論地下水對山嶺隧道施工的影響及對策

張小金

摘要：隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和交通的建設(shè)，我國從上世紀開始便建造了許許多多的隧道。不論是在隧道建設(shè)過程中，還是建后運營維護時，地下水問題一直是影響著隧道工程的重要因素之一。地下水的活動和作用會改變隧道含水環(huán)境，對山嶺隧道造成影響，影響隧道穩(wěn)定，因此認識地下水對隧道施工的影響和做好防排水措施至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：隧道工程；地下水；山嶺隧道防排水

隨著我國公路交通事業(yè)飛速發(fā)展，公路等級不斷提高，通車里程逐年攀升，在山嶺和丘陵地區(qū)高速公路建設(shè)中，隧道方案以能縮短行車里程、提高線型標準、保護生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點，得到普遍應用，而地下水環(huán)境影響是隧道施工的一個重要問題，隧道開挖將可能破壞區(qū)域內(nèi)的地下水系，山脈的地下水系經(jīng)過長期演變逐漸穩(wěn)定，有其自身的水流規(guī)律，隧道的出現(xiàn)必將改變地下水賦存狀況，并成為地下水排出的天然通道，造成地下水的大量流失，并且隧道施工過程中，可能會由于水文地質(zhì)的難以預料或調(diào)查不夠清楚，打穿地下含水層，造成掘進過程中的涌水現(xiàn)象，從而對工程區(qū)地下水環(huán)境造成一定程度的不利影響。

1、地下水對隧道工程的危害

隧道工程地質(zhì)的問題常會引起隧道事故，而地下水的活動和作用最是關(guān)鍵，大量的工程事故都是因地下水作用而引發(fā)。當隧道通過斷層破碎帶、巖溶裂隙以及松散巖土時，常會與地表水以及區(qū)域地下水有水力聯(lián)系。當隧道建設(shè)要穿過斷層破碎帶以及大型溶洞時，隧道山嶺隧道被分割為單獨水力聯(lián)系的單元，影響建筑結(jié)構(gòu)的安全施工、正常使用及耐久性，對隧道施工以及建后的養(yǎng)護運營等會有較大影響。

針對地下水可能會對隧道安全施工和穩(wěn)定運行造成的危害，必須采取必要的防排水措施。其合理性與周圍地層的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件關(guān)系密切。地下水水頭較高時，采取以堵為主的方針防水，這將給隧道結(jié)構(gòu)帶來水壓升高或作用位置轉(zhuǎn)移等問題，故有必要使隧道防排水遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，保證隧道結(jié)構(gòu)物和營運設(shè)備的正常使用和行車安全，達到防水可靠、排水通暢、經(jīng)濟合理、不留后患的目的。

2、地下水對山嶺隧道的影響

2.1地下水對山嶺隧道的軟化作用

隧道山嶺隧道受到地下水的物理作用是熱融、凍融、崩解、泥化、潤滑、分割、軟化，通常表現(xiàn)為綜合軟化效應。當?shù)叵滤檸r石后，巖石的物理狀態(tài)受水分子影響發(fā)生改變，并且使巖石內(nèi)部顆粒表面有了特殊變化，使巖石強度發(fā)生改變，因此也加劇了巖石移動的整個過程。當巖石中砂巖水分提升到4%時，強度便隨之相應降低百分之五十。使砂礫土在支撐力不足的情況下徹底失去支撐力。尤其是粘土礦物，由于其親水性強、顆粒細，因此會形成水分子層在礦物粘土之間：而與此同時，礦物晶胞層中也易進入水分子，從而在內(nèi)部層間形成水層。水層形成容易導致粘土礦物內(nèi)外部膨脹，巖石強度會因這些水層的膨脹而降低巖石強度，也稱之為軟化作用。軟化作用與巖石膠結(jié)強度和膠結(jié)成分有很大關(guān)系。

