潘宇 任蘭波

摘要：我國幅員遼闊，各類地質(zhì)地形眾多，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全面快速發(fā)展，鐵路、公路越嶺隧道工程也隨之在我國得到大力的發(fā)展，在隧道工程中，地下水與隧道間有著復(fù)雜的關(guān)系。它們互相影響、互相作用，對建設(shè)好隧道工程有著至關(guān)重要的作用。本文通過隧道工程與水環(huán)境的相互作用鏈分析、結(jié)合部分實例對隧道工程與水環(huán)境之間的互相影響作用作闡述。

中圖分類號：TU248文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）04（a）-0000-00

我國基礎(chǔ)設(shè)施在交通行業(yè)的建設(shè)投入逐年增加，大量鐵路與公路建設(shè)向著地質(zhì)地理條件非常復(fù)雜的中西部山區(qū)逐步延伸，進(jìn)而帶來大量隧道工程建設(shè)。根據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，截至2006年年底，我國鐵路隧道共5924條，374萬延長米，其中超萬米長度的隧道7條；公路隧道共2889條，152萬延長米，其中特長的隧道43條。

1 隧道工程與水環(huán)境相互作用鏈

隧道工程與水環(huán)境間的相互作用鏈，包括水環(huán)境對于隧道工程作用以及隧道工程對于水環(huán)境反作用兩方面。其中水環(huán)境對其作用主要是隧洞涌、漏水與承受水壓力。在含水層開挖隧道，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。

2 地下水影響作用

地下水在隧道工程運(yùn)營階段造成的影響作用主要表現(xiàn)為襯砌滲漏水。滲漏水對于隧道的穩(wěn)定、隧道設(shè)施、行車的安全、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)備正常的使用，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)致軌距變形超過承受極限，影響了行車安全。造成滲漏水的原因很多，結(jié)合京廣鐵路段南嶺隧道的滲漏水現(xiàn)象分析如下：

該隧道地處京廣鐵路衡陽至韶關(guān)段，位于湖南南部五蓋山和騎田嶺的夾持地帶，屬剝蝕低山丘陵地區(qū)，地形起伏較小，地面高程為320米至500米。在隧道范圍之內(nèi)，巖溶洼地、巖溶漏斗發(fā)育，隧道經(jīng)五處溶蝕的洼地。隧道全長為6061.8米，建設(shè)于1979年至1987年，于1988年11月正式運(yùn)營。隧道使用復(fù)合式襯砌與聚乙烯板制防水層，軌道床使用混凝土制寬枕板，內(nèi)設(shè)人字坡，除了進(jìn)出口段外，其他地段安置雙邊水溝、雙側(cè)電纜槽與中心水溝。自投入運(yùn)營以來，發(fā)生多次斷軌事故，其主要問題有拱頂?shù)魤K、襯砌的滲漏水現(xiàn)象嚴(yán)重、軌下基礎(chǔ)被破壞致使翻漿冒泥現(xiàn)象甚至涌水涌泥，每年的雨季浸軌道床2至5次。其主要因素有：

2.1 排水不暢

隧道的設(shè)計施工按照新奧法原理理論，設(shè)計將隧道周邊巖體滲水經(jīng)襯砌后的導(dǎo)水設(shè)備引到集水溝，最后排出隧道。如果相關(guān)排水設(shè)備系統(tǒng)不能正常工作，將水排出隧道，則在襯砌后將形成集水。當(dāng)該位置的水充滿空隙時，襯砌將受到與地下水位高度相等靜水的壓力，而非設(shè)計中的無水壓或者折減水壓。加上滲流的動水壓力，此時襯砌所承受的壓力遠(yuǎn)超于當(dāng)時設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而產(chǎn)生襯砌涌水開裂的破損情況。隧道鋪底基面由于長期被積水所浸泡，在列車動力作用之下形成底部吊空，列車經(jīng)過時產(chǎn)生的呼吸作用，排空了碎石和砂子，導(dǎo)致行車限速甚至斷軌。排水系統(tǒng)不暢直接造成雨季時積水情況。

2.2 防水設(shè)施不良

防水層是將隧道與外部水環(huán)境分隔開的關(guān)鍵部件，在隧道工程中有柔性與剛性兩種防水層。柔性的防水層效果與其材質(zhì)、施工的質(zhì)量緊密相關(guān)，如果防水材料差，耐久性不良時，很容易在運(yùn)營一段時間后就失去防水功能。剛性防水層功能與混凝土性能相關(guān)，如防水混凝土的襯砌施工質(zhì)量差、收縮太大而形成了孔隙、裂縫等，其相應(yīng)的防水能力降低。

