肇庆市鼎湖山二号隧道水文地质专题评价

发布时间:2022-11-09 17:22:30


肇庆市鼎湖山二号隧道水文地质专题评价
摘要:明挖隧道的水文地质问题,是一个复杂的水文、环境地质问题,它关系到隧道方案的工程设计、施工条件、工程造价、养护条件和运营安全。本文对鼎湖山二号隧道的环境地质条件特别是水文地质条件进行了评价,预测了可能出现的如水污染、地面沉降、地面塌陷等环境地质问题, 并提出了相应的防治对策。

关键词:明挖隧道; 水文地质环境; 水污染; 地面沉降; 地面塌陷

拟建的鼎湖山二号隧道(图1)位于肇庆市鼎湖区坑口街道办迪村境内,周边为肇庆市鼎湖规划区鼎湖国家级风景区,地面建筑物密集,线路南西227º展布,近平行三茂铁路,相距约1535m。设计拟采用浅埋明挖隧道。

明挖隧道的水文地质问题,是一个复杂的水文、环境地质问题,它关系到隧道方案的工程设计、施工条件、工程造价、养护条件和运营安全。

为了减少或遇免因修建隧道引发地质灾害,保护生态环境,对新建隧道进行水文地质专题评价十分必要。


1鼎湖山二号隧道平面示意图

1地质环境

1.1、地形地貌

拟建的鼎湖山二号隧道区属沟谷与山前平原地貌。地形平缓开阔,在YK34+020YK34+880段密集分布有地面建筑物,如学校、商铺、民房及铁路道路等,地面标高10.814.80m,相对高差4.00m。在YK34+300下穿近垂直线路的上山路,在YK34+350下穿由北西向南东的河流,河底标高约8.8m;在K34+885K35+036段下穿鱼塘,在K35+145下穿由北往南流的河流,河底标高约12.4m之后线路沿丘前坡脚展布,地形波状起伏,鱼塘、冲沟水系等发育,水流总体自鼎湖山往下游排泄,即由隧道右侧向左侧流,总体自西向东,但在K34+500220米附近分叉出一由北往南的支流。



场地两面环山,位于水文地质单元的补给区。场区地形起伏不大,周边山体海拔标高186.4100m,其最高点位于区内北部的塘峨岭,最大相对高差177m属构造~剥蚀侵蚀地貌。山坡坡度2030°,总的地势是北西高,向南东逐渐降低,略呈环状。

1.2、地层岩性

根据野外地质调查、钻探资料,隧址区内上覆盖土层为素填土,冲积淤泥质粉质粘土、粉质粘土、砂类土、卵石土及坡残积粉质粘土、碎石土,沿山前平原和山间谷地分布,厚度变化大;下伏基岩为燕山期第三期(γ523)花岗岩、石炭系下统岩关阶(C1y)灰岩、泥盆系中统老虎坳组(D2l)及泥盆系中下统桂头群上亚群(D1-2gtb)粉砂岩。

1.3、气象

场地属南亚热带季风气候。受南亚热带季风影响,冬半年盛行东北季风,气较为干冷,夏半年盛行西南和东南季风,高温多雨。由于北回归线横贯中部和地理环境影响,境内丘陵、盆地、谷地、台地纵横交错,地形复杂,形成多样化的气候。年内夏稍热、冬偶寒。年平均气温为22.2℃,以7月最热,月平均气温28.8℃,极端最高气温38.7℃,日最高气温≥35℃的日数为14天。1月最冷,月平均气温13.7℃,极端最低气温-1.0℃。气温日较差不大,即使是年内最大的12月,也仅8.7℃,最小的4月为6.1℃。

年雨量有1649mm,在雨季的49月集中了80%,其间又以58月为多,都在230260mm。年降水日数156天,83%集中在29月,56月最多,约占各月日数的三分之二。10月至次年1月最少,各月平均不超过10天。年暴雨日数(≥50mm5.3天,雨季期间集中了92%。一日最大降水量216.3mm,出现在台风季节的9月。年平均相对湿度80%,亦以56月最大,达85%10月至次1月最小,接近75%。雾日很少,年平均仅3天。一年之中,各月均有雷暴记录,67月有近18天雷暴日,几乎和大陆上多雷区的雷州半岛相近。

年日照时数1748小时,较集中在夏、秋季的710月,各月在190210 时,24月最少,月平均仅6478小时。年日照百分率39%711月,月平均都超过50%34月最低,仅20%左右。

