隧道工程與水環(huán)境的相互作用

韓諝+張先騰

摘 要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平高速發(fā)展的背景下，我國(guó)公路、鐵路越嶺隧道工程也呈現(xiàn)了高速發(fā)展的勢(shì)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(diǎn)對(duì)隧道工程與水環(huán)境的相互作用進(jìn)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(jià)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(duì)于隧道工程作用以及隧道工程對(duì)于水環(huán)境反作用兩方面。其中水環(huán)境對(duì)其作用主要是隧洞涌、漏水與承受水壓力。在含水層開(kāi)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(jìn)行的隧道襯砌承受水的靜水壓力。而隧道工程對(duì)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(kuò)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(guó)鐵路、公路的越嶺隧道尤其是巖溶山區(qū)長(zhǎng)隧道的防排水設(shè)計(jì)，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?、地表水和井泉涸竭、地面巖溶塌陷、生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)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(huì)帶來(lái)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(jī)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(shí)，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(duì)水環(huán)境的反作用表現(xiàn)為洞頂水環(huán)境的恢復(fù)進(jìn)程。隧道通過(guò)壓漿和防水襯砌，大量減少隧道開(kāi)鑿時(shí)的涌水和襯砌的長(zhǎng)期滲水，此時(shí)雖然隧道承受的水壓力增大，工程數(shù)量和費(fèi)用增長(zhǎng)，但是洞頂在大氣降水補(bǔ)給大于隧道滲漏的條件下，進(jìn)入水環(huán)境恢復(fù)的過(guò)程：地下水位逐漸上升，疏干漏斗逐漸縮小，水環(huán)境逐漸達(dá)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(yùn)營(yíng)階段造成的影響作用主要表現(xiàn)為襯砌滲漏水。滲漏水對(duì)于隧道的穩(wěn)定、隧道設(shè)施、行車(chē)的安全、地面建筑等產(chǎn)生許多負(fù)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(duì)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(guò)承受極限，影響了行車(chē)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(duì)于隧道的設(shè)計(jì)施工，將新奧法原理理論作為參考依據(jù)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，把隧道周邊巖體滲水經(jīng)過(guò)襯砌之后的倒水設(shè)備，進(jìn)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(yùn)行，將水往隧道排出，便會(huì)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(huì)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(jì)當(dāng)中的無(wú)水壓，也不是折減水壓同時(shí)，在滲流的動(dòng)水壓力的影響下，襯砌承受的壓力會(huì)在在很大程度上高于此前設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而造成襯砌涌水開(kāi)裂的破損情祝。

因?yàn)樗淼冷伒鼗骈L(zhǎng)期浸泡在積水當(dāng)中，到列車(chē)動(dòng)力的催動(dòng)之下，便會(huì)引發(fā)底部吊空現(xiàn)象，列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生呼吸作用把碎石排空，也把砂子排空，知識(shí)行車(chē)產(chǎn)生限速，并且會(huì)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(huì)進(jìn)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(duì)于柔性防水層來(lái)說(shuō)，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(méi)有足夠的耐久性，便非常容易在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，將防水能力喪失對(duì)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(huì)呈現(xiàn)孔隙及裂縫等一系列情況。進(jìn)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(shí)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(shí)，洞頂水環(huán)境會(huì)得到逐步恢復(fù)?；謴?fù)進(jìn)程分恢復(fù)地下徑流和恢復(fù)地表徑流兩個(gè)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(gè)水文年內(nèi)補(bǔ)充計(jì)算的全部被疏涌的

地下徑流Q，此時(shí)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(shí)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(dá)到的水平衡只是隧道允許滲水量與地表徑流損失量達(dá)成的新平衡，并未回復(fù)到初始的水平衡。

4 結(jié)語(yǔ)

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(yùn)營(yíng)安全，又關(guān)系到隧址區(qū)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)環(huán)境，是隧道工程中應(yīng)大力研究的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[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(bào)，2005，（1）.

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

[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）.