隧洞施工對地下水的影響探討

芮茂剛

摘 要：論文探討了隧洞施工對地下水影響的具體表現(xiàn)，分析了隧洞施工中地下水的控制方法與施工工藝，提出了基于地下水保護(hù)的隧洞施工的對策建議。

關(guān)鍵詞：隧洞施工；地下水影響；控制方法；施工工藝

中圖分類號(hào)：TV52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）5-0075-02

黨的十九大報(bào)告中指出，近年來我國的交通運(yùn)輸事業(yè)取得了輝煌成就，高鐵、公路、橋梁、港口、機(jī)場等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到了快速推進(jìn)，報(bào)告明確提出了建設(shè)“交通強(qiáng)國”的號(hào)召和要求，這意味著我國的交通建設(shè)開啟了新的征程。在公路、鐵路建設(shè)過程中，為了縮短行車?yán)锍?、更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，一般在山嶺路段和丘陵路段都會(huì)采用隧道方案。然而，隧道施工過程中，隧洞開挖往往會(huì)破壞地下水環(huán)境，如果不妥善處理就會(huì)造成地下水浪費(fèi)流失以及涌水現(xiàn)象，對隧洞施工帶來極大危害。所以，有必要深入探討隧洞施工對地下水的影響，掌握地下水控制方法和施工工藝，提出有效的解決措施。

1 隧洞施工對地下水的影響表現(xiàn)

交通建設(shè)隧洞施工期，如果對水文地質(zhì)情況調(diào)查不全面，或者突發(fā)水文地質(zhì)災(zāi)害，隧洞施工可能就會(huì)直接打穿地下含水層，導(dǎo)致涌水現(xiàn)象。涌水現(xiàn)象一方面會(huì)對地下水環(huán)境帶來污染，導(dǎo)致地下水流失、地下水位下降；另一方面，涌水量大不僅會(huì)影響隧洞施工難度和進(jìn)度，對施工人員和施工機(jī)械帶來影響，而且會(huì)影響到隧洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對后期隧道運(yùn)營產(chǎn)生不利影響。具體來說，隧洞施工對地下水的影響主要表現(xiàn)在水量和水質(zhì)兩個(gè)方面。

1.1 對水量的影響

隧洞施工過程中，隧洞的開挖會(huì)形成新的排泄通道，如果破壞到地下水泉點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致泉點(diǎn)干涸不再出水，地表水減流以及地下水水位下降。泉點(diǎn)流量減小，漏失的水量進(jìn)入隧洞會(huì)形成涌水災(zāi)害，影響正常的施工作業(yè)。同時(shí)，泉點(diǎn)流量減小，使得周邊的水源補(bǔ)給受到威脅。新的排泄通道會(huì)改變滲流場，加之隧洞往往會(huì)破壞隔水層，使得徑流區(qū)和排泄區(qū)不具備獨(dú)立性。隧道涌水一般發(fā)生在地下水補(bǔ)給比較豐富或者徑流比較快速的垂直滲流帶和水平徑流帶內(nèi)，地下水位、地面匯水條件、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、巖溶發(fā)育程度等是影響涌水量的主要因素。涌水現(xiàn)象的發(fā)生，主要是因?yàn)樗矶词┕r(shí)地表水會(huì)沿著巖溶管道滲透到隧道中，以及地下水通過巖溶通道、裂縫和間隙、暗河等管道進(jìn)入隧道中。

1.2 對水質(zhì)的影響

隧洞開挖后一般為了更好地排水會(huì)在沿線分散設(shè)置施工支洞，同時(shí)還要設(shè)置棄渣場，避免施工排水隨意排放。然而，施工支洞在施工過程中也會(huì)產(chǎn)生污染物，這些污染物會(huì)和涌水一起排入洼地、落水洞等地下水體，對地下水造成污染。因此，隧洞施工排水不當(dāng)，會(huì)對地表水和地下水帶來污染。地表水方面，水面懸浮物增多、水質(zhì)渾濁、PH值變化等是比較明顯的影響。地下水方面，砂石料加工污水、注漿廢水、機(jī)械保養(yǎng)的含油廢水、生活廢水等向支洞附近排放，對地下水水質(zhì)帶來了污染。尤其是隧洞施工采用化學(xué)灌漿方法，對護(hù)壁和堵漏均具有一定毒性的化學(xué)注漿材料，這對地下水水質(zhì)的危害較大；此外，隧洞施工后的棄渣場經(jīng)受日曬和雨淋，廢渣中的炸藥殘余、油液殘余等也成了地下水的污染源，造成次生污染。

