隧道開挖對地下水的影響

林玉秀

（福建省地質工程勘察院　350002）

隧道開挖對地下水的影響

林玉秀

（福建省地質工程勘察院350002）

隧道建設是一項很復雜的系統(tǒng)工程，隧道建設的質量和周期，受很多方面因素的影響。其中地下水對與隧道建設過程中的影響至關重要，對隧道開挖地區(qū)地下水的具體情況了解不夠，將會對隧道的建設造成很嚴重的影響。地下水與隧道的建設是相互制約的統(tǒng)一整體。這也是隧道建設者，在建設過程中遇到的最難的技術問題。本文通過對隧道建設中的各個方面對地下水的影響分析，來總結出在隧道開挖前和隧道開挖中對地下水的保護措施。希望給隧道建設中的地下水保護提供參考依據。

裂隙巖體隧道；地下水環(huán)境；相互作用

1　引言

隨著經濟社會的發(fā)展，全國各地的基礎設施的建設。我國已經成為了世界上隧道過程項目最多的國家，不管是在工程的數量，還是在工程的地質復雜結構以及整體的規(guī)模上，都創(chuàng)下了多個第一。隨著隧道建設工程的復雜程度逐漸加大。對隧道建設中的地下水的研究，顯得尤為重要。隧道建設過程中地下水的發(fā)育具有多樣性和復雜性的特點，同時裂隙巖體和滲流動態(tài)性決定了隧道施工過程中與地下水環(huán)境相互作用相互制約的問題，使得對隧道建設過程中地下水的變化和保護存在很到的困難。本文首先確定了隧道的模型和選定重要的參數。采用理論分析和計算的方法對影響隧道建設中的幾個重要問題進行分析，主要包括水位埋深、隧道開挖前后水文地質條件、噴射混凝土、地層注漿加固、隔斷墻等。通過對這些問題的研究為后續(xù)保護隧道開挖過程中的地下水的保護提供依據。

2　計算模型及參數選擇

為了研究隧道建設過程中，地下水變化的規(guī)律，以及隧道施工中各種施工過程對地下水文的影響，建立具有普遍意義的數值分析模型，以便于對復雜的施工過程進行仿真分析。從而得出隧道建設過程中地下水影響評價機制。

本文采用的隧道原型為350km/h的高鐵雙線隧道V級復合式標準斷面，如圖1所示。

圖1　隧道模型

此襯砌的主要參數為：初期的支護采用的是C25噴混泥土厚度通過實驗得出為28cm，二次的襯砌采用的鋼筋件為C35已凝，仰拱的厚度為60cm。仰拱的填充物采用的是C20混泥土。

針對地下水的防排水系統(tǒng)設計的原則為：防、排、截、堵相結合，因地制宜綜合考慮的原則。對于在隧道施工中可能出現的對地下水、地表水產生較大影響時，采取以堵為主，逐漸泄放的原則進行。

3　隧道開挖對地下水的影響分析

3.1隧道開挖前后水文地質條件的影響

在隧道開挖之前，基巖裂隙水多呈脈狀分布，主要通過構造裂隙逕流。在接受大氣降水補給后，部分賦存于淺層風化裂隙中地下水經短暫的逕流運移后，以泉的形式向溝谷排泄；部分大氣降水入滲成地下水后，則不斷通過巖體中的節(jié)理裂隙破碎帶向深部緩慢滲流，深部的地下水在含水層內部逕流后，遇導水的斷裂構造而沿構造破碎帶向上以泉的形式排泄出地表。

隧道開挖后不易形成線狀的排水通道，但賦存于基巖節(jié)理裂隙中的地下水經節(jié)理裂隙密集帶富集，節(jié)理裂隙密集帶中脈狀地下水不斷向隧道方向逕流排泄，從而形成原有的部分淺層地下水經短暫的逕流運移后以泉、井的形式向溝谷排泄，部分地下水則在節(jié)理裂隙密集帶內部逕流后向隧道方向逕流、排泄。隧道區(qū)的節(jié)理裂隙密集帶自然條件下屬于地下水的逕流區(qū)，隧道開挖后則變成排泄區(qū)，造成隧道影響范圍的地下水的逕流路途變短，同時節(jié)理裂隙密集帶中的地下水具有承壓性，這樣就使地下水加快向隧道區(qū)方向逕流排泄，形成點狀的滲涌水現象，直至較高水壓的地下水在隧道內不斷排泄，其壓力不斷釋放減小，地下水的排泄量也逐漸減小。

3.2噴射混凝土的影響

為了研究噴射混泥土對地下水的影響，在計算的模型中，對參數做重新的設置，分別選取δ在不同值的情況下來進行分析。δ指的是噴射混泥土的厚度，但是在不同的噴射厚度的情況下，隧道的滲流場的分布基本上是一樣的，流量和水位差不多。在所噴射的混泥土的參數一致的條件下，對地下水的水流量以及水量的影響都很小。如在仰拱的開挖階段，對應的噴射混泥土的厚度越厚，所產生的水位降深越低。比如在混凝土的厚度為10cm時，水位降深為28.5cm。當使用噴射混泥土的厚度為28cm時，水位降深為27cm。

