隧道工程和地下水環(huán)境相互影響分析

李圓浩

摘 ?要：本文分析了隧道工程中產(chǎn)生水害的原因以及地下水受到破壞的機(jī)理，并提出了相關(guān)建議措施。

關(guān)鍵詞：隧道;地下水;涌水;沉降

1 ?地下水對(duì)隧道施工的影響

隧道地下水的處理一直是隧道施工的技術(shù)難點(diǎn)之一。在隧道施工過(guò)程中，地下水會(huì)通過(guò)滲流作用涌入隧道，涌水量過(guò)大還將帶來(lái)大量的泥沙，造成嚴(yán)重的突水、突泥事故。地下水對(duì)軟弱圍巖不斷的溶解、溶蝕、沖刷，使圍巖強(qiáng)度降低，從而引起圍巖的變形破壞、失穩(wěn)甚至塌方，給施工帶來(lái)巨大的困難和安全隱患。

山體內(nèi)部巖體本身處于一定的應(yīng)力場(chǎng)中，同時(shí)還存在地下水滲流場(chǎng)，它們互相作用，構(gòu)成了一種特定的動(dòng)態(tài)平衡體系。隧道的開挖使巖體的地下水滲流場(chǎng)與地應(yīng)力場(chǎng)的平衡狀態(tài)遭到破壞，地下水動(dòng)力條件和圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生急劇變化，巖體和承壓水滲流發(fā)生耦合作用，導(dǎo)致應(yīng)力場(chǎng)改變，含水巖體的裂隙開展程度增大，造成圍巖出現(xiàn)大塑形變形，從而出現(xiàn)圍巖崩解，涌水突泥災(zāi)害。而處于松散巖土、巖溶裂隙發(fā)育或斷裂破碎帶等不良地質(zhì)環(huán)境的隧道，圍巖中飽含地下水。滲流場(chǎng)的改變引起圍巖裂隙水壓力增大，增加了圍巖的自重荷載，更加劇了發(fā)生隧道塌方的可能性。

2 ?地下水對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)階段的影響

運(yùn)營(yíng)階段地下水對(duì)隧道的影響主要表現(xiàn)為對(duì)隧道襯砌的侵蝕，常見(jiàn)的有溶解作用，凍融作用和潛蝕作用。地下水的侵蝕會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、洞內(nèi)設(shè)施、行車安全、地面建筑產(chǎn)生諸多不良影響甚至威脅。

襯砌周圍的地下水長(zhǎng)期對(duì)襯砌混凝土有溶解作用。由于地下水的侵蝕作用，隧道圍巖和襯砌逐漸被軟化，襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性、耐久性降低，對(duì)隧道整體的穩(wěn)定影響很大。如果地下水通過(guò)襯砌混凝土損傷部位，工縫變形縫等穿透隧道防排水體系，造成隧道內(nèi)部環(huán)境潮濕，使洞內(nèi)供電、照明及通信設(shè)備等發(fā)生銹蝕，降低這些設(shè)備的使用效率和使用壽命，嚴(yán)重惡化隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境，降低服務(wù)質(zhì)量，增加隧道的維護(hù)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。隧道內(nèi)的滲透水還會(huì)形成路面積水，造成車輛打滑，危及行車安全。

3 ?隧道建設(shè)對(duì)地下水環(huán)境的影響

地下水滲流系統(tǒng)給隧道的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)造成了嚴(yán)重影響，同時(shí)隧道建設(shè)也會(huì)給地下水環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重影響。隧道工程對(duì)于地下水的疏干和改造作用顯得尤其突出，目前一些竣工的隧道工程已經(jīng)表現(xiàn)出對(duì)隧址區(qū)的嚴(yán)重影響。

