淺談隧道施工釋能降壓法對環境的影響

(鐵道部工程管理中心，北京　100038)

釋能降壓法主要應用于深埋巖溶隧道遇到高水壓、大能量的富水溶腔，包含半充填溶腔，開挖存在突水突泥風險、施工難度大時采取的一種方法，而這種高水壓大能量的富水溶腔一般處于巖溶垂直分帶中的深部循環帶中。深部循環帶為飽水帶的下部，埋藏深度較大，水動力循環微弱，大多為古巖溶，溶腔處于充填或半充填狀態，一般與上部暗河或大型水囊相連。一旦溶腔處理不當被擊穿，溶腔充填物或水在上部強大地下水壓作用下，將會失穩而突水突泥，導致人員傷亡和巨額財產損失。

1　釋能降壓法對環境的影響

釋能降壓法雖然解決了施工風險的難題，但不可避免地造成對地表和地下水環境的影響。隧道在排水過程中，常常伴隨著突泥，造成隧道及附近區域地表水的漏失、地下水水位的下降、地表或地下松散堆積物的變形或再搬運，從而誘發一系列的生態環境或環境地質問題。山區巖溶隧道，通常埋藏深度大，且一般地處深山峽谷，人類生存和生產活動相對比較弱，釋能降壓法對環境的影響或破壞程度以及危害一般也比較小，但是在一些特殊地質結構和人類活動比較集中的地區，也可能產生一些比較嚴重的環境問題，例如，地表水的漏失和地下水位的區域性下降，可能導致地表或地下水源的干枯，造成這些水源地的短期甚至長期失效；由于土壤水份的大量減少引起地表植被和農作物的退化或死亡；地表或地下松散堆積物的變形或再搬運，會誘發地面變形或塌陷，導致地面建筑物的破壞等。

釋能降壓法的主要特征就是泄水消能，也可通俗講為排水。隧道排水對環境可能產生的影響，一般表現為以下三個方面。

1.1　巖溶塌陷

隧道排水，加大了地下水的水力坡度，加快了地下水的下滲速率，使與地下水暗河相通的地表洼地中松散土體被地下水攜帶而涌入隧道，可能導致上部土體失去支撐產生塌陷(如圖1)；隧道排水造成地下水位的降低，使覆蓋型溶蝕洼地下部易形成真空負壓，因吸蝕作用而產生地表塌陷(如圖2)。地面巖溶塌陷后形成的負地形或巖溶塌坑又常成為地表水下滲的通道，引起地表水的漏失。

圖1　潛蝕作用為主的巖溶塌陷

圖2　真空吸蝕作用為主的巖溶塌陷

1.2　水源枯竭

巖溶隧道大量的排水，會導致隧道充水巖層地下水位的大幅下降，使得原有地下水開采井失效，或與之水力聯系密切的巖溶泉水(或暗河)、地表河流或巖溶湖的流量減少，甚至干枯、斷流，從而影響到隧道附近的生活或生產用水。

如隧道穿越區屬巖溶強烈發育區，地表發育的落水洞、漏斗構成大氣降水入滲的直接通道，一般無地表水分布，但有較多的巖溶裂隙泉出露，當地農戶僅靠表層巖溶泉和裂隙上層滯水泉或天水維持生活，隧道涌水，將可能形成地下水襲奪，造成部分泉水流量減小甚至斷流枯竭，對農戶生活、生產用水造成不便；隧道涌水造成地下水位降低，對使用地下水的用戶取水困難，或沒有地下水可取。

1.3　破壞水文地質環境

隧道涌水長期排放將徹底改變原有的地下水平衡狀態，降低了地下水位，或改變了地下水的流向，從而破壞水文地質環境。

2　602溶腔釋能降壓后對環境的影響

宜萬線的野三關、大支坪、云霧山、馬鹿箐及齊岳山等五座隧道均為深埋越嶺巖溶長大隧道，開挖過程中均遇到了高水壓、大能量的富水溶腔，在施工中采用了釋能降壓法通過，目前還未產生較明顯的環境水文地質問題，但若采取長期排水，將對環境造成一定的影響。

野三關隧道602溶腔發育于二疊系茅口棲霞組灰巖中，溶腔埋深450 m，地下水位埋深150 m、高于隧道300 m左右。溶腔在隧道處為充填溶腔，其上部與野三關隧道③號暗河相連，地表為容蝕洼地和槽谷。③號暗河發育于石馬壩背斜核部二疊系茅口棲霞組(P1m+q)的灰巖層中，兩側受二疊系吳家坪組(P2w)頁巖的阻隔，呈帶狀分布。暗河起于石馬附近的旺碑沖洼地，經水洞坪、發屋灣、小兒坪，在苦桃溪中排出，暗河出口高程1 050 m，高于隧道250 m。暗河呈南西走向，在隧道上方斜穿隧道，長5 km左右，總體水力坡度6%～7%，補給區域14.57 km2(如圖3)。苦桃溪屬于清江流域的三級支流，是支井河的支流，為峽谷河流，長7 km左右。

