隧道工程与水环境的相互作用

韩諝+张先腾

摘 要：在社会经济水平高速发展的背景下，我国公路、铁路越岭隧道工程也呈现了高速发展的势态基于隧道工程当中，地下水与隧道之间存在非常密切的关系，它们能够互相影响及相互作用。本文重点对隧道工程与水环境的相互作用进行了探究，希望以此为隧道工程建设的完善提供一些具有价值性的参考依据。

关键词：隧道工程；水环境；相互作用

1 隧道工程与水环境的相互作用链

隧道工程与水环境间的相互作用链，包括水环境对于隧道工程作用以及隧道工程对于水环境反作用两方面。其中水环境对其作用主要是隧洞涌、漏水与承受水压力。在含水层开挖隧道，因其洞顶有着一定程度的地下水，导致隧道洞中产生突水及涌水现象，而后进行的隧道衬砌承受水的静水压力。而隧道工程对于水环境反作用则导致隧道洞顶环境灾害。隧道的涌排水则使得地下水逐步排干，水文地质条件不断恶化，地下水位持续下降，地下漏斗不断扩展，导致洞顶的地表水资源枯竭，水环境平衡被破坏，最终引发生态环境恶化甚至地面塌陷等自然灾害。

目前，我国铁路、公路的越岭隧道尤其是岩溶山区长隧道的防排水设计，基本上仍然贯彻“防排结合，以排为主”的综合治理原则。“以排为主”虽能减小衬砌水压力，但不能根治隧道的各种水害，而且直接导致洞顶地下水位下降、地表水和井泉涸竭、地面岩溶塌陷、生态环境恶化，严重影响人民的生产和生活，因而隧道防排水“以堵为主”的呼声日高。但是，隧道完全封堵地下水便会带来巨大水压力，尤其是深埋岩溶隧道。

水环境与隧道工程之间的作用和反作用是有机联系的。隧道“以排为主”则承受水压力小而环境灾害重，“以堵为主”则承受水压力大而环境灾害小。同时，隧道工程与水环境的相互作用是可逆的。隧道“以堵为主”后，隧道工程对水环境的反作用表现为洞顶水环境的恢复进程。隧道通过压浆和防水衬砌，大量减少隧道开凿时的涌水和衬砌的长期渗水，此时虽然隧道承受的水压力增大，工程数量和费用增长，但是洞顶在大气降水补给大于隧道渗漏的条件下，进入水环境恢复的过程：地下水位逐渐上升，疏干漏斗逐渐缩小，水环境逐渐达到新的平衡，环境灾害得以减轻甚至消除。

2 地下水影响作用

地下水在隧道工程运营阶段造成的影响作用主要表现为衬砌渗漏水。渗漏水对于隧道的稳定、隧道设施、行车的安全、地面建筑等产生许多负面影响甚至危害。渗漏水促使衬砌风化、腐蚀、衬砌结构破坏，对内部设施如通讯钢轨照明等加速腐蚀，影响设备正常使用，缩短其使用寿命，增加了相应成本。危害是将引发路基沉降，基底损坏，翻浆冒泥等现象，导致轨距变形超过承受极限，影响了行车安全。

造成渗漏水的原因主要体现在两大方面：其一为排水不够顺畅，其二为防水设施劣质。

对于隧道的设计施工，将新奥法原理理论作为参考依据，在设计过程中，把隧道周边岩体渗水经过衬砌之后的倒水设备，进一步往集水沟引入，继尔往隧道排除如果存在某些排水设备系统不能够正常运行，将水往隧道排出，便会基于衬砌后期形成难以解决的集水现象。

在此位置的水充满空隙的状祝下，衬砌会受到和地下水位高度相同静水的压力，而并不是基于设计当中的无水压，也不是折减水压同时，在渗流的动水压力的影响下，衬砌承受的压力会在在很大程度上高于此前设计标准，进而造成衬砌涌水开裂的破损情祝。

因为隧道铺地基面长期浸泡在积水当中，到列车动力的催动之下，便会引发底部吊空现象，列车经过时产生呼吸作用把碎石排空，也把砂子排空，知识行车产生限速，并且会引发断轨等诸多情祝在排水系统不够顺畅的情况下.便会进一步造成雨季积水等不良状况。

在隧道和外部水环境之间，防水层是极其重要的部件，能够在隧道与外部水环境分隔中发挥重要作用基于隧道工程当中，具备两种防水层：其一是柔性防水层；其二为刚性防水层对于柔性防水层来说，其效果与材质及施工质量存在很大的联系若防水材料劣质，没有足够的耐久性，便非常容易在运营一段时间后，将防水能力丧失对于刚性防水层，由于它的功能和混凝土的性能之间具备一定的联系性，如果防水混凝土的衬砌施工质量比较差，在收缩大的作用下便会呈现孔隙及裂缝等一系列情况。进而使得防水层的防水能力大大降低。

3 水环境恢复

如隧道实施“以堵为主”的工程措施，当衬砌的常年渗水量q′小于降水入渗量Q′时，洞顶水环境会得到逐步恢复。恢复进程分恢复地下径流和恢复地表径流两个阶段。

（1）地下径流恢复阶段：根据洞顶缺水灾情，要求n个水文年内补充计算的全部被疏涌的

地下径流Q，此时H′=0，F为地面疏干漏斗面积，则允许衬砌常年渗水量为q′1=[1000（W-E）F-Q/n]/（365L）

（2）地表径流恢复阶段：在恢复地表径流后，根据地表水需求，要求恢复1/N的地表河泉径流，则允许衬砌的常年渗水量为q′2=[1000F（W-E）（1/N）]/（365L）

同时满足洞顶两阶段水环境恢复的衬砌的常年允许渗水量q′（m3/（d·m））为q′=min（q′1，q′2）当然，上述恢复水环境达到的水平衡只是隧道允许渗水量与地表径流损失量达成的新平衡，并未回复到初始的水平衡。

4 结语

隧道与地下水环境间的互相作用是非常复杂的，不但影响隧道施工的正常与运营安全，又关系到隧址区生态环境与社会环境，是隧道工程中应大力研究的问题。

参考文献

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