectcausedbyleakageofundergroundwaterintunnelprojectsinkarstmountainousarea．Thesystemcanbeusedtoevaluatethedegreeofnegativeenvironmentaleffectcausedbyleakageofundergroundwaterduringconstructionoftunnelsinkarstarea．Keywords：karstmountainousarea；leakageofundergroundwater；environmentalnegativeeffect；indexsystem近30年来，我国隧道工程建设技术取得了显1中国岩溶山区及隧道发展概述著进步和突破。西南铁路大三线建设即川黔、贵据中科院地质研究所岩溶研究组1979年的研昆、成昆3条铁路建设全面竣工。这些铁路工程中究资料统计，我国是世界上岩溶发育较多的国家之隧道比例大。例如：成昆铁路全线共有427座隧一，我国碳酸盐岩的出露面积约为91万km，加上道，总延长344．7km，占线路总长度的31．6％。其已知的隐伏于不同深度的碳酸盐岩，其总分布面积中，2km以上隧道34座，3km以上隧道9座，隧道可达340万km以上。在分布区域上，我国岩溶分工程成为控制工期的关键。近l0余年来，随着高布主要以西南为主，其中云、贵、桂为主体，贵州省总等级公路和高速公路建设的兴起，我国公路隧道面积的80％以上系可溶岩地区，川、鄂、湘部分地区建设速度也很快。截止2010年底，国内公路隧道岩溶高原占505km，北方山西高原及邻近省区可溶为7384座，长5122．6km。其中，特长隧道265岩面积达427km。座，长1138km；长隧道1218座，长2020．8km。收稿日期：2015—06—3O作者简介：王梅(1988一)，女，四川省内江市人，硕士，助工 136公路交通技术2015车在水工建筑物方面，已建和在建的水工隧洞超过和传递水分的能力。包气带的结构特性直接关系到400条，总长约400kmE。地下水的补给与排泄条件、地下水埋藏深度，进而问接影响到地表植被的种群特征、分布规律、生长规模2隧道施工对地表生态环境的破坏等植被生态环境因素。本文根据降雨量与蒸发量的复杂环境地质条件和广泛的岩溶分布使得隧道不同，主要分析干旱和半干旱地区地下水位埋深对施工期间发生岩溶涌突水灾害的可能性极大，涌突地表生态植被的影响J。水、沉陷以及水枯竭灾害长期不规则地存在。据统3．2隧址区地质条件计，铁路隧道涌突水灾害在我国屡见不鲜，近1／3的由于受隧址区不同的地层构造、可溶岩分布隧道发生过涌突水灾害。如成昆铁路线427座隧道比例、岩溶发育程度等影响，隧道施工期间发生的中，93．5％的隧道在施工期间发生过不同程度的涌涌水量及疏干影响半径也不同，即对地表生态环突水灾害，13座隧道发生严重涌水，其中8座隧道境产生的影响程度不同。同时，若岩溶发育程度涌水量超过10000m／d。在涌突水常发地段，隧道不同，则地表水体与地下水问水力联系密切程度正常运营受到不同程度的影响，经济损失也不可也不同，致使隧道施工涌突水对地表水体的影响避免。也就不同。由于隧道施工时会形成新的排泄通道，故大量3．3隧道特征突水突泥将导致土壤流失，致使隧址区土地沙漠化，隧道特征包括：隧道长度、隧道埋深、隧道宽度岩溶地区则会加速石漠化，且突然肥力降低也会导和隧道施工工艺等。隧道越长则施工时间就越长，致隧址区生态环境恶化。特别是在地表水与地下水隧道排水时间也越长，故隧道疏干影响半径越大，对联系紧密的岩溶地区，由于隧道涌突水造成地表水地表生态环境的影响范围也就越大。隧道宽度方面体干涸，水位下降，从而会引起地表塌陷等一系列生主要是由于各类型隧道用途不同，设计宽度则不同，态问题。而土壤和水是生态环境的重要组成部即隧道开挖断面不同，开挖断面越大，发生涌突水的分，隧道涌突水对水和土壤的影响将直接影响地表可能性越大，从而对地表生态环境的影响越大。隧的生态环境，影响植被生长，从而影响人类的生存发道埋深主要为隧道与地下水水位的关系，根据岩溶展。特别是岩溶长隧道的修建，与保护生态平衡矛地区地下水位分带特征，划分为垂直人渗带、季节变盾突出，如果施工措施不当，将导致隧址区生态环境动带和水平径流带，隧道高程位于不同分带时，发生严重恶化。涌突水的可能性差异较大，故造成的地表生态环境鉴于此，本文将根据隧址区环境特征及隧道特影响也较大。隧道施工工艺主要表现为不同的工艺征等因素分析不同地区隧道施工对地表生态环境的其掘进速度不同，例如最新的TBM法掘进速度约为影响。常规钻爆法的4～l0倍，施工时间越短则排水时间越短，影响范围越小，最终对地表生态环境的影响就3评价指标确定越小。由于不同隧址区其环境特征、隧道特征、隧道施3．4工程措施工工艺等有差别，故隧道施工对地表生态环境的影隧道施工过程中，对地下水渗漏等灾害所采取响程度也不同。