隧道工程水处理环境地质效应分析

谢百强

摘要：本文首先分析了隧道排水引起的水文地质变化，介绍了隧道工程水文地质及生态环境影响的范围。在探讨隧道建设对地下水环境影响的基础上，研究了环境地质效应的系统防治。

关键词：隧道工程；地下水处理；水文地质环境

隧道工程地下水处理一直都是困扰工程建设的技术难题，不当的水处理方式不仅影响到隧道工程的正常使用，而且还会对隧道工程的施工安全以及隧道建成后的结构安全产生重要的影响。在实际施工时，往往只考虑到施工成本及隧道自身结构安全性，使得在处理隧道地下水時主要采取排的方式。这样，对于雨水补给比较充足的南方地区来说，短期内这种处理地下水的方式不会引起很严重的环境地质效应，但是对于水资源相对比较匮乏的西北地区来说，很容易出现因疏干排水导致地下水下降、枯竭或地面塌陷等严重的环境地质效应，同时也影响到隧道工程整个施工安全与使用效果。由此可见，如何经济、合理地处理好地下水问题，关系到隧道工程的成败。本文结合生态环境保护需要，就隧道地下水处理方式进行研究分析。

一、隧道排水引起的水文地质变化

（一）隧道排水引起的水文变化

隧道开挖成型后，在集水和汇水作用下，地下水不断涌入隧道中，地下水动力场因此发生改变，地下水运动通道随之转移，形成新的势汇。长此以往，整个隧址区的地下水系统发育形成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，最终影响当地工农业生产及人民的生活。

（二）隧道排水引起的地质变化

隧道开挖成型后，隧道内长期排水会引起隧址区地下水渗流场变化，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大。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，造成总应力增大。在上述两项应力增大的影响下，围岩会发生新的沉降，导致隧道支护结构应承受的压力进一步增大，直到岩体应力达到新的动态平衡，进而导致隧道工程维护成本增加。

二、隧道排水的影响范围

隧道排水影响的范围与水文地质条件复杂程度以及隧道埋深和长度有关。隧道成型后的排水效应与大口径井抽水类似，将在洞顶含水层中形成疏干漏斗，其引用半径R0=R+B/2。隧道排水引发的洞顶环境灾害主要发生在疏干漏斗的范围内。由于隧道长度远大于宽度，加之洞口段含水量的厚度往往变小，因此洞顶疏干漏斗与井点降落漏斗的形态还有区别，其空间形状不是倒圆锥体而是倒椭圆锥体，其地面范围不呈圆形而近似于椭圆形。根据我国若干隧道因开挖改变地下水环境、并影响地表生态环境的实例，隧道两侧的影响宽度为200～2000m或更大。

三、环境地质效应的系统防治分析

（一）开展有效的地质勘察及环境评估

隧道地质勘察和环境影响评估的范围以隧道两侧各1000～3000m为宜。通过详细的勘察及环境调查为设计施工提供相关的参数和指标，确定合理的开挖和支护方案。如果所提供的数据不详细，势必给支护工作留下隐患。主要做好隧址影响区域内以下几个方面的内容：隧址位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象等；地下水类型、埋藏条件、侵蚀性及土层的冻结深度等；地表水体的长度、面积、容量、水位及其重要性分类；农田、林业用地的类型、面积；人口密度；建筑物和构筑物的数量、类型和分布，特别注意有无重点保护文物、景点；其它，如弃碴堆放场地的地形和水文条件、水土流失状况、不良地质现象等。

（二）采用合理的防排水措施

在雨水补给比较充足、且隧道排水影响相对较小区域内修建隧道工程时，考虑到施工成本问题，对地下水的处理仍可以采取“以排为主”的施工理念。“以排为主”是从疏水、泄水着手，在隧道初期支护后、二次衬砌前埋设引水管或环向透水盲管的方式将地下水通过隧道排水系统引至隧道外。特别注意的是，在初期支护内埋设引水管和在防水板外环向布设透水盲管时必须采用土工布进行包裹，防止围岩内充填物流失堵塞排水径路，造成整个隧道的排水系统瘫痪，也可能造成隧道支护结构承受的压力不断增加，产生重大安全隐患。

在水资源相对匮乏或隧道排水影响较大区域修建隧道工程时，为了防止因隧道疏排水而造成的地下水资源大量流失，保护地下水资源，缓解不良环境地质效应，隧道施工时应加强对隧道围岩含水层中地下水动力条件变化的研究，切实贯彻“以堵为主”的施工理念。“以堵为主”是从围岩、结构和防水层入手，结合隧道周边结构封堵注浆，体现以防为主的全包式防水。这种防水形式要求隧道防水结构应为一个封闭的防水层，不设泄水孔及环向透水盲管，完全把水挡在隧道之外。此类地下水处理方式整体上不会改变地下水的原始状态，既有利于隧道本身的施工和运营，又有利于减轻地下水资源无谓流失破坏生态环境。

四、总结

隧道工程地下水的处理作为一个影响隧道工程施工质量与安全的重要方面，采取不恰当的地下水处理方式只会引起许多不良环境地质效应，不仅影响到施工安全，而且也无法保证工程的施工质量。因此在今后进行隧道工程施工的时候，必须要严格做好地下水处理工作，结合施工的实际情况，采取科学合理的方法来对地下水进行处理，确保隧道工程质量安全促进隧道工程的又好又快建设。

参考文献：

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