脆弱生態(tài)區(qū)隧道群施工期地下水運(yùn)移特征及環(huán)境效應(yīng)研究.pdf

1、工程建設(shè)的安全、經(jīng)濟(jì)與對(duì)工程設(shè)施周圍環(huán)境的保護(hù)是工程建設(shè)工作面對(duì)的三大問題?！鞍踩?、“經(jīng)濟(jì)”和“環(huán)?！笔菍?duì)立統(tǒng)一的矛盾體,如何使它們相互協(xié)調(diào),是擺在每位工程師面前的難題。烏鞘嶺隧道群區(qū)域處于多種脆弱生態(tài)區(qū)的過渡地帶。然而,隧道卻修建于地下水最為活躍的地殼表層。隧道施工將使其成為地表水、地下水匯集場(chǎng)所或新的排泄通道,進(jìn)而影響隧道施工安全和破壞隧道所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境。本文通過區(qū)域地下水環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與區(qū)域三維滲流場(chǎng)數(shù)值模擬,分析了烏鞘嶺隧道群

2、區(qū)域地下水運(yùn)移特征,從而就隧道群施工引起地下水運(yùn)移的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了定量化評(píng)價(jià),并提出了基于烏鞘嶺隧道群施工引起的地下水運(yùn)移特征的長(zhǎng)效防排水措施,主要研究成果如下:
　　1.通過野外調(diào)研及系統(tǒng)總結(jié)前人研究成果,歸納出烏鞘嶺隧道群區(qū)域環(huán)境地質(zhì)特征,從自然地理、區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域水文地質(zhì)及生態(tài)環(huán)境四個(gè)方面進(jìn)行闡述,該區(qū)域地形與地貌類型復(fù)雜,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖性巖相變化大,地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜,生態(tài)環(huán)境脆弱。
　　2.通過對(duì)烏鞘嶺隧道群區(qū)

3、域地下水環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),即土壤水分動(dòng)態(tài)觀測(cè)和地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè),確定了烏鞘嶺隧道群區(qū)域植物與土壤水分動(dòng)態(tài)變化的關(guān)系:植被生長(zhǎng)與潛水關(guān)系不大,而主要受大氣降水以及土壤水分動(dòng)態(tài)變化的影響;各植被類型土壤含水量的變異系數(shù)隨土壤深度的增加呈遞減的變化趨勢(shì),即埋深越深,其土壤含水量變化劇烈程度越小;時(shí)間特征上呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化,可將其劃分為失水期、聚水期、退水期和穩(wěn)水期;土壤水分可以通過植物的蒸騰作用、土壤地表直接蒸發(fā)和土壤水分匯流后的蒸發(fā)作用散

4、失,而土壤水分恢復(fù),只有大氣降水一種途徑。
　　3.建立了烏鞘嶺隧道群區(qū)域三維滲流場(chǎng)數(shù)值模擬概念模型及數(shù)學(xué)模型,采用MODFLOW軟件,進(jìn)行了隧道群區(qū)域三維滲流場(chǎng)數(shù)值模擬。根據(jù)多年平均降水量資料,通過建立隧道開挖前計(jì)算區(qū)多年平均條件下非穩(wěn)定流模型,計(jì)算得到烏鞘嶺隧道群區(qū)域地下水初始流場(chǎng)。隧道施工對(duì)地下水滲流場(chǎng)的影響主要受各地層滲透性和隧道排水高差控制。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,隨著隧道施工進(jìn)度的推進(jìn),地下水位下降幅度逐漸增大,降落漏斗除沿隧道

5、走向逐漸發(fā)展外,向隧道兩側(cè)也逐漸擴(kuò)展。預(yù)測(cè)烏鞘嶺隧道群竣工十年時(shí),各隧道潛水位均有所恢復(fù)。
　　4.通過工程類比法及考慮烏鞘嶺隧道群區(qū)域具體情況,建立了烏鞘嶺隧道群施工引起地下水運(yùn)移的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,該指標(biāo)體系由自然地理、區(qū)域地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境和隧道施工四個(gè)子系統(tǒng)組成。自然地理子系統(tǒng)包括坡度、坡向、絕對(duì)高程、多年平均降雨量、多年平均蒸發(fā)量。區(qū)域地質(zhì)子系統(tǒng)包括斷層破碎帶發(fā)育程度、褶皺發(fā)育情況。生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)包括土壤類型、植被覆

6、蓋度。隧道施工子系統(tǒng)包括隧道長(zhǎng)度、隧道建筑限界凈寬、隧道施工方法、隧道最大埋深、隧道防排水設(shè)計(jì)。采用簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)確定各指標(biāo)權(quán)重,并基于物元可拓模型,綜合評(píng)價(jià)了烏鞘嶺隧道群施工期引起地下水運(yùn)移的生態(tài)環(huán)境效應(yīng),判定烏鞘嶺隧道群施工期生態(tài)環(huán)境效應(yīng)屬于等級(jí)2,即較弱,但偏向于等級(jí)3,即中等(嚴(yán)格來說,應(yīng)屬于等級(jí)2.581)。
　　5.針對(duì)位于高寒脆弱生態(tài)區(qū)的烏鞘嶺隧道群,依據(jù)對(duì)烏鞘嶺隧道群區(qū)域地下水運(yùn)移特征的研究成果,提出相應(yīng)的隧道圍巖注