浅谈隧道施工释能降压法对环境的影响

(铁道部工程管理中心，北京　100038)

释能降压法主要应用于深埋岩溶隧道遇到高水压、大能量的富水溶腔，包含半充填溶腔，开挖存在突水突泥风险、施工难度大时采取的一种方法，而这种高水压大能量的富水溶腔一般处于岩溶垂直分带中的深部循环带中。深部循环带为饱水带的下部，埋藏深度较大，水动力循环微弱，大多为古岩溶，溶腔处于充填或半充填状态，一般与上部暗河或大型水囊相连。一旦溶腔处理不当被击穿，溶腔充填物或水在上部强大地下水压作用下，将会失稳而突水突泥，导致人员伤亡和巨额财产损失。

1　释能降压法对环境的影响

释能降压法虽然解决了施工风险的难题，但不可避免地造成对地表和地下水环境的影响。隧道在排水过程中，常常伴随着突泥，造成隧道及附近区域地表水的漏失、地下水水位的下降、地表或地下松散堆积物的变形或再搬运，从而诱发一系列的生态环境或环境地质问题。山区岩溶隧道，通常埋藏深度大，且一般地处深山峡谷，人类生存和生产活动相对比较弱，释能降压法对环境的影响或破坏程度以及危害一般也比较小，但是在一些特殊地质结构和人类活动比较集中的地区，也可能产生一些比较严重的环境问题，例如，地表水的漏失和地下水位的区域性下降，可能导致地表或地下水源的干枯，造成这些水源地的短期甚至长期失效；由于土壤水份的大量减少引起地表植被和农作物的退化或死亡；地表或地下松散堆积物的变形或再搬运，会诱发地面变形或塌陷，导致地面建筑物的破坏等。

释能降压法的主要特征就是泄水消能，也可通俗讲为排水。隧道排水对环境可能产生的影响，一般表现为以下三个方面。

1.1　岩溶塌陷

隧道排水，加大了地下水的水力坡度，加快了地下水的下渗速率，使与地下水暗河相通的地表洼地中松散土体被地下水携带而涌入隧道，可能导致上部土体失去支撑产生塌陷(如图1)；隧道排水造成地下水位的降低，使覆盖型溶蚀洼地下部易形成真空负压，因吸蚀作用而产生地表塌陷(如图2)。地面岩溶塌陷后形成的负地形或岩溶塌坑又常成为地表水下渗的通道，引起地表水的漏失。

图1　潜蚀作用为主的岩溶塌陷

图2　真空吸蚀作用为主的岩溶塌陷

1.2　水源枯竭

岩溶隧道大量的排水，会导致隧道充水岩层地下水位的大幅下降，使得原有地下水开采井失效，或与之水力联系密切的岩溶泉水(或暗河)、地表河流或岩溶湖的流量减少，甚至干枯、断流，从而影响到隧道附近的生活或生产用水。

如隧道穿越区属岩溶强烈发育区，地表发育的落水洞、漏斗构成大气降水入渗的直接通道，一般无地表水分布，但有较多的岩溶裂隙泉出露，当地农户仅靠表层岩溶泉和裂隙上层滞水泉或天水维持生活，隧道涌水，将可能形成地下水袭夺，造成部分泉水流量减小甚至断流枯竭，对农户生活、生产用水造成不便；隧道涌水造成地下水位降低，对使用地下水的用户取水困难，或没有地下水可取。

1.3　破坏水文地质环境

隧道涌水长期排放将彻底改变原有的地下水平衡状态，降低了地下水位，或改变了地下水的流向，从而破坏水文地质环境。

2　602溶腔释能降压后对环境的影响

宜万线的野三关、大支坪、云雾山、马鹿箐及齐岳山等五座隧道均为深埋越岭岩溶长大隧道，开挖过程中均遇到了高水压、大能量的富水溶腔，在施工中采用了释能降压法通过，目前还未产生较明显的环境水文地质问题，但若采取长期排水，将对环境造成一定的影响。

野三关隧道602溶腔发育于二叠系茅口栖霞组灰岩中，溶腔埋深450 m，地下水位埋深150 m、高于隧道300 m左右。溶腔在隧道处为充填溶腔，其上部与野三关隧道③号暗河相连，地表为容蚀洼地和槽谷。③号暗河发育于石马坝背斜核部二叠系茅口栖霞组(P1m+q)的灰岩层中，两侧受二叠系吴家坪组(P2w)页岩的阻隔，呈带状分布。暗河起于石马附近的旺碑冲洼地，经水洞坪、发屋湾、小儿坪，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，长5 km左右，总体水力坡度6%～7%，补给区域14.57 km2(如图3)。苦桃溪属于清江流域的三级支流，是支井河的支流，为峡谷河流，长7 km左右。