年平均风速1.6m/s,年大风日数约3天。终年盛行偏东风,年内各月风向有交替:大致以58月盛行东风,9月至次年4月转为东北风。主要是受西江河谷地形的影响,所以出现这种较为稳定的常风。

年有霜日数约4天,年结冰日不到1天。但是,在冬寒未尽的2月,却有出现过冰雹的记录。

1.4、水文



场区地表水较发育,地面冲沟、沟渠、鱼塘呈网状发育。其中:

鱼塘主要分布于在K34+885K35+040段,塘底深度大约2-3m

YK34+216附近分布有自北西向南东的地下暗河,暗河走向与隧道轴线大角度相交,该暗河在YK34+20040米出露地表。经三角堰测试,枯季流量约7m3/s

K34+380K34+388段分布有自北西向南东的沟渠,沟渠走向与隧道轴线近正交。

K35+125K35+150段分布有近南北向的沟渠,与隧道轴线相交呈近600角,流向大致呈自北向南流。河宽812m(勘察期间河水水位标高约12.1m

以上暗河或沟渠水位水量受大气降水及上游泄洪影响较大,平时主要接受周边生活污水排泄。

2水文地质环境分析及影响评价

隧道修建于地下水活跃的部位,将可能成为其四周特别是工程上部地层内的地表、地下水的汇集场所或新的排泄通道,这势必改变工程范围内的水文地质、工程地质环境,进而影响本地区的生态环境。隧道施工和运行引起两类环境问题, 即污染及生态破坏的问题和城市岩土工程引起的环境问题,它们最终可导致局部生态环境破坏,产生水污染、地面沉降、地面塌陷等环境地质问题。

2.1水文地质环境分析

基坑工程的环境水文地质分析主要指地下水水位升降引起的环境变形和地下水资源环境分析。(1 环境变形分析

基坑降水过程中,原有基坑周围的水土应力平衡受到破坏,土体发生变形,变形达到一定程度就会危及到地下管线,道路,地面建筑的安全,严重时给工程建设带来无法估量的损失和影响。而实际过程中因地层的复杂性,沉降理论的不完善性等多方面原因,依靠纯理论分析不能准确的预测降水对环境变形的影响。为了提高环境变形预测的精度,可在群井抽水试验期间布设地表沉降点和分层沉降点来监测环境变形,进而来分析预测基坑开挖期间因降水引起的环境变形。水试验期间的环境变形可从下面几个方面着手分析。

1、距抽水中心不同距离的地表沉降变化趋势

通过分析距抽水中心不同距离处的沉降量,可大致了解因降水而形成的沉降漏斗大小。随着与群井抽水区域之间距离的增大,地面沉降有逐渐减小的趋势。

2、地表沉降量随抽水时间的变化趋势



通过试验期间沉降随时间的变化,推出相应的关系,为后期沉降预测服务。随着抽水时间的加长,地表沉降量逐渐增大直至趋于稳定。

3、沉降恢复速率

按目前积累的数据,在群井试验结束后,地表均有一定的回弹,回弹速率与渗透系数成正比。

(2 地下水资源环境分析

基坑降水期间,地下水的外排量非常大,这些抽汲出的地下水均未得到有效的利用,这对日益紧缺的水资源来说是极大的浪费,同时因抽汲的地下水水质较为复杂,在外排及回灌等综合利用过程中又可能污染周边环境。建议针对不同含水层进行相应的水质分析,分析拟建基坑区外排水综合利用( 如回灌、绿化供水、工程用水 的可行性,在经济、技术合理的条件下,节约与循环利用水资源,并达到减少污染与保护环境的目的。

2.2隧道工程对地下水环境的影响

(1 隧道施工期间对地下水影响

隧道施工为保证开挖面的稳定,需要人工降水。大面积的人工降水将导致地下水漏斗式下降,使地下水的动力场和化学场发生变化,可能导致地下水的污染逐步加剧。例如由于抽水降深过大,使得局部潜水位低于承压水位,导致受污染的承压水越流补给,污染上部潜水。另外施工中为提高土体防渗透性和强度的化学注浆,可能引起地下水的化学污染,施工产生的废水如洞内漏水、废浆、施工机械漏油以及工地的生活污水,都会引起地下水污染,此外施工中的建筑垃圾,通过降水淋滤,也可能渗入地下使水质恶化。

