試分析隧道工程與水環(huán)境的相互作用

王安群，陳再敏

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司)

1 隧道工程和水環(huán)境的相互作用鏈

這里所講的隧道工程和水環(huán)境的相互作用鏈，既包含著水環(huán)境對(duì)于隧洞工程的影響，又包含著隧洞工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)丟當(dāng)?shù)厮h(huán)境所產(chǎn)生的影響。在這之中，水環(huán)境對(duì)于隧道工程所產(chǎn)生的影響主要包括隧洞涌、漏水以及隧道承受的水壓力。當(dāng)在含水層進(jìn)行施工并挖通隧道時(shí)，隧洞的洞頂必然會(huì)含有一定程度的地下水，這就是隧洞之中出現(xiàn)突水或者是涌水的根本原因，與之相隨的，隧道的襯砌還會(huì)承受地下水的靜水壓力。而隧道工程對(duì)于所處地的影響最明顯的表現(xiàn)就是隧洞頂部出現(xiàn)的環(huán)境災(zāi)害。為了維持隧道的正常運(yùn)營(yíng)，就必須要不斷地進(jìn)行排水，隨著地下含水層的含水量的不斷減少，該地的水文地質(zhì)條件也會(huì)不斷地惡化。地下水位的不斷降低就會(huì)導(dǎo)致地下漏斗的不斷擴(kuò)大，使得洞頂區(qū)域的地表水資源持續(xù)地枯竭，破壞了水平衡，破壞了原有的生態(tài)平衡，生態(tài)環(huán)境的不斷惡化會(huì)使得地陷等自然災(zāi)害陸續(xù)的出現(xiàn)。

2 地下水的影響作用

在隧道工程的運(yùn)營(yíng)階段，襯砌滲漏水對(duì)于隧道工程影響的最顯著表現(xiàn)。滲漏水的影響可以說(shuō)是多方面的，對(duì)于隧道的穩(wěn)定以及隧道內(nèi)的設(shè)施都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響，還會(huì)妨礙行車的安全，以及對(duì)于地面建筑的浸泡和腐蝕。具體的講，長(zhǎng)時(shí)間的滲漏水會(huì)使得隧道工程的襯砌遭到嚴(yán)重的腐蝕和風(fēng)化，最終甚至?xí)茐囊r砌的結(jié)構(gòu)。而隧道內(nèi)部的通訊、照明、鋼軌等設(shè)施也會(huì)因?yàn)闈B漏水加快受到腐蝕的程度，使得隧道之內(nèi)的設(shè)備不能夠正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，使得相關(guān)設(shè)備的使用年限大大地減少，隧道建設(shè)和維護(hù)的成本隨之增加。伴隨著滲漏水的不斷加重，還會(huì)出現(xiàn)如立即沉降、基底損壞、翻漿冒泥等更加嚴(yán)重的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致規(guī)矩變形，超過(guò)原有的承載負(fù)荷，就會(huì)嚴(yán)重地影響行車安全。導(dǎo)致隧道之中出現(xiàn)水滲漏的原因是多種多樣的，將結(jié)合京廣鐵路南嶺段隧道的實(shí)際情況對(duì)于出現(xiàn)水滲漏的情況進(jìn)行具體的分析。

京廣鐵路南嶺段隧道處在衡陽(yáng)至韶關(guān)段，位于我國(guó)的湖南省南部，屬于地山丘陵地貌，地表的起伏變化不大，地面的高程維持在300～500 m 之間。這段隧道所途徑的地段還是比較復(fù)雜的，其中巖溶洼地、巖溶漏斗地貌發(fā)育比較明顯，而且整段隧道的途中還分布著5 個(gè)溶蝕洼地。在這段隧道之中，襯砌使用的方式屬于復(fù)合式，并結(jié)合了以聚乙烯板為材料的防水層。用混凝土制成的的寬枕板來(lái)鋪設(shè)軌道床，并在其內(nèi)部加入了人字坡。并在隧道全程除卻進(jìn)出口的所有位置的兩側(cè)都設(shè)有水溝和中心水溝，而且有專門的雙側(cè)電纜槽。這段隧道自從投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，斷軌的情況出現(xiàn)過(guò)多次，引發(fā)這種事故最主要的原因就是拱頂?shù)魤K和襯砌的滲漏水，長(zhǎng)期的風(fēng)化為和腐蝕使得軌下基礎(chǔ)遭到了嚴(yán)重的破壞，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的冒泥、翻漿現(xiàn)象，每年雨季來(lái)臨的時(shí)候會(huì)對(duì)軌道床造成浸泡，綜合其原因，主要有以下幾點(diǎn):

