承压富水隧道施工对水环境的影响及对策——以中条山隧道施工为例

任伟杰

（中铁隧道局集团有限公司，广东 广州 511400）

随着我国交通基础设施的迅猛发展，出于线路取直和坡度控制的需要，隧道工程修建越来越多，因此伴生的水环境保护问题日趋严重。大部分隧道工程因承受水压过大无法完全注浆堵水，地下水大量排放不仅在施工期间影响施工进度和工程质量，还广泛影响紧密相关的生态环境，包括水环境、土壤环境、生物栖息环境等。基础设施建设与生态环境保护似乎是永远不可调和的矛盾，随着可持续发展观念日渐深入人心，便捷交通的人文交流需求与保护生态的生活品质追求并重，逐渐成为建设项目中最重要的理念[2]。

目前隧道施工对围岩裂隙水处理主要方式为注浆堵水加固后开挖通过。但对承压富水地层而言，由于高水压在堵水后易出现对二次衬砌造成破坏，而因为水的连通性不能无限度提高全隧抗水压设计，施工期为防范突涌水事故还需要排放泄压，这此因素造成承压富水地层段往往会形成地下水大量排放，对生态环境影响较大。如何做到降低施工难度和保护周边环境保护两者兼顾，已成为隧道承压富水施工亟待解决的重要技术难题[3]。

本文通过分析隧道工程地质特点和涌水情况，实现了隧道带水作业通过，通过多种措施结合，减少了水环境的破坏，做到了施工安全节约环保，为以后类似工程的处治提供了借鉴。

1 工程概况及地质概况

中条山隧道设计为双洞单线隧道，穿越中条山脉，左线全长18405m，右线全长18410m，最大埋深840m，设辅助坑道5 座，排水平导1 座。隧道穿过的主要地层有太古界变质岩，震旦系和寒武系沉积岩，第三系半成岩砾岩、泥岩、砂质泥岩，第四系新、老黄土层。不良地质主要有断层破碎带、岩爆、第三系高承压水等，其中穿越8 条断层。隧址区地下水主要为裂隙水、岩溶水、松散岩类孔隙水（承压水、上层滞水），并通过高承压含水第三系N2 洪积扇层，水头高出隧道底板80-177m，涌水量36500m3/d。同时中条山隧道部分地段下穿一级、二级水源保护区和碳酸盐岩溶水文区，其上两个水库和零星布有村庄，两个水库供常乐镇饮用水。

2 施工对水环境的影响分析

2.1 隧道开挖地质揭示及出水情况

DK627+600～DK628+700 段为泥质灰岩，溶蚀裂隙较发育，地下水发育，存在多处出水点，表现为股状水，掌子面水量最大达400m3/h 左右，每天通过斜井排水量约4 万方/d。

DK628+700～DK632+500 段穿越第三系上新统砾岩、砂质泥岩、砂层地层，不扰动情况下一般可以自稳，遇水易软化，地下水发育，存在多处出水点，表现为淋雨状，出水量约200m3/h左右，每天通过斜井排水量约1.5万方/d 左右。

隧道内水随着施工的进展水量在不断地增加，流出的水水质干净，水温基本在15～20℃，在正洞未贯通期间均需通过斜井抽排，隧道贯通后通过水沟排出。

2.2 水流失及污水破坏生态环境成因分析

交通基础设施工程建设中需要穿越山体时，建设隧道工程与开挖高边坡路基相比，从减少地表自然破坏、缩短线路展线长度、降低选线调坡难度、控制运营期间病害等方面，具有不可替代的明显优势。但随着工程建设运营分析，以及对自然环境的认知加深，隧道工程对生态环境，特别是对水环境的不利影响，有些影响甚至是很难恢复甚至是不可能恢复的，这些情况已引起广大工程建设者、环境保护从业者的高度关注。

在隧道施工和运营期间，地下水全天侯排放大量流失，可能引起地下水的动态平衡破坏，进而造成土壤含水量下降，引发地表水的枯竭、水质下降，破坏自然生态平衡。

同时隧道涌水排水可能会对地表水的污染，进而通过地表水汇流对黄河水系造成污染，影响黄河湿地的水质安全，也可能通过渗流地下水人体直接饮用，或通过农业灌溉水源污染转移到农作物进而转移到人体。

隧道涌水排水造成水质污染的主要原因是，涌水通过隧道碴体、排水沟时，携带着大量的石粉和混凝土、爆破材料的残余物，以及施工设备排放废水，其中含有SS、COD、TN、油类及TNT 等化学成分，PH 值偏高。尤其是DK628+700～DK632+500 段第三系细砂层、弱胶结砂岩等地质，SS 含量高达200～10000mg/L。