滲漏水的問題是在復(fù)雜的水文地質(zhì)條件之下，隧道工程防水設(shè)計的施工方案并沒有對隧道建址區(qū)地質(zhì)的條件進(jìn)行全面考慮，對地下水環(huán)境作用認(rèn)識不足，導(dǎo)致隧道工程并沒有對防滲漏技術(shù)進(jìn)行完善，使地下水滲流對隧道襯砌構(gòu)成影響，滲入隧道中的地下水使隧道使用壽命大幅度縮短。

3 隧道工程影響作用

隧道工程的建設(shè)也給水環(huán)境造成著嚴(yán)重的影響作用。隧道工程破壞了地下水滲流原有的平衡，長時期疏干作用使?jié)B流場產(chǎn)生變化，對地下水正常循環(huán)造成嚴(yán)重影響，進(jìn)而導(dǎo)致自然生態(tài)環(huán)境的惡化。結(jié)合京廣鐵路段大瑤山隧道為例，分析如下：

該隧道工程位于坪石至樂昌之間，穿越廣東樂昌縣瑤山的主峰。隧道工程中線基本與大瑤山垂直，全長14.295公里，洞頂埋深為100至910米，洞中部為斑古坳地區(qū)，地表面植被茂密，年平均氣溫為20攝氏度，年均降雨量為1500毫米。該隧道于1987年建成運(yùn)營后滲漏水情況嚴(yán)重，經(jīng)多次整治仍達(dá)不到理想效果。長期排水使地下水位下降，井水干涸，正常的農(nóng)業(yè)灌溉受到了嚴(yán)重的影響，同時地面沉降致使房屋變形、開裂。最后因自然環(huán)境破壞嚴(yán)重、水資源流失使隧道建址區(qū)域的農(nóng)業(yè)、生活不能正常開展，而只能將該區(qū)域居民外遷，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。該隧道工程對地下水環(huán)境的主要影響作用有：

3.1 疏干地下水

造成大瑤山自然環(huán)境災(zāi)害的主因是隧道長期排水，其隧道挖掘后破壞了一系列水循環(huán)系統(tǒng)，最主要是地下水資源大量流失?；谒淼兰c匯水的作用，引發(fā)地下水運(yùn)動的方向產(chǎn)生明顯改變。在長期排水情況下，隧道的地下水系統(tǒng)開始將地下水大量排出。根據(jù)相關(guān)理論，地下水的補(bǔ)給量不能滿足其排出水量，其水位就會持續(xù)的下降。隨著地下水位不斷下降，地下水和地表水徑流間產(chǎn)生相應(yīng)的變化，直接導(dǎo)致巖溶泉出水量少甚至消失，地表的取水井水位的下降甚至水井干涸等現(xiàn)象，造成生活用水緊缺。同時地下水位下降使原農(nóng)田土壤的含水量減少，特別是水稻區(qū)域的影響更嚴(yán)重，無法繼續(xù)種植，給正常的農(nóng)業(yè)造成了危害。

3.2 滲流場變化使巖土應(yīng)力變化

巖土應(yīng)力因滲流場變化而變化。首先，因為隧道疏干了大量地下水，造水位下降，飽和巖土層里孔隙的水壓力降低，不飽和區(qū)域負(fù)水壓力區(qū)擴(kuò)大，在總應(yīng)力未變情況下有效的應(yīng)力上升。其次，由于滲流場被改變，地下水滲流的方向全變?yōu)樵谛滤μ荻认拢蛩淼乐行牧鲃?，共方向向下。由于滲流方向改變，地下水的滲流力也相應(yīng)改變，增加豎直向下應(yīng)力，使總應(yīng)力上升。隨著有效應(yīng)力的上升，巖土發(fā)生新沉降直至其達(dá)到新動態(tài)的平衡。土體沉陷會使隧址區(qū)的房屋普遍產(chǎn)生開裂與傾斜，導(dǎo)致無法使用，土體沉陷毀壞了農(nóng)田，繼續(xù)耕種的難度增加。此外灌溉受影響，基本喪失了其耕作功能。

4 結(jié) 語

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)營安全，又關(guān)系到隧址區(qū)生態(tài)環(huán)境與社會環(huán)境，是隧道工程中應(yīng)大力研究的問題。