(1)排水不暢。

在隧道施工設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用的是新奧法原理，排水設(shè)計(jì)的總體思路就是靜隧道周邊的滲水經(jīng)過(guò)一系列的引導(dǎo)，時(shí)期進(jìn)入到修葺好的水溝之中，最后經(jīng)由水溝排出隧道。在這個(gè)系統(tǒng)之中，如果排水系統(tǒng)不能夠正常的工作的話，就會(huì)導(dǎo)致襯砌后出現(xiàn)集水的情況。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，一旦襯砌后的縫隙被水充滿，與地下水水位相等的靜水就會(huì)對(duì)襯砌施加相應(yīng)的壓力，遠(yuǎn)大于在對(duì)隧道進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中預(yù)想的襯砌所承受的壓力。再加之滲流的動(dòng)水壓力，就是的襯砌所承受的壓力要遠(yuǎn)超過(guò)自身的極限，從而就會(huì)導(dǎo)致襯砌在過(guò)大的水壓之下出現(xiàn)破裂的情況，使得隧道進(jìn)水。長(zhǎng)此以往，隧道的鋪底基面就會(huì)經(jīng)常處于積水浸泡的狀態(tài)之下，在列車經(jīng)過(guò)之上的時(shí)候，由于列車動(dòng)力的作用，使得底部被吊空。而在列車車輪不斷地碾壓的過(guò)程中產(chǎn)生的張合作用，會(huì)使得軌道致謝鋪墊的碎石和砂子被排出，使得行車車速受到限制甚至是出現(xiàn)斷軌的事故。雨季積水的最直接原因就是排水系統(tǒng)的不通暢。

(2)防水設(shè)施不完善。

在整個(gè)隧道工程之中，將隧道與外部的水環(huán)境進(jìn)行有效的分割的關(guān)鍵不僅就是隧道的防水層，在不同的隧道工程之中，防水層有柔性和剛性兩種不同的種類。對(duì)于柔性防水層而言，防水效果的好壞預(yù)期材料和施工的質(zhì)量直接相關(guān)。如果組成防水層的防水材料的質(zhì)量太差，缺乏耐久性，在隧道運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間之后防水層就會(huì)失去自身應(yīng)有的防水作用。剛性防水層的防水效果如何則直接與所使用的混凝土的性能相關(guān)，如果在隧道工程建設(shè)的過(guò)程中，用混凝土建設(shè)的襯砌的質(zhì)量太差，在完工后的一段時(shí)間內(nèi)形成過(guò)大的孔隙和裂縫，就會(huì)使得防水層的防水效果大大地下降。

出現(xiàn)滲漏水問(wèn)題的隧道工程往往所處的地段有著較為復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，在隧道工程的建設(shè)之初，并沒(méi)有將這些復(fù)雜的因素充分地考慮進(jìn)去，對(duì)于地下水環(huán)境的作用沒(méi)有做到充分地估計(jì)，到時(shí)在進(jìn)行隧道施工的過(guò)程中并沒(méi)有對(duì)于相關(guān)的防滲漏技術(shù)進(jìn)行有效地完善，使得隧道的襯砌受到地下水滲流的眼中影響，長(zhǎng)此以往，就使得隧道的使用年限大大地縮短。

3 隧道工程的影響作用

不僅僅水環(huán)境會(huì)給隧道工程的運(yùn)營(yíng)造成影響，隧道工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)也會(huì)給當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境造成一定程度的干擾。隧道工程的建設(shè)，使得地下水原有的滲流平衡遭到了破壞，長(zhǎng)時(shí)間的疏干排水使得地下水原有的滲流場(chǎng)遭到了破壞，使得地下水的正常循環(huán)收到了影響，進(jìn)而就會(huì)破壞自然生態(tài)環(huán)境。下面就結(jié)合京廣鐵路大瑤山隧道的實(shí)際情況進(jìn)行分析。

