试分析隧道工程与水环境的相互作用

2015-03-21王安群陈再敏

黑龙江交通科技 2015年3期

王安群，陈再敏

(贵州省公路工程集团有限公司)

1 隧道工程和水环境的相互作用链

这里所讲的隧道工程和水环境的相互作用链，既包含着水环境对于隧洞工程的影响，又包含着隧洞工程的建设和运营丢当地水环境所产生的影响。在这之中，水环境对于隧道工程所产生的影响主要包括隧洞涌、漏水以及隧道承受的水压力。当在含水层进行施工并挖通隧道时，隧洞的洞顶必然会含有一定程度的地下水，这就是隧洞之中出现突水或者是涌水的根本原因，与之相随的，隧道的衬砌还会承受地下水的静水压力。而隧道工程对于所处地的影响最明显的表现就是隧洞顶部出现的环境灾害。为了维持隧道的正常运营，就必须要不断地进行排水，随着地下含水层的含水量的不断减少，该地的水文地质条件也会不断地恶化。地下水位的不断降低就会导致地下漏斗的不断扩大，使得洞顶区域的地表水资源持续地枯竭，破坏了水平衡，破坏了原有的生态平衡，生态环境的不断恶化会使得地陷等自然灾害陆续的出现。

2 地下水的影响作用

在隧道工程的运营阶段，衬砌渗漏水对于隧道工程影响的最显著表现。渗漏水的影响可以说是多方面的，对于隧道的稳定以及隧道内的设施都会产生相应的影响，还会妨碍行车的安全，以及对于地面建筑的浸泡和腐蚀。具体的讲，长时间的渗漏水会使得隧道工程的衬砌遭到严重的腐蚀和风化，最终甚至会破坏衬砌的结构。而隧道内部的通讯、照明、钢轨等设施也会因为渗漏水加快受到腐蚀的程度，使得隧道之内的设备不能够正常地运转，使得相关设备的使用年限大大地减少，隧道建设和维护的成本随之增加。伴随着渗漏水的不断加重，还会出现如立即沉降、基底损坏、翻浆冒泥等更加严重的现象，最终导致规矩变形，超过原有的承载负荷，就会严重地影响行车安全。导致隧道之中出现水渗漏的原因是多种多样的，将结合京广铁路南岭段隧道的实际情况对于出现水渗漏的情况进行具体的分析。

京广铁路南岭段隧道处在衡阳至韶关段，位于我国的湖南省南部，属于地山丘陵地貌，地表的起伏变化不大，地面的高程维持在300～500 m 之间。这段隧道所途径的地段还是比较复杂的，其中岩溶洼地、岩溶漏斗地貌发育比较明显，而且整段隧道的途中还分布着5 个溶蚀洼地。在这段隧道之中，衬砌使用的方式属于复合式，并结合了以聚乙烯板为材料的防水层。用混凝土制成的的宽枕板来铺设轨道床，并在其内部加入了人字坡。并在隧道全程除却进出口的所有位置的两侧都设有水沟和中心水沟，而且有专门的双侧电缆槽。这段隧道自从投入运营以来，断轨的情况出现过多次，引发这种事故最主要的原因就是拱顶掉块和衬砌的渗漏水，长期的风化为和腐蚀使得轨下基础遭到了严重的破坏，出现较为严重的冒泥、翻浆现象，每年雨季来临的时候会对轨道床造成浸泡，综合其原因，主要有以下几点:

(1)排水不畅。

在隧道施工设计的过程中，采用的是新奥法原理，排水设计的总体思路就是静隧道周边的渗水经过一系列的引导，时期进入到修葺好的水沟之中，最后经由水沟排出隧道。在这个系统之中，如果排水系统不能够正常的工作的话，就会导致衬砌后出现集水的情况。经过一段时间以后，一旦衬砌后的缝隙被水充满，与地下水水位相等的静水就会对衬砌施加相应的压力，远大于在对隧道进行设计的过程中预想的衬砌所承受的压力。再加之渗流的动水压力，就是的衬砌所承受的压力要远超过自身的极限，从而就会导致衬砌在过大的水压之下出现破裂的情况，使得隧道进水。长此以往，隧道的铺底基面就会经常处于积水浸泡的状态之下，在列车经过之上的时候，由于列车动力的作用，使得底部被吊空。而在列车车轮不断地碾压的过程中产生的张合作用，会使得轨道致谢铺垫的碎石和砂子被排出，使得行车车速受到限制甚至是出现断轨的事故。雨季积水的最直接原因就是排水系统的不通畅。

