隧道工程和地下水环境相互影响分析

李圆浩

摘  要：本文分析了隧道工程中产生水害的原因以及地下水受到破坏的机理，并提出了相关建议措施。

关键词：隧道;地下水;涌水;沉降

1  地下水对隧道施工的影响

隧道地下水的处理一直是隧道施工的技术难点之一。在隧道施工过程中，地下水会通过渗流作用涌入隧道，涌水量过大还将带来大量的泥沙，造成严重的突水、突泥事故。地下水对软弱围岩不断的溶解、溶蚀、冲刷，使围岩强度降低，从而引起围岩的变形破坏、失稳甚至塌方，给施工带来巨大的困难和安全隐患。

山体内部岩体本身处于一定的应力场中，同时还存在地下水渗流场，它们互相作用，构成了一种特定的动态平衡体系。隧道的开挖使岩体的地下水渗流场与地应力场的平衡状态遭到破坏，地下水动力条件和围岩力学平衡状态发生急剧变化，岩体和承压水渗流发生耦合作用，导致应力场改变，含水岩体的裂隙开展程度增大，造成围岩出现大塑形变形，从而出现围岩崩解，涌水突泥灾害。而处于松散岩土、岩溶裂隙发育或断裂破碎带等不良地质环境的隧道，围岩中饱含地下水。渗流场的改变引起围岩裂隙水压力增大，增加了围岩的自重荷载，更加剧了发生隧道塌方的可能性。

2  地下水对隧道运营阶段的影响

运营阶段地下水对隧道的影响主要表现为对隧道衬砌的侵蚀，常见的有溶解作用，冻融作用和潜蚀作用。地下水的侵蚀会对隧道结构稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑产生诸多不良影响甚至威胁。

衬砌周围的地下水长期对衬砌混凝土有溶解作用。由于地下水的侵蚀作用，隧道围岩和衬砌逐渐被软化，衬砌结构的可靠性、耐久性降低，对隧道整体的稳定影响很大。如果地下水通过衬砌混凝土损伤部位，工缝变形缝等穿透隧道防排水体系，造成隧道内部环境潮湿，使洞内供电、照明及通信设备等发生锈蚀，降低这些设备的使用效率和使用寿命，严重恶化隧道运营环境，降低服务质量，增加隧道的维护运营费用。隧道内的渗透水还会形成路面积水，造成车辆打滑，危及行车安全。

3  隧道建设对地下水环境的影响

地下水渗流系统给隧道的建设和运营造成了严重影响，同时隧道建设也会给地下水环境带来严重影响。隧道工程对于地下水的疏干和改造作用显得尤其突出，目前一些竣工的隧道工程已经表现出对隧址区的严重影响。

（1）隧道对地下水的疏干作用

隧道开挖后，由于集水和汇水作用，地下水不断进入隧道中，地下水动力场因此发生改变，引起地下水的运动通道发生转移，形成新的势汇。随着隧道排水过程的延续，整个隧址区的地下水系统发育形成了新的地下水转移通道，隧道开始大量排出地下水，从而形成一个降位漏斗，漏斗不断扩展，疏干其影响范围内的地面水源，引起地下水与地表水径流发生改变，直接造成隧址区地表泉水流量减少甚至溶泉消失，井水水位下降，水量减少甚至干涸，直接影响当地工农业生产及人民的生活。隧道的建设造成地下水位降低，当地下水位到一定程度时，会使当地土壤含水量减少，植物生长受到抑制，甚至萎蔫、停止生长，给当地的环境带来负面影响和经济损失，尤其是水稻种植区域影响更为严重，原有作物无法继续种植，给正常农业生产造成极大危害。

（2）隧道排水导致岩土应力变化

隧道排水会引起地下水渗流场的变化，造成地下水位下降，饱和岩土层中的孔隙水压力下降，围岩承受的有效应力增加。其次，由于地下水动力场的改变，地下水流方向改变为向隧道中心流动，其方向是向下的，地下水渗流力增大了竖直向下的应力，造成总应力上升，更增大了围岩的有效应力。在有效应力增大的情况下，围岩会发生新的沉降，直到岩体应力达到新的动态平衡。大面积的岩体沉降使隧道的使用效能降低，维护成本增加。隧址区的房屋由于地面沉降普遍出现房屋开裂、倾斜，给当地居民的生产生活带来不便和安全隐患。农田由于土体沉陷而毁坏，无法继续耕种，使得土地基本丧失耕作功能。

4  建议处理隧道和地下水关系的对策措施

（1）选择地质条件优良的隧址，是避免或者减轻隧道和地下水矛盾关系的最有效方法。隧道选址时尽量避开岩体断裂破碎区和地下水蕴藏丰富区域。若选址无法绕避地质不良地段，则应在施工前做好详细的地质勘察工作，对隧址区地层岩性，地质构造，地下水的渗流规律等情况进行详细调查，做好易涌突水段衬砌的防渗措施，避免施工时突水和塌方事故的发生。

（2）对于隧道中的地下水，必须建立"防、排、截、堵结合，以堵为主"的处理理念，根据实际情况选择合适的防排水方案，形成完整的隧道治水体系 ，并且结合隧址区生态环境的承受力和施工成本因素控制隧道的排水量，减少对地下水环境平衡的扰动。

（3）施工之前应制定完善的施工方案，施工过程中加强水文观测和超前地质预报工作，加强对软弱围岩和断层破碎带的支护，严密监测隧道涌水量，增强动态设计和施工管理，做好各种突水事件预案。

（4）随着隧道施工技术的不断进步，出现了很多经济环保的施工方法。比如采用冷冻法预处理隧道可能出现的突水涌水段，这样既能封堵地下水，也能加固围岩。在条件允许时采用排供结合模式，能有效降低隧道持续排水造成的不良地质效应，减少水资源的浪费。隧道排水回灌方法能够减小地下水位下降幅度，减轻隧道对环境的破坏，适用于干旱半干旱缺水地区的隧道建设。

参考文献：

[1]王廷亮.隧道工程地下水处理的环境地质效应[J].工程勘察，2010，12：43-47.

[2]潘海泽.隧道工程地下水水害防治与评价体系研究[D].西南交通大学，2009，5.