大瑤山隧道位于坪石至樂(lè)昌的路段上，這個(gè)隧道貫穿了廣東樂(lè)昌縣瑤山的主峰。隧道工程的中線與大瑤山之間的夾角基本呈現(xiàn)為90°，隧道的全程為14.295 km，隧道的洞頂埋深深度為100～900 m 之間，隧道洞的中部屬于斑古坳地區(qū)，地表之上草木茂盛，一年之中的平均溫度在20 ℃左右，年均降水量為1 500 mm。該隧道在建成投產(chǎn)之后，滲漏水的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)多次的整修之后仍然不見(jiàn)效果。隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的長(zhǎng)期排水疏干工作，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐牡叵滤患眲∠陆担珊裕B最基本的農(nóng)業(yè)灌溉都得不到滿足，而由地下水卻是導(dǎo)致的地面沉降引發(fā)了一系列的房屋變形、開(kāi)裂等危害。隨著時(shí)間的不斷推移，自然環(huán)境受到的破壞越來(lái)越嚴(yán)重，嚴(yán)重地影響到了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展和當(dāng)?shù)厝说恼Ｉ?。最后只能夠采取大?guī)模移民的方式，使得當(dāng)?shù)氐陌傩针x開(kāi)自己的家鄉(xiāng)，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。結(jié)合大瑤山隧道的實(shí)際情況，隧道工程對(duì)于地下水環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

(1)疏干地下水。

隧道的長(zhǎng)期排水，對(duì)于水循環(huán)系統(tǒng)的眼中破壞是造成大瑤山的自然災(zāi)害的最終的原因。在隧道設(shè)計(jì)建設(shè)的過(guò)程中，必須要為隧道添加相應(yīng)的集水和匯水系統(tǒng)，這就必然會(huì)改變?cè)摰氐叵滤倪\(yùn)用方向。在長(zhǎng)期排水的過(guò)程中會(huì)使得當(dāng)?shù)氐牡叵滤饾u地干涸，使得地下水的補(bǔ)給量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地下水的排出量，造成嚴(yán)重的水位下降。由于地表水系和地下水之間的聯(lián)系，地下水位的下降就直接導(dǎo)致了地表水的減少和小時(shí)，井水和泉水等逐漸地枯竭，造成當(dāng)?shù)氐膰?yán)重缺水，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常開(kāi)展。

(2)滲流場(chǎng)的變化導(dǎo)致巖土應(yīng)力的變化。

滲流場(chǎng)的變化是導(dǎo)致巖土應(yīng)力變化的最主要原因。由于地下水位的不斷下降，導(dǎo)致飽和巖土層之中的孔隙水壓力下降，而不飽和巖土層中的負(fù)水壓力則會(huì)上升，這就使得有效應(yīng)力在總應(yīng)力未變的情況下上升。而且，由于滲流場(chǎng)的變化，地下水滲流的方向統(tǒng)一的變?yōu)楣卜较蛳蛳?，與之相應(yīng)的，地下水垂直向下的滲流力就會(huì)增加，總應(yīng)力上升。在這樣的情況下巖土就會(huì)通過(guò)沉降的方式追求新的動(dòng)態(tài)平衡。就會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐姆课菰斐梢欢ǖ钠茐?，并且使得?dāng)?shù)氐霓r(nóng)田遭到毀壞。

4 總 結(jié)

隧道工程與水環(huán)境之間相互影響，相互作用。這種相互作用是復(fù)雜且難以捉摸的，不僅僅會(huì)影響到隧道工程的正常運(yùn)營(yíng)和使用，還會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成一定的破壞，所以，加大隧道工程與環(huán)境協(xié)調(diào)方面的研究是十分必要的。

［1］李平. 張石高速公路保定段公路建設(shè)對(duì)水環(huán)境及大氣環(huán)境的影響研究［J］. 交通標(biāo)準(zhǔn)化，2010，(11).

［2］蔣忠信. 隧道工程與水環(huán)境的相互作用［J］. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，(1).

［3］劉殊，梁剛，范慶春. 公路隧道建設(shè)對(duì)環(huán)境的影響分析及對(duì)策［J］. 公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2010，(10).