承壓富水隧道施工對水環境的影響及對策
——以中條山隧道施工為例

任偉杰

（中鐵隧道局集團有限公司，廣東 廣州 511400）

隨著我國交通基礎設施的迅猛發展，出于線路取直和坡度控制的需要，隧道工程修建越來越多，因此伴生的水環境保護問題日趨嚴重。大部分隧道工程因承受水壓過大無法完全注漿堵水，地下水大量排放不僅在施工期間影響施工進度和工程質量，還廣泛影響緊密相關的生態環境，包括水環境、土壤環境、生物棲息環境等。基礎設施建設與生態環境保護似乎是永遠不可調和的矛盾，隨著可持續發展觀念日漸深入人心，便捷交通的人文交流需求與保護生態的生活品質追求并重，逐漸成為建設項目中最重要的理念[2]。

目前隧道施工對圍巖裂隙水處理主要方式為注漿堵水加固后開挖通過。但對承壓富水地層而言，由于高水壓在堵水后易出現對二次襯砌造成破壞，而因為水的連通性不能無限度提高全隧抗水壓設計，施工期為防范突涌水事故還需要排放泄壓，這此因素造成承壓富水地層段往往會形成地下水大量排放，對生態環境影響較大。如何做到降低施工難度和保護周邊環境保護兩者兼顧，已成為隧道承壓富水施工亟待解決的重要技術難題[3]。

本文通過分析隧道工程地質特點和涌水情況，實現了隧道帶水作業通過，通過多種措施結合，減少了水環境的破壞，做到了施工安全節約環保，為以后類似工程的處治提供了借鑒。

1 工程概況及地質概況

中條山隧道設計為雙洞單線隧道，穿越中條山脈，左線全長18405m，右線全長18410m，最大埋深840m，設輔助坑道5 座，排水平導1 座。隧道穿過的主要地層有太古界變質巖，震旦系和寒武系沉積巖，第三系半成巖礫巖、泥巖、砂質泥巖，第四系新、老黃土層。不良地質主要有斷層破碎帶、巖爆、第三系高承壓水等，其中穿越8 條斷層。隧址區地下水主要為裂隙水、巖溶水、松散巖類孔隙水（承壓水、上層滯水），并通過高承壓含水第三系N2 洪積扇層，水頭高出隧道底板80-177m，涌水量36500m3/d。同時中條山隧道部分地段下穿一級、二級水源保護區和碳酸鹽巖溶水文區，其上兩個水庫和零星布有村莊，兩個水庫供常樂鎮飲用水。

2 施工對水環境的影響分析

2.1 隧道開挖地質揭示及出水情況

DK627+600～DK628+700 段為泥質灰巖，溶蝕裂隙較發育，地下水發育，存在多處出水點，表現為股狀水，掌子面水量最大達400m3/h 左右，每天通過斜井排水量約4 萬方/d。

DK628+700～DK632+500 段穿越第三系上新統礫巖、砂質泥巖、砂層地層，不擾動情況下一般可以自穩，遇水易軟化，地下水發育，存在多處出水點，表現為淋雨狀，出水量約200m3/h左右，每天通過斜井排水量約1.5萬方/d 左右。

隧道內水隨著施工的進展水量在不斷地增加，流出的水水質干凈，水溫基本在15～20℃，在正洞未貫通期間均需通過斜井抽排，隧道貫通后通過水溝排出。

2.2 水流失及污水破壞生態環境成因分析

交通基礎設施工程建設中需要穿越山體時，建設隧道工程與開挖高邊坡路基相比，從減少地表自然破壞、縮短線路展線長度、降低選線調坡難度、控制運營期間病害等方面，具有不可替代的明顯優勢。但隨著工程建設運營分析，以及對自然環境的認知加深，隧道工程對生態環境，特別是對水環境的不利影響，有些影響甚至是很難恢復甚至是不可能恢復的，這些情況已引起廣大工程建設者、環境保護從業者的高度關注。

在隧道施工和運營期間，地下水全天侯排放大量流失，可能引起地下水的動態平衡破壞，進而造成土壤含水量下降，引發地表水的枯竭、水質下降，破壞自然生態平衡。

同時隧道涌水排水可能會對地表水的污染，進而通過地表水匯流對黃河水系造成污染，影響黃河濕地的水質安全，也可能通過滲流地下水人體直接飲用，或通過農業灌溉水源污染轉移到農作物進而轉移到人體。

隧道涌水排水造成水質污染的主要原因是，涌水通過隧道碴體、排水溝時，攜帶著大量的石粉和混凝土、爆破材料的殘余物，以及施工設備排放廢水，其中含有SS、COD、TN、油類及TNT 等化學成分，PH 值偏高。尤其是DK628+700～DK632+500 段第三系細砂層、弱膠結砂巖等地質，SS 含量高達200～10000mg/L。