（1）隧道對(duì)地下水的疏干作用

隧道開挖后，由于集水和匯水作用，地下水不斷進(jìn)入隧道中，地下水動(dòng)力場(chǎng)因此發(fā)生改變，引起地下水的運(yùn)動(dòng)通道發(fā)生轉(zhuǎn)移，形成新的勢(shì)匯。隨著隧道排水過(guò)程的延續(xù)，整個(gè)隧址區(qū)的地下水系統(tǒng)發(fā)育形成了新的地下水轉(zhuǎn)移通道，隧道開始大量排出地下水，從而形成一個(gè)降位漏斗，漏斗不斷擴(kuò)展，疏干其影響范圍內(nèi)的地面水源，引起地下水與地表水徑流發(fā)生改變，直接造成隧址區(qū)地表泉水流量減少甚至溶泉消失，井水水位下降，水量減少甚至干涸，直接影響當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民的生活。隧道的建設(shè)造成地下水位降低，當(dāng)?shù)叵滤坏揭欢ǔ潭葧r(shí)，會(huì)使當(dāng)?shù)赝寥篮繙p少，植物生長(zhǎng)受到抑制，甚至萎蔫、停止生長(zhǎng)，給當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境帶來(lái)負(fù)面影響和經(jīng)濟(jì)損失，尤其是水稻種植區(qū)域影響更為嚴(yán)重，原有作物無(wú)法繼續(xù)種植，給正常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成極大危害。

（2）隧道排水導(dǎo)致巖土應(yīng)力變化

隧道排水會(huì)引起地下水滲流場(chǎng)的變化，造成地下水位下降，飽和巖土層中的孔隙水壓力下降，圍巖承受的有效應(yīng)力增加。其次，由于地下水動(dòng)力場(chǎng)的改變，地下水流方向改變?yōu)橄蛩淼乐行牧鲃?dòng)，其方向是向下的，地下水滲流力增大了豎直向下的應(yīng)力，造成總應(yīng)力上升，更增大了圍巖的有效應(yīng)力。在有效應(yīng)力增大的情況下，圍巖會(huì)發(fā)生新的沉降，直到巖體應(yīng)力達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡。大面積的巖體沉降使隧道的使用效能降低，維護(hù)成本增加。隧址區(qū)的房屋由于地面沉降普遍出現(xiàn)房屋開裂、傾斜，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活帶來(lái)不便和安全隱患。農(nóng)田由于土體沉陷而毀壞，無(wú)法繼續(xù)耕種，使得土地基本喪失耕作功能。

4 ?建議處理隧道和地下水關(guān)系的對(duì)策措施

（1）選擇地質(zhì)條件優(yōu)良的隧址，是避免或者減輕隧道和地下水矛盾關(guān)系的最有效方法。隧道選址時(shí)盡量避開巖體斷裂破碎區(qū)和地下水蘊(yùn)藏豐富區(qū)域。若選址無(wú)法繞避地質(zhì)不良地段，則應(yīng)在施工前做好詳細(xì)的地質(zhì)勘察工作，對(duì)隧址區(qū)地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造，地下水的滲流規(guī)律等情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，做好易涌突水段襯砌的防滲措施，避免施工時(shí)突水和塌方事故的發(fā)生。

（2）對(duì)于隧道中的地下水，必須建立"防、排、截、堵結(jié)合，以堵為主"的處理理念，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的防排水方案，形成完整的隧道治水體系 ，并且結(jié)合隧址區(qū)生態(tài)環(huán)境的承受力和施工成本因素控制隧道的排水量，減少對(duì)地下水環(huán)境平衡的擾動(dòng)。

（3）施工之前應(yīng)制定完善的施工方案，施工過(guò)程中加強(qiáng)水文觀測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，加強(qiáng)對(duì)軟弱圍巖和斷層破碎帶的支護(hù)，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)隧道涌水量，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和施工管理，做好各種突水事件預(yù)案。

（4）隨著隧道施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了很多經(jīng)濟(jì)環(huán)保的施工方法。比如采用冷凍法預(yù)處理隧道可能出現(xiàn)的突水涌水段，這樣既能封堵地下水，也能加固圍巖。在條件允許時(shí)采用排供結(jié)合模式，能有效降低隧道持續(xù)排水造成的不良地質(zhì)效應(yīng)，減少水資源的浪費(fèi)。隧道排水回灌方法能夠減小地下水位下降幅度，減輕隧道對(duì)環(huán)境的破壞，適用于干旱半干旱缺水地區(qū)的隧道建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

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