隧道工程環境問題分類及環境負效應分析

李國鋒，秦鮮卓，楊 磊，葉 飛

(1.云南富龍高速公路建設指揮部，云南 文山 663400；2.長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

0 引 言

公路隧道作為整個交通建設的重要構造物，承擔著重要的通行功能，大多數隧道在建設過程中會對環境造成一定的破壞。隨著環保理念逐步落實，隧道工程的環境效應越來越受到人們的關注[1]，不少學者結合工程實踐對隧道中可能出現的環境問題進行了分析，并從不同角度給出了應對措施[2-5]。

然而，在應對公路隧道環境效應方面仍存在很多問題。例如不夠重視對技術方案的預評價，不能準確地對技術方案產生的環境效應進行分析，對施工過程中產生的環境影響不能提出合理的對策，施工管理方案和組織方案中的環保對策過于敷衍等。這些問題的根源在于對隧道工程中誘發的環境問題和環境效應沒有很好的認識。具體來說，主要存在以下2個方面的問題。

(1)重視程度不夠。隧道工程具有很好的隱蔽性，隧道從業人員對施工產生的環境問題的認識和重視程度不夠。

(2)認識不到位。有關礦山、水利、城鎮建設、公路等工程產生的環境問題的分類研究頗多，都給出了比較具體且明確的分類方法[6-10]。但是，對于隧道工程環境問題分類的研究卻寥寥無幾，更沒有形成一種公認的分類標準。再加上環境效應是多種因素(有的因素比較隱蔽)綜合作用的結果，從而造成相關人員對環境效應誘因的認識不夠到位。

1 隧道工程環境問題分類

根據不同的劃分依據，會得到不同的隧道工程環境問題分類方案。鑒于隧道工程本身的特點，統計其中出現的眾多環境問題，可將其分為自然環境問題和社會環境問題2個方面，再分別進行針對性劃分，如圖1所示。

圖1 隧道工程環境問題的分類

1.1 自然環境問題

1.1.1 地質、地形、地貌問題

隧址區的原有地表或地層會因隧道工程的建設(特別是隧道洞口的施工)被破壞，進而使原有地層內部的土體或巖體暴露在外面。原有地層會在外界空氣與氣候變化的作用下發生變質，失去原有特性。另外，地表或地下水也會因隧道開挖和隧道實施防排水工程重新分配或流走，造成巖體原有的地質特性因含水量的變動而變化[11-12]。

總之，原有地形會因隧道工程的建設產生巨大變化，包括直接變化與間接形成的次生變化。其中，直接變化包括洞口施工的開挖拉槽等，次生變化包括原有地表發生沉降，嚴重的會出現塌陷等。由隧道工程建設所誘發的問題，最終都會直接或間接地改變和破壞原有地形、地貌以及原有地質(圖2)。

圖2 隧道工程造成地形、地貌破壞

1.1.2 水環境問題

隧道工程建設常常會導致原有地層中水環境的變化，主要有2個方面的問題：一是水資源問題，二是地下水平衡問題。由于隧道周邊圍巖的分布比較復雜，以及前期地質勘察工作的隨機性和不準確性，隧道在實際施工過程中有些采用以排為主，以堵、截、防為輔的措施對圍巖中的地下水進行處理。這種處治措施很大程度上造成了地下水的浪費和污染。與此同時，地層中地下水大量流失會造成原有滲流場重新分布，進而導致圍巖初始應力狀態發生變化，最終打破原有地下水平衡狀態(圖3)。

圖3 隧道施工造成的超排地下水

1.1.3 空氣問題

隧道工程的空氣問題主要指施工中產生的揚塵、廢氣、尾氣或有毒、有害氣體等。其中，揚塵主要有渣土揚塵和爆破揚塵。渣土揚塵是指出渣車在運輸過程中產生的揚塵；爆破揚塵是指隧道開挖過程中爆破產生的揚塵。廢氣主要指隧道施工過程中洞內外產生的廢氣。尾氣主要指施工器械、出渣車與混凝土罐車等在洞內外產生的尾氣。

1.1.4 動植物問題

隧道工程的建設會對隧址區周邊的草地、農田、森林等植被造成一定的破壞，直接造成隧址區周邊植被數量的減少；還會對動物棲息地和食物鏈造成破壞，進而導致生物多樣性變化。

1.1.5 廢棄物污染

隧道工程產生的廢棄物污染主要包括固體廢棄物污染和液體廢棄物污染兩大類。其中固體廢棄物污染主要指隧道運渣車堆砌的棄渣、生活活動區和工作區產生的生活垃圾以及浪費的工程材料產生的污染等；液體廢棄物污染大多指施工和生活產生的污水肆意排放，對周圍環境造成的污染。

1.1.6 質相破壞或污染

質相破壞或污染從污染源上異于其他，主要指某一種物理性污染對周邊環境造成的破壞或影響。比如，施工中爆破引起的震動污染、隧道通風用的通風機產生的噪音污染、施工產生的熱污染以及地層中散發出的放射性污染等。

