山区城市隧道建设对地下水漏失影响分析与对策研究

山区城市隧道建设对地下水漏失影响分析与对策研究
摘要：隧道建设是一项系统工程，山区城市隧道建设过程中，如果处理不当，一定程度上会对建设区域范围内的地下水环境产生负面影响，造成地下水的漏失。

通过分析隧道建设中对地下水的主要影响因素，包括施工、气象条件、地质条件等，提出隧道建设对地下水环境保护的若干建议，为工程建设提供一定的参考。

关键词：山区城市隧道建设地下水漏
1前言
我国是个多山国家，75%左右的陆地国土均为山地或重丘。

由于隧道具有对地表自然环境破坏较小、缩短行车里程等优点，在山区高等级公路建设中越来越多地被采用。

据不完全统计，截至2009年底，我国公路运营隧道共计5627座，其中特长隧道190座，82.11 万延米[1]。

从已有的工程来看，隧道工程主要是通过影响水环境而造成生态环境破坏。

隧道开挖破坏隧址区域地下水的原有平衡，影响地下水正常的循环，从而造成一系列生态环境问题及效应，其中，又以隧道涌水表现最为突出。

地下水问题是隧道建设中一个至关重要的问题。

山岭隧道建设中，因开挖形成临空面，使地应力重新分布而形成岩体松弛带，使岩体的渗透系数增大，改变了天然渗流场（通常使天然隔水断层变成导水断层），导致隧道渗水或涌水。

大量的地下水渗漏可能会对隧道施工和营运造成不利影响，与此同时，隧道建设也会对地下水产生一系列不利影响，二者之间有着复杂的联系[2]。

隧道在裂隙或溶隙很发育、断层富水区地带修建时，大多工程贯彻“以排为主，防排结合”的综合治水原则。

然而，山岭隧道地表往往有城乡居民、农田和工厂，隧道开挖，将不可避免地揭露充水围岩，疏排地下水。

如果处理措施不当，随着地下水不断地涌入隧道，地下水的储存量势必大量消耗，使降落（位）漏斗不断扩展，从而袭夺其影响范围内的补给增量，引起地下水渗流场和补排关系的明显变化，造成工程附近地区地面塌陷，生产、生活水源的流失，造成地表蓄水量减少，继而导致地表井泉干涸，河溪断流，直接影响当地工农业生产及人民的生活。

个别隧道因老百姓干扰，涉及社会及政治稳定而不得不采用改线通过。

而且建成后的多数隧道存在不同程度的水害，且逐年发展，影响隧道衬砌结构和行车安全。

诸如地下水从隧道大量流失；随着隧道内涌水量的增加，各种病害如衬砌渗漏变形、路面翻浆冒泥、排水沟淤塞漫流等将逐年严重；隧道地下水如果以排为主，施工中一般未采取预注浆等封堵措施，则往往严重影响施工的正常进行；地下水长期由隧道大量排走，地下水位降低，洞顶地表失水并发生沉降。

针对以上问题，本文将以重庆市区域内的天池隧道建设为例，从水土保持的角度对其进行详细分析，其中重点分析山区隧道建设对地下水漏失的影响因素及其影响程度。

2隧道建设对地下水的影响因素
2.1隧道施工对地下水的影响
隧道建设也会给地下水环境带来严重影响，同时地下水渗流系统给隧道的建设和运营造成了严重影响。

隧道建设打破了地下水渗流场的原有平衡，长期的疏干作用使得地下水渗流场发生改变[3]。

这严重影响了地下水的正常循环，给隧址区居民的生活、生产带来严重影。

主要原因是隧道施工过程中为进行有效堵水，而是采取排水的施工措施，使得山系中岩溶及裂隙蓄水减少，水位下降。

隧道施工过程中，地下水通过渗流作用涌入隧道，涌水量过大还伴随着大量的泥沙，造成严重的突水、突泥事故。

以往的隧道施工以排水为主，但在通车运营后陆续发生突水突泥事故，后续的堵水的投资高达几千万元，给隧道的施工和运营造成相当大的危害，并且不利于水土保持和当地居民生产生活的稳定。

2007年6月施工期间，天池隧道地表与隧道里程对应桩号K34+960右320处出现长约10m，宽约8m，深约7m的大坑，周边地表变形开裂严重，并有进一步扩大的趋势。

相关部门对此处治方案最初为修建一座平行泄水洞，但修建泄水洞工程再次诱发了隧址区地表水的流失，引起当地居民的强烈反应，泄水洞施工进尺至1000m左右时被迫停工。

2.2气象条件对地下水的影响
除施工因素外，气象条件等也对地下水有较大影响。

气象因素对隧道涌水的影响程度是随着降水与地下水的联系程度变化的。

降水补给地下水系统速度快，入渗率高，则降水将对隧道涌水量产生明显促进作用。

降水如主要由地表径流系统排出隧址区，而进入地下水系统的水量不大，则降水对隧道涌水量影响不大。

天池隧道自2006年施工至其通车运营期间，发生了10次突水突泥事故，灾害集中在雨季发生，其中2010年6月隧道运营期间，每次发生突水突泥时间在隧址区大到暴雨12小时至24小时内发生。

