隧道工程水處理環境地質效應分析

謝百強

摘要：本文首先分析了隧道排水引起的水文地質變化，介紹了隧道工程水文地質及生態環境影響的范圍。在探討隧道建設對地下水環境影響的基礎上，研究了環境地質效應的系統防治。

關鍵詞：隧道工程；地下水處理；水文地質環境

隧道工程地下水處理一直都是困擾工程建設的技術難題，不當的水處理方式不僅影響到隧道工程的正常使用，而且還會對隧道工程的施工安全以及隧道建成后的結構安全產生重要的影響。在實際施工時，往往只考慮到施工成本及隧道自身結構安全性，使得在處理隧道地下水時主要采取排的方式。這樣，對于雨水補給比較充足的南方地區來說，短期內這種處理地下水的方式不會引起很嚴重的環境地質效應，但是對于水資源相對比較匱乏的西北地區來說，很容易出現因疏干排水導致地下水下降、枯竭或地面塌陷等嚴重的環境地質效應，同時也影響到隧道工程整個施工安全與使用效果。由此可見，如何經濟、合理地處理好地下水問題，關系到隧道工程的成敗。本文結合生態環境保護需要，就隧道地下水處理方式進行研究分析。

一、隧道排水引起的水文地質變化

（一）隧道排水引起的水文變化

隧道開挖成型后，在集水和匯水作用下，地下水不斷涌入隧道中，地下水動力場因此發生改變，地下水運動通道隨之轉移，形成新的勢匯。長此以往，整個隧址區的地下水系統發育形成新的地下水轉移通道，隧道開始大量排出地下水，從而形成一個降位漏斗。漏斗不斷擴展，疏干其影響范圍內的地面水源，引起地下水與地表水徑流發生改變，直接造成隧址區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，最終影響當地工農業生產及人民的生活。

（二）隧道排水引起的地質變化

隧道開挖成型后，隧道內長期排水會引起隧址區地下水滲流場變化，造成地下水位下降，飽和巖土層中的孔隙水壓力下降，圍巖承受的有效應力增大。其次，由于地下水動力場的改變，地下水流方向改變為向隧道中心流動，其方向是向下的，地下水滲流力增大了豎直向下的應力，造成總應力增大。在上述兩項應力增大的影響下，圍巖會發生新的沉降，導致隧道支護結構應承受的壓力進一步增大，直到巖體應力達到新的動態平衡，進而導致隧道工程維護成本增加。

二、隧道排水的影響范圍

隧道排水影響的范圍與水文地質條件復雜程度以及隧道埋深和長度有關。隧道成型后的排水效應與大口徑井抽水類似，將在洞頂含水層中形成疏干漏斗，其引用半徑R0=R+B/2。隧道排水引發的洞頂環境災害主要發生在疏干漏斗的范圍內。由于隧道長度遠大于寬度，加之洞口段含水量的厚度往往變小，因此洞頂疏干漏斗與井點降落漏斗的形態還有區別，其空間形狀不是倒圓錐體而是倒橢圓錐體，其地面范圍不呈圓形而近似于橢圓形。根據我國若干隧道因開挖改變地下水環境、并影響地表生態環境的實例，隧道兩側的影響寬度為200～2000m或更大。

三、環境地質效應的系統防治分析

（一）開展有效的地質勘察及環境評估

隧道地質勘察和環境影響評估的范圍以隧道兩側各1000～3000m為宜。通過詳細的勘察及環境調查為設計施工提供相關的參數和指標，確定合理的開挖和支護方案。如果所提供的數據不詳細，勢必給支護工作留下隱患。主要做好隧址影響區域內以下幾個方面的內容：隧址位置、地形地貌、地質構造、不良地質現象等；地下水類型、埋藏條件、侵蝕性及土層的凍結深度等；地表水體的長度、面積、容量、水位及其重要性分類；農田、林業用地的類型、面積；人口密度；建筑物和構筑物的數量、類型和分布，特別注意有無重點保護文物、景點；其它，如棄碴堆放場地的地形和水文條件、水土流失狀況、不良地質現象等。

（二）采用合理的防排水措施

在雨水補給比較充足、且隧道排水影響相對較小區域內修建隧道工程時，考慮到施工成本問題，對地下水的處理仍可以采取“以排為主”的施工理念。“以排為主”是從疏水、泄水著手，在隧道初期支護后、二次襯砌前埋設引水管或環向透水盲管的方式將地下水通過隧道排水系統引至隧道外。特別注意的是，在初期支護內埋設引水管和在防水板外環向布設透水盲管時必須采用土工布進行包裹，防止圍巖內充填物流失堵塞排水徑路，造成整個隧道的排水系統癱瘓，也可能造成隧道支護結構承受的壓力不斷增加，產生重大安全隱患。

在水資源相對匱乏或隧道排水影響較大區域修建隧道工程時，為了防止因隧道疏排水而造成的地下水資源大量流失，保護地下水資源，緩解不良環境地質效應，隧道施工時應加強對隧道圍巖含水層中地下水動力條件變化的研究，切實貫徹“以堵為主”的施工理念。“以堵為主”是從圍巖、結構和防水層入手，結合隧道周邊結構封堵注漿，體現以防為主的全包式防水。這種防水形式要求隧道防水結構應為一個封閉的防水層，不設泄水孔及環向透水盲管，完全把水擋在隧道之外。此類地下水處理方式整體上不會改變地下水的原始狀態，既有利于隧道本身的施工和運營，又有利于減輕地下水資源無謂流失破壞生態環境。

四、總結

隧道工程地下水的處理作為一個影響隧道工程施工質量與安全的重要方面，采取不恰當的地下水處理方式只會引起許多不良環境地質效應，不僅影響到施工安全，而且也無法保證工程的施工質量。因此在今后進行隧道工程施工的時候，必須要嚴格做好地下水處理工作，結合施工的實際情況，采取科學合理的方法來對地下水進行處理，確保隧道工程質量安全促進隧道工程的又好又快建設。

參考文獻：

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