同時在隧道的運營階段，噴射混凝土處產生的噴層滲透系數對地下水位的影響較大，噴層滲透的系數越大，地下水的流量越大，所產生的水位降深也越大。

3.3地層注漿加固的影響

根據上文所列出的隧道模型，在理想的狀態(tài)下，在隧道里的噴層支護封閉后，地下水位即開始逐漸的恢復，并且可以逐漸的恢復至初始的水位。如水位已經恢復至初始的水位，這時候再考慮在底層注漿加固，就沒有實際的意義。因此考慮地層注漿加固對地下水的影響都是在存在滲漏的情況下探討的。

地層加固根據施工的時間前后的差異，分為兩種不停的情況，分別是超前帷幕注漿和徑向注漿。首先帷幕注漿在是在開挖面還未施工時就開始澆筑，但是徑向注漿是在開挖施工開始之后進行的注漿。

（1）帷幕注漿對地下水的影響

本文主要考慮的是噴層出現在5處1cm寬的裂縫的情況下。分別考慮滲流場在不同的注漿厚度、不同的加固圈厚度以及不同的注漿滲透系數像的情況。在噴射混泥土層出現很多次的滲漏的情況下，不管是在哪個階段，注漿都顯著減少，此時注漿圈的厚度對地下水流量的影響也顯著的減小。隨著施工階段的加固圈的厚度的不斷增加，施工階段以及運營階段的地下水的流量也略有較少。滲透系數減小，流量也勢必會非常明顯的減少。

（2）徑向注漿加固的影響

和帷幕注漿研究情形相同的情況下，進行徑向注漿加固的研究。對徑向加注的研究主要考慮不同的加注圈厚度和不同的注漿滲透系數對地下水位的影響。上述兩種方式通過注漿加固和不注漿加固的對比，明顯的可以看出，注漿加固后地下水流量明顯的減小。特別是在施工階段。并且帷幕注漿的效果明顯的好于徑向注漿的效果。

3.4連拱隧道中隔墻水平施工縫滲漏防治

在隧道的施工中做的隔斷墻能有效的減少隧道施工對地下水的影響。隔斷墻的主要作用就是隔斷地下水的滲透途徑。有效的減少施工對地下水的負面影響。圖2是兩種隔斷墻的示意模型圖。

圖2　隔斷墻計算示意模型圖

通過實踐，在水平施工縫上，滲水從襯砌外側向洞內方向流動時，當遇到水平可排水止水帶的阻擋后，由于止水帶上部翼緣覆蓋有濾水層，因而滲水會在重力作用下改變方向，向下流入可排水止水帶的排水通道，再經水平排水通道縱向流入環(huán)向施工縫的排水通道，并由其進入隧道的排水系統(tǒng)。

4　地下水保護措施

本文研究的目的就是為了保護地下水資源，避免地下水造成隧道施工和運營中的安全事故以及合理的利用地下水資源。為了合理的研究隧道開挖中的地下水情況，本文從開挖前和開挖后兩方面來闡述保護地下水的具體措施。

4.1隧道開挖前地下水的保護措施

隧道開挖之前要詳細的了解地下水的水質，水文以及地質狀況。對隧道里的巖石結構和富水性要充分的了解。并查清隧道與周邊地質環(huán)境中存在的井、泉、河等的關系，并制定詳細的防水措施和應急方案。這些都是為了對隧道以及周邊的地下水做好充分的預探，加強有關地下水的預報工作。避免在施工中出現滲漏和涌水的災害情況。減少地下水的損失。

4.2隧道開挖過程中地下水的保護措施

在隧道的施工過程中，對隧道里出現的涌水段進行必要的鋼架支護，并且在施工過程中做到邊進行施工操作，邊做好圍巖的加固支護，避免造成二次襯砌的施工，這對于地下水的保護至關重要。在施工時要對隧道以及周邊的溪水河流等進行水質和水位的監(jiān)測，及時了解隧道在施工過程中對地下水的影響，避免隧道的施工對地下水造成污染。

5　結語

本文針對隧道建設中的各種施工工況對地下水造成的影響進行詳細的分析，然后對隧道建設中的地下水的保護針對隧道開挖之前和開挖之后進行分析，希望給隧道建設中的地下水的保護提供有效的參考。

[1]王夢恕.21世紀山嶺隧道修建的趨勢[J].鐵道標準設計，2014（9）：38～ 40.

[2]王夢恕，張梅.鐵路隧道建設理念和設計原則[J].中國工程科學，2010，11（12）：24～28.

[3]蔣忠信.隧道工程與水環(huán)境的相互作用[J].巖石力學與工程學報，2013，24（1）：121～127.

[4]金圣杰，張強，李陽.隧道工程地下水排放對環(huán)境影響評價體系初步研究[J].甘肅水利水電技術，2011，47（7）：27～31.

U452.1+1

A

1673-0038（2015）50-0201-02

2015-11-29