(2)防水设施不完善。

在整个隧道工程之中，将隧道与外部的水环境进行有效的分割的关键不仅就是隧道的防水层，在不同的隧道工程之中，防水层有柔性和刚性两种不同的种类。对于柔性防水层而言，防水效果的好坏预期材料和施工的质量直接相关。如果组成防水层的防水材料的质量太差，缺乏耐久性，在隧道运营一段时间之后防水层就会失去自身应有的防水作用。刚性防水层的防水效果如何则直接与所使用的混凝土的性能相关，如果在隧道工程建设的过程中，用混凝土建设的衬砌的质量太差，在完工后的一段时间内形成过大的孔隙和裂缝，就会使得防水层的防水效果大大地下降。

出现渗漏水问题的隧道工程往往所处的地段有着较为复杂的水文地质条件，在隧道工程的建设之初，并没有将这些复杂的因素充分地考虑进去，对于地下水环境的作用没有做到充分地估计，到时在进行隧道施工的过程中并没有对于相关的防渗漏技术进行有效地完善，使得隧道的衬砌受到地下水渗流的眼中影响，长此以往，就使得隧道的使用年限大大地缩短。

3 隧道工程的影响作用

不仅仅水环境会给隧道工程的运营造成影响，隧道工程的建设和运营也会给当地的水环境造成一定程度的干扰。隧道工程的建设，使得地下水原有的渗流平衡遭到了破坏，长时间的疏干排水使得地下水原有的渗流场遭到了破坏，使得地下水的正常循环收到了影响，进而就会破坏自然生态环境。下面就结合京广铁路大瑶山隧道的实际情况进行分析。

大瑶山隧道位于坪石至乐昌的路段上，这个隧道贯穿了广东乐昌县瑶山的主峰。隧道工程的中线与大瑶山之间的夹角基本呈现为90°，隧道的全程为14.295 km，隧道的洞顶埋深深度为100～900 m 之间，隧道洞的中部属于斑古坳地区，地表之上草木茂盛，一年之中的平均温度在20 ℃左右，年均降水量为1 500 mm。该隧道在建成投产之后，渗漏水的现象十分严重，经过多次的整修之后仍然不见效果。隧道运营过程中的长期排水疏干工作，导致当地的地下水位急剧下降，井水干涸，连最基本的农业灌溉都得不到满足，而由地下水却是导致的地面沉降引发了一系列的房屋变形、开裂等危害。随着时间的不断推移，自然环境受到的破坏越来越严重，严重地影响到了当地的农业发展和当地人的正常生活。最后只能够采取大规模移民的方式，使得当地的百姓离开自己的家乡，造成了极大的经济损失。结合大瑶山隧道的实际情况，隧道工程对于地下水环境的影响主要表现为以下几点。

(1)疏干地下水。

隧道的长期排水，对于水循环系统的眼中破坏是造成大瑶山的自然灾害的最终的原因。在隧道设计建设的过程中，必须要为隧道添加相应的集水和汇水系统，这就必然会改变该地地下水的运用方向。在长期排水的过程中会使得当地的地下水逐渐地干涸，使得地下水的补给量远远低于地下水的排出量，造成严重的水位下降。由于地表水系和地下水之间的联系，地下水位的下降就直接导致了地表水的减少和小时，井水和泉水等逐渐地枯竭，造成当地的严重缺水，影响农业生产的正常开展。

(2)渗流场的变化导致岩土应力的变化。

渗流场的变化是导致岩土应力变化的最主要原因。由于地下水位的不断下降，导致饱和岩土层之中的孔隙水压力下降，而不饱和岩土层中的负水压力则会上升，这就使得有效应力在总应力未变的情况下上升。而且，由于渗流场的变化，地下水渗流的方向统一的变为共方向向下，与之相应的，地下水垂直向下的渗流力就会增加，总应力上升。在这样的情况下岩土就会通过沉降的方式追求新的动态平衡。就会对当地的房屋造成一定的破坏，并且使得当地的农田遭到毁坏。