隧道工程與水環(huán)境的相互作用

韓諝+張先騰

摘 要：在社會經(jīng)濟水平高速發(fā)展的背景下，我國公路、鐵路越嶺隧道工程也呈現(xiàn)了高速發(fā)展的勢態(tài)基于隧道工程當(dāng)中，地下水與隧道之間存在非常密切的關(guān)系，它們能夠互相影響及相互作用。本文重點對隧道工程與水環(huán)境的相互作用進行了探究，希望以此為隧道工程建設(shè)的完善提供一些具有價值性的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道工程；水環(huán)境；相互作用

1 隧道工程與水環(huán)境的相互作用鏈

隧道工程與水環(huán)境間的相互作用鏈，包括水環(huán)境對于隧道工程作用以及隧道工程對于水環(huán)境反作用兩方面。其中水環(huán)境對其作用主要是隧洞涌、漏水與承受水壓力。在含水層開挖隧道，因其洞頂有著一定程度的地下水，導(dǎo)致隧道洞中產(chǎn)生突水及涌水現(xiàn)象，而后進行的隧道襯砌承受水的靜水壓力。而隧道工程對于水環(huán)境反作用則導(dǎo)致隧道洞頂環(huán)境災(zāi)害。隧道的涌排水則使得地下水逐步排干，水文地質(zhì)條件不斷惡化，地下水位持續(xù)下降，地下漏斗不斷擴展，導(dǎo)致洞頂?shù)牡乇硭Y源枯竭，水環(huán)境平衡被破壞，最終引發(fā)生態(tài)環(huán)境惡化甚至地面塌陷等自然災(zāi)害。

目前，我國鐵路、公路的越嶺隧道尤其是巖溶山區(qū)長隧道的防排水設(shè)計，基本上仍然貫徹“防排結(jié)合，以排為主”的綜合治理原則。“以排為主”雖能減小襯砌水壓力，但不能根治隧道的各種水害，而且直接導(dǎo)致洞頂?shù)叵滤幌陆怠⒌乇硭途越摺⒌孛鎺r溶塌陷、生態(tài)環(huán)境惡化，嚴重影響人民的生產(chǎn)和生活，因而隧道防排水“以堵為主”的呼聲日高。但是，隧道完全封堵地下水便會帶來巨大水壓力，尤其是深埋巖溶隧道。

水環(huán)境與隧道工程之間的作用和反作用是有機聯(lián)系的。隧道“以排為主”則承受水壓力小而環(huán)境災(zāi)害重，“以堵為主”則承受水壓力大而環(huán)境災(zāi)害小。同時，隧道工程與水環(huán)境的相互作用是可逆的。隧道“以堵為主”后，隧道工程對水環(huán)境的反作用表現(xiàn)為洞頂水環(huán)境的恢復(fù)進程。隧道通過壓漿和防水襯砌，大量減少隧道開鑿時的涌水和襯砌的長期滲水，此時雖然隧道承受的水壓力增大，工程數(shù)量和費用增長，但是洞頂在大氣降水補給大于隧道滲漏的條件下，進入水環(huán)境恢復(fù)的過程：地下水位逐漸上升，疏干漏斗逐漸縮小，水環(huán)境逐漸達到新的平衡，環(huán)境災(zāi)害得以減輕甚至消除。

2 地下水影響作用

地下水在隧道工程運營階段造成的影響作用主要表現(xiàn)為襯砌滲漏水。滲漏水對于隧道的穩(wěn)定、隧道設(shè)施、行車的安全、地面建筑等產(chǎn)生許多負面影響甚至危害。滲漏水促使襯砌風(fēng)化、腐蝕、襯砌結(jié)構(gòu)破壞，對內(nèi)部設(shè)施如通訊鋼軌照明等加速腐蝕，影響設(shè)備正常使用，縮短其使用壽命，增加了相應(yīng)成本。危害是將引發(fā)路基沉降，基底損壞，翻漿冒泥等現(xiàn)象，導(dǎo)致軌距變形超過承受極限，影響了行車安全。