3 减少水环境的破坏对策

3.1 减少水环境破坏的总体思路

中条山水环境的保护，是中条山生态环境的主要影响因素，影响周边区域地下水储量水平，特别是中条山山顶、山腰居民，其生产生活用水完全取自山体地下水，水环境保护直接涉及社会维稳问题。为此采取了全过程动态设计、全环节预先防控措施，最大限度减少水环境污染和生态破坏，实现了蒙华铁路建成一条生态环保路的目标。

结合隧道开挖出水揭示情况，DK627+600～DK628+700段出水，水质清澈透明，无杂质、无异味，口感清冽，可直接饮用；DK628+700～DK632+500 段由于地层为砂砾岩，施工后水质易被污染，且悬浮颗粒多，必须经过处理后才能排放、利用。鉴于此情况，提出设置污水临时处理站、洞内排水清污分别抽排、隧底体外排水，以及隧道完工后对当地水库回补等措施，多种手段全程指导动态施工。

3.2 洞内排水清污分离

中条山隧道斜井施工抽排水遵循“分段截流、清污分离、多级提升”的原则实施，最大限度减少开挖掌子面的水量，通过污水移动水箱、污水管、沉淀池至污水临时处理站；减少污染水量的处理排放，在已施工完铺底面设置临时泵站，通过固定泵站、清水管抽排至当地水库。斜井分段截排水布置图见图1，斜井施工清污分离排水总体工艺流程见图2。

图1 斜井分段截排水布置示意图

图2 斜井施工清污分离排水总体工艺流程图

3.3 设置临时污水处理站

根据中条山隧道环评要求，隧道施工生产废水要求达《污水综合排放标准》（GB8978）规定的一级排放标准，然后才能利用或自然沟壑排放。为确保施工废水达标排放，在斜井下游设置污水临时处理站，废水经水坝、沟涧沉淀处理后，流入混凝池加药混凝后进入隔油沉淀池，含油废水进隔油沉淀池，通过污水处理站后，水体符合集中式生产生活用水地表水源地补充项目标准限值要求。废水处理工艺见图3。

图3 废水处理工艺流程图

3.4 洞内排水对水库进行回灌，恢复地表生态

在3 号斜井IIIXJK1+070 附近设置取水单元，取水单元后方接出DN300 钢丝网骨架塑料复合管，沿斜井向正洞方向敷设。为避免侵入限界，DN300 压力水管在3 号斜井与正洞交汇处分成两路DN150 压力水管，分别沿左右线外侧墙壁中部敷设至5 号斜井底部合成一路DN300 压力废水管，沿5 号斜井敷设出地面，并继续敷设至水库。通过斜井的高差，使水排入水库。补水系统原理图见图4。

图4 补水系统原理图

3.5 水环境处理效果

经过以上方案处理后，为了准确掌握水环境的影响，铁科院对泉、井、水库进行了监测，监测结果认为隧道施工没有引起地下水位明显的下降，水质没有恶化的情况。

从水质分析结果来说，隧道排水中的污染物有SS、COD、油类以及硝酸基等，但经过污水临时处理站后能满足使用要求。隧道贯通后，隧道排水为水质纯净的基岩裂隙水，对地表水体无影响。

结果证明，该隧道施工中采用清污分离、设置临时污水处理站、利用结构渗水进行回灌水库的方案是成功的，不但有效控制了地下水的漏失和污染，使该地区的地下水源得到了很好的保护，而且为类似隧道施工提供了很好的借鉴方案。

4 建议与讨论

（1）建设项目可研、初设阶段，超前评估隧道工程建设对周边生态环境可能带来的影响，将其做为选线的关键因素之一，避免“先天不足”情况。

（2）在勘测设计阶段，加强对隧道工程周边水环境条件勘查，提前识别不利影响因素，提前考虑水环境保护措施，与工程建设同步设计、同步施工、同步投入使用。

（3）加强水环境保护专项设计，在设计阶段就对水的排放进行充分研究，充分考虑利用隧道内排出清水及时回灌，通过清污分离减少污水处理量，尽量减少隧道建设对水环境的影响。

（4）强化施工阶段环保意识，在目前的工程建设环境中，要达到预期的水环境保护目标，必须在设计措施全面、设施配置到位、现场严格实施等方面严格把控，才能将目标变成现实。