本文主要从气象及包气带特征、工的处治措施会直接影响隧道涌水量和影响范围的大程地质特征、隧道特征、隧道施工工艺、地表人工生小，故采取的工程措施不同，隧道施工所引起的地表态系统、地表自然生态系统6方面对隧道施工引起生态环境破坏程度也不同。的地表环境负效应程度进行分析。3．5人工生态系统3．1气象及包气带特征地表人工生态系统决定了生态环境现状，社会大气降雨与蒸发是岩溶山区地下水的重要补给生产、生活类的人工改造总是朝着对原生生态环境源与排泄途径，降雨量与蒸发量直接影响地下水资依赖性弱化的方向进行。地表人工生态系统越成源的埋藏特征。包气带是大气水、地表水与地下水熟，发展程度越高，则其生态环境越稳定，越不易发生联系并进行水分交换的地带，其具有吸收、保持受到影响。在人工改造影响程度较大的情况下，隧道 2015年第6期王梅，等：岩溶山区隧道工程地下水渗漏引起的环境负效应评价指标体系初建137隧道工程地下水环境负效应A隧区多年平均降雨量CI1／mm>1600800～1600400—800200～400<200隧道影响范围C27／km<0．40．4～11—22～3>3地表水系(水库、湖泊)C61／m<104104～105105～106106107107～108地表河流C61／(m’·s)<0．10．1—0．50．5～22—10>l0自然生态系统B6建群种的根系特征(765浅根型一般深根型 138公路交通技术2015鼻施工对地表生态环境的影响相对较小，反之则较大。同时，人类生产生活发展程度越高，其对地表生态环6结语境的影响范围就越广，从而致使隧道施工对其生态为评价岩溶山区隧道施工期间发生地下水渗漏环境的影响相对弱化。导致地表生态环境负效应，本文建立了岩溶地隧3．6自然生态系统道工程地下水渗漏生态环境负效应评价指标体系。自然生态系统主要包括地表水系水体以及植被该体系考虑了地表生态环境现状影响因素以及隧道生长等。地表生态环境可在一定程度上显示其与地施工地下水渗漏程度影响因素，各指标等级划分具下水环境的密切程度，如井泉出露高程可以显示地有一定的模糊性，某些指标在施l丁前期并不能准确下水高程，植被种类可以显示土壤层厚度和土壤含获取，如隧道涌水量指标，需参考周边地区类似环境水率等。自然生态系统越复杂则越需要关注其下的已施工隧道的涌突水情况，同时结合详细的勘受地下水环境的影响。察勘探资料才能获取，岩层的富水性、断层破碎带发育程度指标的获取亦如此。4岩溶地区隧道工程地下水渗漏生态环境负效应本文将该指标体系用于岩溶山区隧道施_L引起评价指标体系建立的地表生态环境负效应评价，并对隧址区生态环境岩溶地区隧道工程施工对地表生态负效应明进行了详细调查分析。分析结果表明，该指标体系显，基于上述对地表负效应生态环境影响因子的分析，本文初步建立了岩溶地区隧道工程地下水渗漏基本能完整显示隧道施工对生态环境负效应影响程生态负效应评价指标体系，并根据各影响因子特征度等级，从而有利于在施工阶段采取合理有效的防划分评价标准。最终将该指标体系分为6个准则范措施，以减少不利影响的发生。层、30个指标层，并根据各指标因子自身特征划分标准自很弱(I)至很强(V)共5级，部分因子因影参考文献响程度不同只划分了3级，见表1l-81。[1]杨艳娜．西南山区岩溶隧道涌突水灾害危险性评价系统研究[D]．成都：成都理工大学，2009．5指标体系评价方法步骤[2]喻成云．基于统计分析的西南岩溶隧道涌水量预测探由于评价指标体系各因子的多指标性、多层次析[D]．成都：成都理工大学，2013．性和模糊性，本文拟采用层次分析法(AHP)来确定[3]卢耀如，杰显义，张上林，等．巾国岩溶(喀斯特)发育规律及若干水文地质工程地质条件[J]．地质学报，各指标的权重，步骤如下。1)选定专家组。根据研究内容，在一定范围内1973(1)：127—137．[4]陈文俊，黄显强，宋怀则，等．中国南方岩溶地卜水对相关专业专家组展开调查，征询专家意见，对各指lJ]．地质学报，1981(2)：149—159．标权重进行打分，得到重要性分值。[5]曾晓燕．岩溶隧道涌水对生态环境的影响[D]．成都：2)构造判断矩阵。利用各专家对不同层次中西南交通大学，2006．各因素之问的相对重要性做出的判断进行分析，通[6]郑炜．山区公路隧道生态环境影响评价指标体系初过引入合理的判断标度构成判断举证，从而比较本探[C]／／中国环境科学学会学术年会论文集．北京：人层次各因素与某一因素之问的相对重要性。民交通出版社，2009．3)计算重要性排序。计算各层元素对系统目【7]刘向远．岩溶隧道施工中地下水环境负效应评价指标标的合成权重进行总排序，以确定递阶结构图中最体系研究[D]．成都：西南交通大学，2010．底层各个元素在总目标中的重要程度。[8]刘建，刘丹．岩溶隧道建设引起的地下水环境负4)运用检验公式对各特征向量权重分配合理效应研究——以铜锣山隧道为例[J]．水t保持研究，性进行检验。2009(3)：268—271．