2.2地下水對山嶺隧道的分割作用

水會對巖石的機理起到一定的分割作用，巖石在承受水壓時，有效法向應力會隨之減小，同時巖石的潛在抗剪力也會因摩擦少而減小，最終也會使抗壓抗剪切力強度減小，因此為水侵入巖層創(chuàng)造了條件。同時水還會巖石有一定的化學腐蝕效應，會與巖體的一些溶水元素發(fā)生化學反應，導致巖體上因密度的不足而生成許多空隙，從而降低了巖石強度。

2.3地下水對山嶺隧道的膨脹作用

不同的巖石質(zhì)體會有不同的吸水性能，吸水性能致使巖石產(chǎn)生膨脹的效果，因此會導致巖石內(nèi)外部應變應力的改變，尤其是一些空隙較多巖體，由于孔內(nèi)的黃土積聚，很容易遇水發(fā)生膨脹，導致山嶺隧道損壞。在隧道工程施工中，應充分考慮水對巖石產(chǎn)生的影響。

3、隧道工程防排水施工要點

3.1隧道防排水設(shè)計目的

應對隧道防排水設(shè)計意圖做到充分理解，防排水設(shè)計要以排水為主，輔助以堵、截、引等手段，并依據(jù)長期防排水的實踐經(jīng)驗，依據(jù)具體情況設(shè)計排水設(shè)施并進行合理布置。要增加排水設(shè)施在隧道地下水較多的地方，實現(xiàn)順利排水。在初期支護中應該對第一道工序?qū)嵭幸嘏诺姆琅攀侄巍Ｉ綆X隧道開挖中根據(jù)其涌水的實際情況，做好記錄，并進行引排。通過混凝土堵截和引水導管的引導在初期支護中形成一定的排水設(shè)施，混凝土滲水在噴混凝土后大為改觀，從而達到防水效果。

3.2隧道防排水防線

初期支護是隧道防排水的第一道防線，而第二道防線則是通過背面排水和初砌柔性排水的設(shè)置來實現(xiàn)，在進行第二次襯砌時，應對噴錨混凝土的鋼筋網(wǎng)斷頭、錨桿和不平整部位進行噴補修鑿，以達到適合柔性防水鋪掛的混凝土表面平整要求。再依造設(shè)計的具體要求將軟式透水管掛在邊墻環(huán)或拱部。根據(jù)混凝土滲漏的實際情況進行透水管引導，或者是增加用塑料錨固螺栓加固的環(huán)向軟式排水管。對塑料錨固螺栓進行布置時，依據(jù)防水板一定的尺寸進行鉆孔塑料錨固螺栓的安裝，防水板鋪掛時，應采用墊圈環(huán)向和螺釘，并使搭建的寬度在一定規(guī)范內(nèi)。

3.3隧道涌水類型

隧道涌水可根據(jù)地下水的類型分為潛水滲流涌水、承壓水滲流涌水、降水滲流涌水和集中涌水四類。其中潛水滲流的特點是地下水位相對比較穩(wěn)定，且水位面高于隧道縱向排水管的高程；承壓水滲流涌水的特點是地下水承壓，壓力較大并且較為穩(wěn)定，這類地下水容易造成隧道路面溢水：降水下滲涌水量是指地表降水下滲流向隧道形成的滲流量，其特點是滲流流向鉛垂向下或沿巖層主導裂隙方向向下滲流，滲流線被隧道所截者從隧道排出，未截者則不受隧道影響：集中涌水是指隧道穿越地下暗河，或與地表河流水庫等有水力聯(lián)系的斷層破碎帶等時通過涌水處快速流入隧道排水系統(tǒng)的水量，其特點是出水點集中，出水量大，施工時應事先做出妥善處理。

結(jié)束語：隧道涌水量的估算需要進行進行專門的含水區(qū)段水文地質(zhì)試驗，其計算方法一般有解析法、物理模擬法和數(shù)值模擬法。近些年來，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，電子計算機得到了空前廣泛應用，數(shù)值模擬對地下水的非均質(zhì)、各向異性特征描述已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)，已經(jīng)在計算隧道涌水量中得到了廣泛的應用。