1.2 社會環境問題

1.2.1 占地問題

在隧道建設的過程中，往往會修建一些臨時道路、臨時場地及附屬設施等，這自然會面臨一個很現實的難題，那就是征地、占地問題。為了降低占地問題的社會影響，不僅應該及時向受影響的居民提供合理的補償，還要保障居民日后的生產和生活。

1.2.2 人群健康問題

目前，中國隧道施工的機械化程度比較低，仍需要大量的人力。然而，隧道施工空間比較狹小且封閉，工作人員在施工過程中必然會受到洞內污染物及其他不利條件的影響，這都直接或間接地影響施工人員的身體健康，可能誘發包括呼吸道疾病、皮膚病、肺病及地方病等。

1.2.3 人文景觀與習俗的保護問題

修建隧道不僅會對周邊自然環境、景觀造成不可恢復的破壞，而且還對當地的文物、古跡或者是居民習俗造成一定程度的影響，改變其原有的特性。其中，文物古跡是一定歷史時期遺留下來的財富，具有深遠的歷史價值、藝術價值和科學價值，對探究先前的社會制度、古代的社會風情、科學發展水平等具有重要的意義。因此，修建隧道絕不能以犧牲當地文化遺產和自然景觀為代價，應當切實可行地保護當地的文物古跡。

2 隧道工程環境問題誘發的負效應

2.1 環境問題與環境負效應

環境負效應是指由環境變化而產生的不良環境效果。環境的變化表現為各個環境要素的變化，環境問題所誘發的環境負效應可劃分為生態環境效應和社會環境效應。其中，生態環境效應的直接表現包括對當地土地資源、水資源的破壞以及對周邊生物多樣性的破壞，間接表現包括產生了次生氣候變化和次生地質災害；社會環境效應包括人文景觀破壞效應以及工程建設與社會穩定發展的矛盾效應[13]。

2.1.1 土地資源破壞效應

土地資源破壞效應指的是占用、改造、物理機械破壞或由于土地性狀改變導致土地廢棄和損毀等，從而使土地資源減少，如圖4所示。土地資源破壞效應主要表現為兩大類：占用土地資源使其減少和當地土地資源損毀。所以，進行隧道設計、規劃、現場施工以及工程管理時，應從這2個方面考慮和預防。

圖4 土地資源破壞效應

(1)土地資源的占用。不合理的占地和廢棄物堆砌是造成土地減少的主要環境問題。占地主要包括工地的臨時道路、堆放的棄渣場、工作人員的生活區、洞口施工區以及部分地表占地等。工程設計人員應在設計階段做好規劃，保證每項占地都是合理的；施工時，有效執行設計中關于各項占地的規劃，并對其進行合理管理。

(2)土地資源的損毀。土地資源損毀指機械手段和化學污染對土地造成的損毀，應從其誘發的主要環境問題考慮預防措施。

2.1.2 水資源損毀效應

水資源損毀效應大致有2種表現形式：地下水由于長時間的流失造成的水量減少和浪費；廢棄物、工程材料等滲透造成的地表水、地下水的水質污染。

洞口開挖地引起的地形地貌變化、液(固)相廢棄物滲水污染、工程材料滲透污染、隧道施工中出現的疏排水與突水等環境問題，一般都會引起隧址區附近的水資源損毀效應。這些環境問題不僅會出現在洞門修建、進出洞時邊仰坡防排水及施工防護等工程建設中，還會出現在臨時工程的修建和對工程垃圾的處理中。總之，應在可行性研究階段考慮對水資源損毀效應的預防。如洞內施工出現突水或疏排水量比較大的情況時，可從節約水資源的角度對其進行循環再利用。

2.1.3 生物多樣性破壞效應

生物多樣性破壞效應的一般表現形式為：隧道工程活動以資源量和生物物種的減少為代價，對周圍環境的改造超出自然本身的承受和恢復能力，改變甚至嚴重破壞生物原有的生存環境，如圖5所示。因此隧道生態保護的質量和效果取決于隧道工程的設計質量與實施情況，故應在前期設計和規劃階段綜合研究生物多樣性環境問題的影響要素，使對生物多樣性的破壞達到最小。

圖5 生物多樣性破壞效應

2.1.4 次生氣候變化效應

次生氣候變化效應指隧道工程尤其是大型重點隧道工程建設引起某種環境問題持續加劇(如水環境)或環境問題的疊加效應，最終導致相關氣候問題的出現。譬如，隧道穿越瓦斯地段時，倘若不小心使甲烷泄露到洞外，地面的長波輻射會被泄露出去的甲烷所吸收，從而造成周邊地面層的氣溫升高，嚴重時可能會加劇該區域的溫室效應。所以，對嚴重影響氣候變化的因素應在具體工程實施過程中予以著重評估。絕大多數隧道從業者往往對氣候問題的研究較少，因此對于重點的隧道建設工程，應組織專家(尤其要有氣候方面的專家)合理探討施工階段應采取的各項措施，并保證其有效性和合理性，然后再進行工程施工。