2 隧洞施工中地下水的控制方法與施工工藝

為了降低隧洞施工地下水流失量，盡可能減少施工對地下水的污染，應(yīng)綜合采用一些地下水控制方法。

2.1 地下水控制方法

隧洞施工中，地下水的控制方法主要有壓注阻水法、導(dǎo)水法和堵水法。

壓注法的原理就是向圖層灌漿，強(qiáng)化土壤圖層密實(shí)度，提高地層防水性。壓注的具體方法，就是使用注漿設(shè)備把壓注材料注入填料層中，沿層理或裂隙劈裂式注入，使受注層得到加固和填充，起到防水抗?jié)B的作用。導(dǎo)水法即排水法，隧洞施工時(shí)遇到涌突水時(shí)，可以先采用導(dǎo)水法進(jìn)行排水，在滲漏嚴(yán)重的地方安裝導(dǎo)流管，把地下水引流到不影響施工作業(yè)的隧洞外。如果涌突水過大，短期內(nèi)導(dǎo)水法無法有效控制地下水，可以同時(shí)采用堵水法施工。堵水法，其原理是控制地下滲漏水、改變水在地層中的滲透規(guī)律，把將排水溝滲透系數(shù)按照隔水層處理，便于隧洞施工順利進(jìn)行，堵水措施一般貫穿整個(gè)施工期。在隧洞施工實(shí)踐中，地下水控制經(jīng)常綜合使用導(dǎo)水法、堵水法和壓注阻水法。

2.2 施工工藝

2.2.1 壓注阻水施工工藝

壓注法的注漿工藝，主要采用二重管無收縮A、B（C）雙液注漿WSS 工法，對工程土體進(jìn)行輻射注漿，范圍為隧洞工程結(jié)構(gòu)外1.5m范圍。通過雙液注漿，改變工程土體物理特性，增加土體粘結(jié)性和防水性，確保工程施工質(zhì)量和施工安全。施工材料選用環(huán)保材料，避免因材料自身而導(dǎo)致對地下水污染的問題，材料配比、注漿噴射等均可以結(jié)合隧洞施工實(shí)際進(jìn)行調(diào)整，因此WSS 工法注漿效果較好。注漿材料的凝結(jié)時(shí)間應(yīng)可以調(diào)節(jié)，同時(shí)具備較高的防水性和強(qiáng)度（不容易被水溶解），注漿材料配比應(yīng)嚴(yán)格按照要求完成。注漿參數(shù)包括孔徑、孔深、孔間距、擴(kuò)散半徑、注漿壓力、凝結(jié)時(shí)間等要素，設(shè)計(jì)注漿強(qiáng)度控制在在0.5MPa以上。注漿施工工藝流程包括確定孔位——鉆機(jī)就位——鉆進(jìn)成孔——漿液配比——注漿等環(huán)節(jié)，并嚴(yán)格遵循相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 導(dǎo)水施工工藝

一些隧洞工程的地下水流量、壓力較大，如果僅采用簡單的壓注阻水法可能無法滿足隧洞施工要求，在開挖過程中會(huì)出現(xiàn)局部滲流甚至小面積的滲流。面對這樣的地質(zhì)條件，就要采取導(dǎo)水措施。因?yàn)橐坏┳杷胧┎恢苋?，小部分區(qū)域注漿不嚴(yán)或者遺漏，加之施工過程對土體的震動(dòng)，滲流是難以避免的。針對局部滲流和小面積滲流的區(qū)域（位置），可以選擇滲流集中的點(diǎn)處打入花管作為導(dǎo)流管。參考工程水文地質(zhì)條件來實(shí)際設(shè)置導(dǎo)流管，避免對隧洞開挖施工帶來不利影響。導(dǎo)流管安置后及時(shí)進(jìn)行一襯施工，施工完成后再對導(dǎo)流管導(dǎo)流出來的水進(jìn)行收集和排出。

