隧道工程與水環境的相互作用

韓諝+張先騰

摘 要：在社會經濟水平高速發展的背景下，我國公路、鐵路越嶺隧道工程也呈現了高速發展的勢態基于隧道工程當中，地下水與隧道之間存在非常密切的關系，它們能夠互相影響及相互作用。本文重點對隧道工程與水環境的相互作用進行了探究，希望以此為隧道工程建設的完善提供一些具有價值性的參考依據。

關鍵詞：隧道工程；水環境；相互作用

1 隧道工程與水環境的相互作用鏈

隧道工程與水環境間的相互作用鏈，包括水環境對于隧道工程作用以及隧道工程對于水環境反作用兩方面。其中水環境對其作用主要是隧洞涌、漏水與承受水壓力。在含水層開挖隧道，因其洞頂有著一定程度的地下水，導致隧道洞中產生突水及涌水現象，而后進行的隧道襯砌承受水的靜水壓力。而隧道工程對于水環境反作用則導致隧道洞頂環境災害。隧道的涌排水則使得地下水逐步排干，水文地質條件不斷惡化，地下水位持續下降，地下漏斗不斷擴展，導致洞頂的地表水資源枯竭，水環境平衡被破壞，最終引發生態環境惡化甚至地面塌陷等自然災害。

目前，我國鐵路、公路的越嶺隧道尤其是巖溶山區長隧道的防排水設計，基本上仍然貫徹“防排結合，以排為主”的綜合治理原則。“以排為主”雖能減小襯砌水壓力，但不能根治隧道的各種水害，而且直接導致洞頂地下水位下降、地表水和井泉涸竭、地面巖溶塌陷、生態環境惡化，嚴重影響人民的生產和生活，因而隧道防排水“以堵為主”的呼聲日高。但是，隧道完全封堵地下水便會帶來巨大水壓力，尤其是深埋巖溶隧道。

水環境與隧道工程之間的作用和反作用是有機聯系的。隧道“以排為主”則承受水壓力小而環境災害重，“以堵為主”則承受水壓力大而環境災害小。同時，隧道工程與水環境的相互作用是可逆的。隧道“以堵為主”后，隧道工程對水環境的反作用表現為洞頂水環境的恢復進程。隧道通過壓漿和防水襯砌，大量減少隧道開鑿時的涌水和襯砌的長期滲水，此時雖然隧道承受的水壓力增大，工程數量和費用增長，但是洞頂在大氣降水補給大于隧道滲漏的條件下，進入水環境恢復的過程：地下水位逐漸上升，疏干漏斗逐漸縮小，水環境逐漸達到新的平衡，環境災害得以減輕甚至消除。

2 地下水影響作用

地下水在隧道工程運營階段造成的影響作用主要表現為襯砌滲漏水。滲漏水對于隧道的穩定、隧道設施、行車的安全、地面建筑等產生許多負面影響甚至危害。滲漏水促使襯砌風化、腐蝕、襯砌結構破壞，對內部設施如通訊鋼軌照明等加速腐蝕，影響設備正常使用，縮短其使用壽命，增加了相應成本。危害是將引發路基沉降，基底損壞，翻漿冒泥等現象，導致軌距變形超過承受極限，影響了行車安全。

造成滲漏水的原因主要體現在兩大方面：其一為排水不夠順暢，其二為防水設施劣質。

對于隧道的設計施工，將新奧法原理理論作為參考依據，在設計過程中，把隧道周邊巖體滲水經過襯砌之后的倒水設備，進一步往集水溝引入，繼爾往隧道排除如果存在某些排水設備系統不能夠正常運行，將水往隧道排出，便會基于襯砌后期形成難以解決的集水現象。

在此位置的水充滿空隙的狀祝下，襯砌會受到和地下水位高度相同靜水的壓力，而并不是基于設計當中的無水壓，也不是折減水壓同時，在滲流的動水壓力的影響下，襯砌承受的壓力會在在很大程度上高于此前設計標準，進而造成襯砌涌水開裂的破損情祝。

因為隧道鋪地基面長期浸泡在積水當中，到列車動力的催動之下，便會引發底部吊空現象，列車經過時產生呼吸作用把碎石排空，也把砂子排空，知識行車產生限速，并且會引發斷軌等諸多情祝在排水系統不夠順暢的情況下.便會進一步造成雨季積水等不良狀況。

在隧道和外部水環境之間，防水層是極其重要的部件，能夠在隧道與外部水環境分隔中發揮重要作用基于隧道工程當中，具備兩種防水層：其一是柔性防水層；其二為剛性防水層對于柔性防水層來說，其效果與材質及施工質量存在很大的聯系若防水材料劣質，沒有足夠的耐久性，便非常容易在運營一段時間后，將防水能力喪失對于剛性防水層，由于它的功能和混凝土的性能之間具備一定的聯系性，如果防水混凝土的襯砌施工質量比較差，在收縮大的作用下便會呈現孔隙及裂縫等一系列情況。進而使得防水層的防水能力大大降低。

3 水環境恢復

如隧道實施“以堵為主”的工程措施，當襯砌的常年滲水量q′小于降水入滲量Q′時，洞頂水環境會得到逐步恢復?；謴瓦M程分恢復地下徑流和恢復地表徑流兩個階段。

（1）地下徑流恢復階段：根據洞頂缺水災情，要求n個水文年內補充計算的全部被疏涌的

地下徑流Q，此時H′=0，F為地面疏干漏斗面積，則允許襯砌常年滲水量為q′1=[1000（W-E）F-Q/n]/（365L）

（2）地表徑流恢復階段：在恢復地表徑流后，根據地表水需求，要求恢復1/N的地表河泉徑流，則允許襯砌的常年滲水量為q′2=[1000F（W-E）（1/N）]/（365L）

同時滿足洞頂兩階段水環境恢復的襯砌的常年允許滲水量q′（m3/（d·m））為q′=min（q′1，q′2）當然，上述恢復水環境達到的水平衡只是隧道允許滲水量與地表徑流損失量達成的新平衡，并未回復到初始的水平衡。

4 結語

隧道與地下水環境間的互相作用是非常復雜的，不但影響隧道施工的正常與運營安全，又關系到隧址區生態環境與社會環境，是隧道工程中應大力研究的問題。

參考文獻

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