2.1.5 次生工程、地質災害效應

假如對隧道建設造成的環境問題或已存在的環境效應治理不到位，可能會引起危害較大的次生工程和地質災害，譬如邊坡失穩，嚴重時有泥石流、滑坡、地表下沉塌陷、地裂縫、部分區域沙漠化、水土流失等。隧道洞口施工會導致洞口邊仰坡處的土壤、植被破壞，從而誘導邊仰坡再次出現滑坡、泥石流以及水土流失等地質災害。由此看來，水資源損毀效應以及土地資源破壞效應和次生工程、地質災害效應的關聯性比較大，這些次生效應的出現與隧道建設過程中的每項環節都有關系[14]。

次生工程、地質災害效應根據發生的緩急程度可分為次生突變災害和次生緩變災害。其中，次生突變災害一般出現在施工階段，例如隧道穿越軟弱圍巖時，若對圍巖擾動過大，可能導致掌子面塌方，嚴重時可誘發地表冒頂現象；進洞前在對邊仰坡防護的過程中，可能造成邊仰坡失穩等。次生緩變災害出現在施工階段或運營階段，其與隧道本身的建設以及外部的條件有關。

2.1.6 人文景觀破壞效應

隧道工程的建設會改變原有環境導致自然景觀或人文景觀(如當地寺廟、紀念物等)破壞，而且隧道結構物以及裝飾、附屬設施等人工物也可能會對當地人文景觀造成一定程度的影響，甚至破壞，從而引發人文景觀破壞效應，見圖6。

圖6 人文景觀破壞效應

2.1.7 工程建設與社會穩定發展的矛盾效應

在隧道的建設過程中，不合理施工往往會造成周邊土壤環境變化、空氣和土壤污染、水環境以及質相破壞或污染的問題，還會帶來占地以及損害人員健康、人文景觀與習俗等問題(圖7)，這些環境問題會同當地居民的經濟或文化習俗產生一定的矛盾。所以，隧道建設動工前應充分了解當地居民的風俗習慣，盡最大可能予以尊重和保護，對造成的經濟損失進行合理補償，最大程度減少與周邊居民的矛盾沖突。

綜合以上分析結果，隧道工程環境問題及其環境效應的因果關系總結見表1。根據表1中各效應發生的時空順序，進一步將環境效應分為直接環境效應與次生環境效應，如圖8所示。

圖7 工程建設與社會穩定發展的矛盾效應

表1 隧道工程環境問題與其環境效應因果關系

圖8 直接環境效應與次生環境效應

2.2 隧道工程環境效應的復合效應

修建隧道的過程中必然會造成隧址區周邊生態環境變化，倘若對這些環境變化不加以重視，不停地開展工程建設，環境變化會進一步累積誘發各種環境問題，進而造成相應的工程地質災害。隧道建設過程中，前期出現的環境問題會與后期新產生的環境問題相互疊加，各個環境負效應會形成一種復合效應，出現“1+1>2”的惡性狀態。這種復合效應會不斷惡化和疊加，加劇環境效應的危害程度并導致地質災害出現的頻率升高。例如，隧道洞內外排放廢氣誘發的空氣問題與臨時占地誘發的社會環境問題相互疊加，不僅危害施工人員和周邊居民的健康，還會引起經濟糾紛，產生不好的社會輿論，嚴重時可能迫使工程停工，貽誤工期。

3 隧道工程環境負效應的預防及控制

隧道誘發的多種環境問題會產生一定的負效應，要采用有針對性的科學管理手段對環境負效應提前做好預防與控制。具體可分為總量管理和溯源控制。其中，總量管理是方針，溯源控制是手段和根本。

溯源控制，就是從問題的源頭入手，綜合分析誘發環境負效應的每個因素，對其進行科學化控制。以隧道施工單位為例，要想從根本上減少施工造成的環境負效應，就必須仔細查找產生環境效應的源頭，從各個環節入手，提出相應的預防措施。一旦施工或運營中出現負環境效應，則應該根據本文所分析的因果關系尋根溯源，從源頭化解對人類或工程運營不利的環境效應。

總量管理，就是使各種環境問題疊加后形成的負效應的總量不超出工程環境允許的閾值。一類環境效應一般由多種環境問題誘發而成，例如：廢棄物污染、土壤環境變化、占地破壞、地形地貌變化、水資源問題、震動破壞等環境問題都會造成土地資源損毀效應。因此，要有定量的管理目標：只需要滿足負效應總量不超出某一限值的要求，不用研究具體環境效應的誘發源。某些特定管理部門(主管隧道環境)應有一種全局意識，在宏觀上進行管理和調控，對環境管理進行科學量化。

4 結 語

(1)根據隧道施工階段和運營階段存在的問題，借助環境工程基礎理論對隧道工程中出現的環境問題進行了科學的分類，并對各類問題的工程誘因進行分析。

(2)總結了隧道工程中的各類環境問題以及誘發的各種環境負效應，將環境負效應分為生態環境效應與社會環境效應；同時梳理了各類環境問題與其負效應的因果關系，以尋根溯源治理環境負效應。

(3)提出隧道環境負效應的預防與控制手段，即溯源控制和總量管理2種思路。針對隧道環境負效應問題，應分析原因和結果，再根據因果關系采取針對性措施，將控制與管理貫穿于隧道設計、施工的各個階段，同時兼顧結果。

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