图3　野三关隧道地下暗河分布

野三关隧道602溶腔已采用了释能降压法通过，溶腔充填物已释放，地下水通过隧道排水洞排放，为长流水。溶腔排水疏干了③号暗河。

2.1　目前602溶腔排水对环境的影响

(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间，隧道埋深大，溶腔地下水主要来源于灰岩岩溶裂隙水，以及袭夺上部③号暗河地下水。排水降低了地下水水位，改变了地下水流向。

(2)溶腔排水通过裂隙、岩溶管道及断层等途径，将③号暗河径流段的地下水袭夺，改变了③号暗河地下水的排泄流向，使暗河排泄口断流，造成暗河排泄口下游苦桃溪河水减少，但对暗河补给区(水洞坪等洼地)地下水影响较小。

(3)暗河补给区旺碑冲、水洞坪、发屋湾等洼地居民生产生活用水为表层滞水和雨水，没有采用深层地下水，且表层岩溶泉与深层地下水(饱水带)之间没有直接水力联系，所以，溶腔排水对补给区洼地居民生产生活用水暂没有影响。

(4)溶腔排水，使本来排泄于苦桃溪流入支井河的地下水直接通过隧道排泄于支井河中，造成暗河排泄口至支井河间的苦桃溪段(6 km左右)河水减少，但由于苦桃溪该河流段为峡谷地形，为无人区，河水没有被附近居民利用，所以河水减少对该段附近居民没有影响。

(5)因溶腔排水只是影响③号暗河径流、排泄区地下水，对暗河补给区地下水几乎没有影响，溶腔排水暂不会产生旺碑冲、水洞坪、发屋湾等洼地塌陷。

(6)溶腔排水段上方稻子坪洼地处于三叠系大冶组灰岩中，与隧道二叠系茅口组灰岩间存在二叠系吴家坪组隔水岩层，其洼地地下水与隧道涌水段没有直接水力联系，隧道涌水对稻子坪洼地环境没有影响。

2.2　602溶腔长期排水情况下对环境的影响

(1)长期排水使已断流的③号暗河将彻底改变了流向，降低了地下水排泄高程，加大了地下水水力坡度，加快了洼地上层滞水下渗速率，破坏了原有地下水的平衡，将会引起地下水位降低、地表塌陷等环境问题。

(2)正常情况下，③号暗河地下水位高于苦桃溪河流，向苦桃溪排泄，若③号暗河地下水位降低到苦桃溪河水位高程以下时，形成倒漏斗，将会产生河水补给地下水，破坏河流环境。

(3)苦桃溪流经二叠系下统茅口组(P1m)灰岩，与602溶腔排水段处于同一水文地质单元中，当地下水水位降低到河水位以下时，河水会沿灰岩岩溶裂隙渗入隧道，长时间会袭夺苦桃溪表水，造成局部河流干枯，且隧道排水量将不断增大。

(4)长期排水降低地下水位会使地表洼地溶腔、裂隙形成负压，造成洼地覆盖层产生塌陷，继而疏干表水，使居民生产生活环境会变得恶劣，影响居民生活。

(5)稻子坪岩溶洼地的地表汇水进入地下后，顺长兴组灰岩(下部为吴家坪组页岩)地层以岩溶泉的形式，在隧道上游的苦桃溪出露并汇入苦桃溪明流，示踪试验表明稻子坪洼地水与602溶腔地下水无联系，可见长期排水对稻子坪洼地的环境影响甚微。

(6)隧道施工至今，地表还没有产生新的岩溶塌陷，若隧道长期排水，地表汇水入渗速度加快，加速了入渗循环，不排除有发生新的塌陷的可能。

602溶腔短期排水只改变了局部地下水环境，对地表及居民生产生活暂没有影响；长期排水将会带来地表塌陷、水源枯竭等新的水文地质环境问题。

3　结论及建议

在岩溶发育的深埋越岭隧道，采用释能降压法处理高压富水溶腔可降低施工风险、便于隧道快速通过，但对地表和地下水环境具有一定的影响，只有在查明地下水的补给来源、径流、溶腔的规模等水文地质条件情况下，可预估释能降压法对环境的短期和长期影响。针对宜万线五座隧道采取的释能降压，短期内对地表环境影响不大，但对地下水的水位、流向等有一定的影响，长期排放将会产生一定的环境水文地质问题。

建议隧道采用释能降压法通过后，对释放的地下水进行封堵，慢慢恢复地下水原有的状态，避免彻底改变既有的水文地质环境，保持生态平衡。

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