圖3　野三關隧道地下暗河分布

野三關隧道602溶腔已采用了釋能降壓法通過，溶腔充填物已釋放，地下水通過隧道排水洞排放，為長流水。溶腔排水疏干了③號暗河。

2.1　目前602溶腔排水對環境的影響

(1)602溶腔隧道排水段高程835 m左右，而地面高程在1 100～1 400 m間，隧道埋深大，溶腔地下水主要來源于灰巖巖溶裂隙水，以及襲奪上部③號暗河地下水。排水降低了地下水水位，改變了地下水流向。

(2)溶腔排水通過裂隙、巖溶管道及斷層等途徑，將③號暗河徑流段的地下水襲奪，改變了③號暗河地下水的排泄流向，使暗河排泄口斷流，造成暗河排泄口下游苦桃溪河水減少，但對暗河補給區(水洞坪等洼地)地下水影響較小。

(3)暗河補給區旺碑沖、水洞坪、發屋灣等洼地居民生產生活用水為表層滯水和雨水，沒有采用深層地下水，且表層巖溶泉與深層地下水(飽水帶)之間沒有直接水力聯系，所以，溶腔排水對補給區洼地居民生產生活用水暫沒有影響。

(4)溶腔排水，使本來排泄于苦桃溪流入支井河的地下水直接通過隧道排泄于支井河中，造成暗河排泄口至支井河間的苦桃溪段(6 km左右)河水減少，但由于苦桃溪該河流段為峽谷地形，為無人區，河水沒有被附近居民利用，所以河水減少對該段附近居民沒有影響。

(5)因溶腔排水只是影響③號暗河徑流、排泄區地下水，對暗河補給區地下水幾乎沒有影響，溶腔排水暫不會產生旺碑沖、水洞坪、發屋灣等洼地塌陷。

(6)溶腔排水段上方稻子坪洼地處于三疊系大冶組灰巖中，與隧道二疊系茅口組灰巖間存在二疊系吳家坪組隔水巖層，其洼地地下水與隧道涌水段沒有直接水力聯系，隧道涌水對稻子坪洼地環境沒有影響。

2.2　602溶腔長期排水情況下對環境的影響

(1)長期排水使已斷流的③號暗河將徹底改變了流向，降低了地下水排泄高程，加大了地下水水力坡度，加快了洼地上層滯水下滲速率，破壞了原有地下水的平衡，將會引起地下水位降低、地表塌陷等環境問題。

(2)正常情況下，③號暗河地下水位高于苦桃溪河流，向苦桃溪排泄，若③號暗河地下水位降低到苦桃溪河水位高程以下時，形成倒漏斗，將會產生河水補給地下水，破壞河流環境。

(3)苦桃溪流經二疊系下統茅口組(P1m)灰巖，與602溶腔排水段處于同一水文地質單元中，當地下水水位降低到河水位以下時，河水會沿灰巖巖溶裂隙滲入隧道，長時間會襲奪苦桃溪表水，造成局部河流干枯，且隧道排水量將不斷增大。

(4)長期排水降低地下水位會使地表洼地溶腔、裂隙形成負壓，造成洼地覆蓋層產生塌陷，繼而疏干表水，使居民生產生活環境會變得惡劣，影響居民生活。

(5)稻子坪巖溶洼地的地表匯水進入地下后，順長興組灰巖(下部為吳家坪組頁巖)地層以巖溶泉的形式，在隧道上游的苦桃溪出露并匯入苦桃溪明流，示蹤試驗表明稻子坪洼地水與602溶腔地下水無聯系，可見長期排水對稻子坪洼地的環境影響甚微。

(6)隧道施工至今，地表還沒有產生新的巖溶塌陷，若隧道長期排水，地表匯水入滲速度加快，加速了入滲循環，不排除有發生新的塌陷的可能。

602溶腔短期排水只改變了局部地下水環境，對地表及居民生產生活暫沒有影響；長期排水將會帶來地表塌陷、水源枯竭等新的水文地質環境問題。

3　結論及建議

在巖溶發育的深埋越嶺隧道，采用釋能降壓法處理高壓富水溶腔可降低施工風險、便于隧道快速通過，但對地表和地下水環境具有一定的影響，只有在查明地下水的補給來源、徑流、溶腔的規模等水文地質條件情況下，可預估釋能降壓法對環境的短期和長期影響。針對宜萬線五座隧道采取的釋能降壓，短期內對地表環境影響不大，但對地下水的水位、流向等有一定的影響，長期排放將會產生一定的環境水文地質問題。

建議隧道采用釋能降壓法通過后，對釋放的地下水進行封堵，慢慢恢復地下水原有的狀態，避免徹底改變既有的水文地質環境，保持生態平衡。

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