造成滲漏水的原因主要體現(xiàn)在兩大方面：其一為排水不夠順暢，其二為防水設(shè)施劣質(zhì)。

對于隧道的設(shè)計施工，將新奧法原理理論作為參考依據(jù)，在設(shè)計過程中，把隧道周邊巖體滲水經(jīng)過襯砌之后的倒水設(shè)備，進一步往集水溝引入，繼爾往隧道排除如果存在某些排水設(shè)備系統(tǒng)不能夠正常運行，將水往隧道排出，便會基于襯砌后期形成難以解決的集水現(xiàn)象。

在此位置的水充滿空隙的狀祝下，襯砌會受到和地下水位高度相同靜水的壓力，而并不是基于設(shè)計當(dāng)中的無水壓，也不是折減水壓同時，在滲流的動水壓力的影響下，襯砌承受的壓力會在在很大程度上高于此前設(shè)計標準，進而造成襯砌涌水開裂的破損情祝。

因為隧道鋪地基面長期浸泡在積水當(dāng)中，到列車動力的催動之下，便會引發(fā)底部吊空現(xiàn)象，列車經(jīng)過時產(chǎn)生呼吸作用把碎石排空，也把砂子排空，知識行車產(chǎn)生限速，并且會引發(fā)斷軌等諸多情祝在排水系統(tǒng)不夠順暢的情況下.便會進一步造成雨季積水等不良狀況。

在隧道和外部水環(huán)境之間，防水層是極其重要的部件，能夠在隧道與外部水環(huán)境分隔中發(fā)揮重要作用基于隧道工程當(dāng)中，具備兩種防水層：其一是柔性防水層；其二為剛性防水層對于柔性防水層來說，其效果與材質(zhì)及施工質(zhì)量存在很大的聯(lián)系若防水材料劣質(zhì)，沒有足夠的耐久性，便非常容易在運營一段時間后，將防水能力喪失對于剛性防水層，由于它的功能和混凝土的性能之間具備一定的聯(lián)系性，如果防水混凝土的襯砌施工質(zhì)量比較差，在收縮大的作用下便會呈現(xiàn)孔隙及裂縫等一系列情況。進而使得防水層的防水能力大大降低。

3 水環(huán)境恢復(fù)

如隧道實施“以堵為主”的工程措施，當(dāng)襯砌的常年滲水量q′小于降水入滲量Q′時，洞頂水環(huán)境會得到逐步恢復(fù)。恢復(fù)進程分恢復(fù)地下徑流和恢復(fù)地表徑流兩個階段。

（1）地下徑流恢復(fù)階段：根據(jù)洞頂缺水災(zāi)情，要求n個水文年內(nèi)補充計算的全部被疏涌的

地下徑流Q，此時H′=0，F(xiàn)為地面疏干漏斗面積，則允許襯砌常年滲水量為q′1=[1000（W-E）F-Q/n]/（365L）

（2）地表徑流恢復(fù)階段：在恢復(fù)地表徑流后，根據(jù)地表水需求，要求恢復(fù)1/N的地表河泉徑流，則允許襯砌的常年滲水量為q′2=[1000F（W-E）（1/N）]/（365L）

同時滿足洞頂兩階段水環(huán)境恢復(fù)的襯砌的常年允許滲水量q′（m3/（d·m））為q′=min（q′1，q′2）當(dāng)然，上述恢復(fù)水環(huán)境達到的水平衡只是隧道允許滲水量與地表徑流損失量達成的新平衡，并未回復(fù)到初始的水平衡。

4 結(jié)語

隧道與地下水環(huán)境間的互相作用是非常復(fù)雜的，不但影響隧道施工的正常與運營安全，又關(guān)系到隧址區(qū)生態(tài)環(huán)境與社會環(huán)境，是隧道工程中應(yīng)大力研究的問題。

參考文獻

[1]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，2005，（1）.

[2]張祉道.山嶺隧道地下水處理及結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[J].鐵道工程學(xué)報，1995，（1）：103–111.

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