3 減少水環境的破壞對策

3.1 減少水環境破壞的總體思路

中條山水環境的保護，是中條山生態環境的主要影響因素，影響周邊區域地下水儲量水平，特別是中條山山頂、山腰居民，其生產生活用水完全取自山體地下水，水環境保護直接涉及社會維穩問題。為此采取了全過程動態設計、全環節預先防控措施，最大限度減少水環境污染和生態破壞，實現了蒙華鐵路建成一條生態環保路的目標。

結合隧道開挖出水揭示情況，DK627+600～DK628+700段出水，水質清澈透明，無雜質、無異味，口感清冽，可直接飲用；DK628+700～DK632+500 段由于地層為砂礫巖，施工后水質易被污染，且懸浮顆粒多，必須經過處理后才能排放、利用。鑒于此情況，提出設置污水臨時處理站、洞內排水清污分別抽排、隧底體外排水，以及隧道完工后對當地水庫回補等措施，多種手段全程指導動態施工。

3.2 洞內排水清污分離

中條山隧道斜井施工抽排水遵循“分段截流、清污分離、多級提升”的原則實施，最大限度減少開挖掌子面的水量，通過污水移動水箱、污水管、沉淀池至污水臨時處理站；減少污染水量的處理排放，在已施工完鋪底面設置臨時泵站，通過固定泵站、清水管抽排至當地水庫。斜井分段截排水布置圖見圖1，斜井施工清污分離排水總體工藝流程見圖2。

圖1 斜井分段截排水布置示意圖

圖2 斜井施工清污分離排水總體工藝流程圖

3.3 設置臨時污水處理站

根據中條山隧道環評要求，隧道施工生產廢水要求達《污水綜合排放標準》（GB8978）規定的一級排放標準，然后才能利用或自然溝壑排放。為確保施工廢水達標排放，在斜井下游設置污水臨時處理站，廢水經水壩、溝澗沉淀處理后，流入混凝池加藥混凝后進入隔油沉淀池，含油廢水進隔油沉淀池，通過污水處理站后，水體符合集中式生產生活用水地表水源地補充項目標準限值要求。廢水處理工藝見圖3。

圖3 廢水處理工藝流程圖

3.4 洞內排水對水庫進行回灌，恢復地表生態

在3 號斜井IIIXJK1+070 附近設置取水單元，取水單元后方接出DN300 鋼絲網骨架塑料復合管，沿斜井向正洞方向敷設。為避免侵入限界，DN300 壓力水管在3 號斜井與正洞交匯處分成兩路DN150 壓力水管，分別沿左右線外側墻壁中部敷設至5 號斜井底部合成一路DN300 壓力廢水管，沿5 號斜井敷設出地面，并繼續敷設至水庫。通過斜井的高差，使水排入水庫。補水系統原理圖見圖4。

圖4 補水系統原理圖

3.5 水環境處理效果

經過以上方案處理后，為了準確掌握水環境的影響，鐵科院對泉、井、水庫進行了監測，監測結果認為隧道施工沒有引起地下水位明顯的下降，水質沒有惡化的情況。

從水質分析結果來說，隧道排水中的污染物有SS、COD、油類以及硝酸基等，但經過污水臨時處理站后能滿足使用要求。隧道貫通后，隧道排水為水質純凈的基巖裂隙水，對地表水體無影響。

結果證明，該隧道施工中采用清污分離、設置臨時污水處理站、利用結構滲水進行回灌水庫的方案是成功的，不但有效控制了地下水的漏失和污染，使該地區的地下水源得到了很好的保護，而且為類似隧道施工提供了很好的借鑒方案。

4 建議與討論

（1）建設項目可研、初設階段，超前評估隧道工程建設對周邊生態環境可能帶來的影響，將其做為選線的關鍵因素之一，避免“先天不足”情況。

（2）在勘測設計階段，加強對隧道工程周邊水環境條件勘查，提前識別不利影響因素，提前考慮水環境保護措施，與工程建設同步設計、同步施工、同步投入使用。

（3）加強水環境保護專項設計，在設計階段就對水的排放進行充分研究，充分考慮利用隧道內排出清水及時回灌，通過清污分離減少污水處理量，盡量減少隧道建設對水環境的影響。

（4）強化施工階段環保意識，在目前的工程建設環境中，要達到預期的水環境保護目標，必須在設計措施全面、設施配置到位、現場嚴格實施等方面嚴格把控，才能將目標變成現實。