同时引发了突水突泥灾害，造成了3死4伤和相应的财产损失。

事故发生时，隧道上方溶腔内水储量急剧增加。

泄水洞的流速较正常情况增大，围岩承受的静水压力和动水压力也相应的显著增长。

这样围岩在巨大的水压力作用下发生流固耦合作用产生塑性变形，出现了断裂崩解，造成大量地下水裹带淤泥涌入隧道形成了突水事故。

2.3地质环境对地下水的影响
天池隧道为双向行驶的单洞长公路隧道，整个隧道地质条件复杂，隧道穿越区内存在岩溶、漏斗、落水洞、煤层等不良地质现象，这些复杂的水文地质条件是隧道出现突水事故的本质原因。

隧道开挖后隧道为全排水状态，地下水可从围岩自由渗入隧道内，相应的可以减小围岩所承受的水压力。

当地下水位急剧变化时，岩体和承压水渗流发生耦合作用，水位变化导致应力场改变，应力场的改变导致岩体裂隙开展程度变化从而导致岩体渗流性质变化。

隧道的突水、涌泥是因为施工过程中穿越山系中的岩溶群组，在处理时其下行通道被阻挡或阻断，导致岩溶水无法有效从原有水路进行排泄，在雨季降水集中时，地表水沿岩溶群进入山体水系，形成高压，在相对薄弱的部位进行突破，发生突水、涌泥。

进而导致隧道上方居民生活、生产用水困难。

3隧道建设中对地下水环境保护的建议
3.1隧道选址
隧道选址应充分考虑到地下水的影响，一般而言，经常性的涌水地段主要发生在张性断裂破碎带，构造复合部位及其影响带，背斜轴、向斜轴及其两侧地段，压性断裂破碎带两侧或一侧透水性较强的地段，不整合接触带，古矿井、古坑道地段，古河床松散层地段，地表水系汇合地段，山间河谷、盆地、洼地地段，岩溶发育地段等。

当上述地段与地表水体或邻近含水层有水力联系时，尤其易发生涌水。

因此，尽量避开岩溶发育剧烈区和大面积的软弱破碎带。

隧道走向应避开岩溶管道、地下暗河与地下岩溶地带。

尽可能探明沿线的地下水文情况，对可能出现的复杂水文条件准备有效的施工预案。

3.2堵水措施
对于富水岩层的隧道设计应当摒弃“以排为主”的设计思路，建立“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的设计思路。

并且应该结合隧址区生态环境的承受能力和施工经济条件两方面因素控制隧道的涌水量，保持地下水环境的相对平衡。

为保持生态环境不受隧道建设影响而采取全堵水建设方案是不可取的，因为在技术上达到“滴水不排”的目标十分困难。

不论采取围岩注浆止水帷幕堵水还是加强衬砌强度堵水，围岩注浆的质量和距离将是难以实现的，衬砌混凝土的厚度可能会相当大。

所以应该通过围岩注浆来控制注浆圈的渗透性能，从而实现对隧道涌水量的控制以满足地下水平衡的要求；衬砌的主要功能是结构支护和防止衬砌背后的涌水进入隧道影响正常使用。

这样既有利于生态和自然环境的保护，也有利于对隧道的安全运行。

3.3施工与监测相结合
穿越复杂岩层的隧道施工应制定完善的施工方案，对围岩应进行超前预注浆处理，加固围岩、形成止水帷幕，注浆效果达到预定要求后方可继续开挖。

加强对软弱围岩和断层破碎带的支护，严密监测隧道涌水量与位移量。

如遇涌水突增和位移突变情况应立即撤出人员设备减少损失。

防水部分的施工应当严格按照规范标准执行，应严格控制防水材料的质量，铺设防水卷材时技术人员须进行检查指导，不符合要求部分按规范修补处理。

防水混凝土的喷射和浇注应做到密实、无孔洞、无裂缝，符合规范要求。

完善处理施工缝处的防水问题，不留漏洞[4]。

4结语
综上所述，隧道建设是一项系统工程，在建设施工和运营过程中会对自然生态环境产生负面影响，引起水资源流失、地层破坏等环境灾害。

因此处理好隧道建设与地下水环境的关系是可持续发展的要求也是工程建设服务社会的需要。

通过上述分析，总结出以下几点建议，以其为隧道工程建设提供参考借鉴：
1）隧道建设中应尽可能避免穿越经常性涌水地段。

若确实无法绕避，应以确保隧址区自然环境为前提，因地制宜地选择适宜的防排水措施，达到工程建设和环境保护协调发展。

2）建立“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的设计思路。

并且应该结合隧址区生态环境的承受能力和施工经济条件两方面因素控制隧道的涌水量，保持地下水环境的相对平衡。

3）穿越复杂岩层的隧道施工应制定完善的施工方案，对围岩应进行超前预注浆处理，加固围岩、形成止水帷幕，注浆效果达到预定要求后方可继续开挖。

加强对软弱围岩和断层破碎带的支护，严密监测隧道涌水量与位移量。

参考文献：
[1] 蒋红梅等.隧道建设对水环境的影响及其对策[J]. 公路交通技术，2010，10：144-147
[2] 李国等. 隧道与地下水环境相互影响分析[J]. 中国水运，2008，8（9）：263-265
[3] 杜欣等. 铁路隧道建设与水环境关系分析[J]. 铁道工程学报，2009，1（124）：82-85
[4] 梁明贵. 大瑶山隧道涌水量的控制[J]. 世界隧道，1998，6：50-51.。