(2 隧道运营期间对地下水的影响

由于隧道的堵塞,地下水会在入流侧出现侧向流,或围绕隧道形成侧环流(如2所示),必将导致迎水面地下水位抬升和背水面水位的下降。迎水面地区的地下水运动的滞缓将导致水中污染物得不到有效排解,逐渐累积,污染加剧;水面地区地下水位的下降,导致原来在潜水位以下的土层有效应力增加,从而发生固结排水作用,可能导致不均匀沉降。


2明挖隧道对地下水环境的影响示意图

2.3隧道工程可能引起的工程地质问题

在隧道施工之前,通过地层任一水平截面,上覆地层荷载所形成的总应力与

地下水水压力和固体骨架的有效应力相平衡。在隧道施工建设后,人工降水以及水向其中的排泄都能使工程范围内地下水位降低,致使地下水的压力减小。为了维持其平衡,这部分力将转嫁到多孔介质骨架上,即增大了有效应力,从而压缩多孔介质,土层将出现固结沉降。基坑降水将形成一个降水漏斗,在此范围内,地下水位以下各个土层都会因土的固结作用而沉降。地面沉降与地下水水位下降有较好的对应关系,空间展布及形态特征相似,地面沉降中心与地下水降落漏斗中心位置一般相吻合,且保持同步发展。

降水漏斗在空间上呈漏斗状不均匀分布,故由于降水引起的地面沉降量在空间上的分布也是不均匀的,从而可能导致天然地基上的建筑物产生不均匀沉降。另外,由于土层性质的变化以及降水过程中带走了大量的土颗粒,有可能造成较大的沉降而危及建筑物的安全。因此,当其含水介质为比较松散的填土或新近沉积土,由于其固结过程尚未完成,属欠固结土,且土的结构有较大孔隙,一旦水头降低,有效应力增加,土体将会出现较大的压缩固结。其二,当降水过程中, 由于大量的细粒土的带出,使土体中出现空洞,一旦土中有效应力增加,将出现较大的地面沉降。

在隧道运行期间,由于隧道的堵塞作用,将导致迎水面地下水位抬升和背水面水位的下降。在迎水面地区,地下水位在地基压缩层范围内上升将导致地基基础承载力下降,主要是地下水带来的负摩阻力、粘土膨胀对桩基的拔力、地下水的浮托力等削弱了地基基础承载能力。而城区内大量存在的多层建筑,特别是旧有民居多采用天然地基,地基土强度的降低将导致此类建筑发生下沉,加上地基土强度的不均匀性,就可能诱发不均匀沉降,严重的可能发生裂缝、失稳以及破坏。城区的各种管线、道路都可能发生不均匀变形,严重的将可能断裂。

当地下水上升淹至基础时,可能造成建筑物地下室充水,腐蚀基础建筑材料, 从而导致基础失稳,引发地面沉降。在背水面地区,由于地下水位的下降,导致原来在潜水位以下的土层有效应力增加,从而发生固结排水作用,而固结排水的不均匀性同样引起天然地基上的建筑物产生不均匀沉降,严重的将发生不均匀变形甚至开裂、失稳等现象。在这类不均匀沉降的地段上的各类管线,同样可能因此发生变形、开裂,严重的将引发重大事故。

3治理对策建议

根据场地的水文地质环境分析,隧道的施工会造成隧道两侧水位发生变化导致水位差、地下水受到污染及水资源的流失。为此,特将治理对策建议如下:

1、可以采用透水性好的填土材料(如在两侧设置盲沟,内充填透水性好的砂卵石),以提高过水断面的渗透系数,弥补由于隧道拦截地下水造成的渗流量减小。还可通过铺设虹吸管道利用虹吸作用,使地下水保持畅通,从而避免隧道两面出现过大的水位差。

2、为减轻施工中的地下水污染情况,应尽量采用污染小的建筑材料、化学浆液。施工污水、废浆和生活污水不能随意排放,建筑垃圾应及时处理,防止其

污染地下水。并可以通过修建防渗层、防渗墙或防渗帷幕等方法,以防止污染物外泄。施工完成后,应保证隧道工程的封闭性。

3、采用冷冻止水等施工方案,以避免大面积的人工降水。施工前进行必要的抽水试验或计算,以正确估计可能的涌水量、漏斗降深及影响范围,施工过程中,注意严密监测地下水的变化,及时堵漏。

4 合理选择基坑开挖降水井井位与降水量,使坑内水压力至少低于开挖底1m,坑外地下水坡降平缓,制定合理的运行方案,保证基坑与环境最大限度的安全。



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