2.2.3 堵水施工工藝

堵水法和導(dǎo)水法經(jīng)常結(jié)合使用，目的就是為了在隧洞施工過程中最大限度地保護(hù)地下水系統(tǒng)。堵水施工的工藝流程包括一襯支護(hù)和二襯施工，首先在一襯支護(hù)施工完工后，對隧洞內(nèi)存在滲水的局部進(jìn)行封堵；然后在二襯澆筑施工完成后，對二襯與一襯拱頂間隙進(jìn)行補(bǔ)漿封堵。一襯施工結(jié)束后，用雙漿液對導(dǎo)水花管注漿（注漿壓力為0.5MPa），做好堵水工作，同時(shí)切除注漿管外露部分。二襯施工時(shí)，為了處理二襯混凝土收縮導(dǎo)致拱頂部形成空隙的問題，應(yīng)及時(shí)在拱頂預(yù)埋注漿管和排氣管，對空隙進(jìn)行有效處理，防止地下水滲入。

3 基于地下水保護(hù)的隧洞施工對策建議

3.1 重視隧洞開挖前的勘探和準(zhǔn)備工作

隧洞開挖難免都會(huì)導(dǎo)致涌水現(xiàn)象，只是區(qū)別在于不同地質(zhì)條件下涌水量不一而已。在隧洞開挖前，為了盡量減少涌水對施工的影響，應(yīng)提前做好對工程地質(zhì)的勘探和考察工作，確定富水帶位置，提前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作和處置措施，例如深孔預(yù)注漿堵水措施、圍巖加固止水措施等等。在施工時(shí)間的選擇上，在不影響工期的情況下，盡可能選擇在旱季施工，避開雨季，減少隧道涌水量。

3.2 做好施工過程控制

隧洞開挖后，應(yīng)做好相關(guān)超前預(yù)報(bào)工作，對地表水要設(shè)置好排水溝，把水引向隧道之外。排水溝應(yīng)結(jié)合水流大小來設(shè)置，確保排水通暢原則，避免排水不暢導(dǎo)致突水問題，對施工人員帶來危險(xiǎn)。施工剛開始階段，應(yīng)重視對隧洞周邊生產(chǎn)和生活用水情況的監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)因隧洞施工引起附近植被生長和農(nóng)田用水，甚至影響到居民生活用水時(shí)，應(yīng)對原有施工方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償措施。

隧洞施工過程中，嚴(yán)格監(jiān)控廢水排放。施工期應(yīng)在各廢水排放口設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行排放污水的監(jiān)測，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排放；如果污水水質(zhì)指標(biāo)沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)進(jìn)一步處理才能排放。第一，鉆爆產(chǎn)生的炸藥粉塵以及灌漿產(chǎn)生的廢水，應(yīng)加入藥物混凝劑經(jīng)攪拌器充分?jǐn)噭?dòng)混合，進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)沉及混凝沉淀處理才能集中排放。統(tǒng)一排放的廢水達(dá)標(biāo)后，可以通過沉渣方式與工程廢棄料一并處理，部分廢水可回用。第二，加強(qiáng)對施工機(jī)械產(chǎn)生的油污、污染性有機(jī)物、含油沖洗廢水的收集和處理。維修機(jī)械時(shí)，可以用油布、棉紗等墊子吸收漏油，減少油污帶來的直接污染。在隧洞進(jìn)出口處設(shè)置污水處理設(shè)施，例如隔油沉淀浮選處理，預(yù)留補(bǔ)強(qiáng)設(shè)施場地等，減少運(yùn)輸車輛和機(jī)械本身在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的油污對水體帶來的污染。第三，棄渣場的處置對策。棄渣場處應(yīng)設(shè)置隔離柵，避免因下雨和地表水流動(dòng)導(dǎo)致的水體污染；施工完成后及時(shí)把渣土運(yùn)走集中處理。第四，生活用水處理。隧洞施工周期較長，施工人員也較長，因此施工人員的生活污水需經(jīng)硝化、殺菌處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)方可排放，可以選擇一體化生活污水處理設(shè)施，或者排放至就近的城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)，進(jìn)行污水處理。