林玉秀

（福建省地質(zhì)工程勘察院　350002）

隧道開挖對地下水的影響

林玉秀

（福建省地質(zhì)工程勘察院350002）

隧道建設(shè)是一項(xiàng)很復(fù)雜的系統(tǒng)工程，隧道建設(shè)的質(zhì)量和周期，受很多方面因素的影響。其中地下水對與隧道建設(shè)過程中的影響至關(guān)重要，對隧道開挖地區(qū)地下水的具體情況了解不夠，將會(huì)對隧道的建設(shè)造成很嚴(yán)重的影響。地下水與隧道的建設(shè)是相互制約的統(tǒng)一整體。這也是隧道建設(shè)者，在建設(shè)過程中遇到的最難的技術(shù)問題。本文通過對隧道建設(shè)中的各個(gè)方面對地下水的影響分析，來總結(jié)出在隧道開挖前和隧道開挖中對地下水的保護(hù)措施。希望給隧道建設(shè)中的地下水保護(hù)提供參考依據(jù)。

裂隙巖體隧道；地下水環(huán)境；相互作用

1　引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，全國各地的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。我國已經(jīng)成為了世界上隧道過程項(xiàng)目最多的國家，不管是在工程的數(shù)量，還是在工程的地質(zhì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及整體的規(guī)模上，都創(chuàng)下了多個(gè)第一。隨著隧道建設(shè)工程的復(fù)雜程度逐漸加大。對隧道建設(shè)中的地下水的研究，顯得尤為重要。隧道建設(shè)過程中地下水的發(fā)育具有多樣性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，同時(shí)裂隙巖體和滲流動(dòng)態(tài)性決定了隧道施工過程中與地下水環(huán)境相互作用相互制約的問題，使得對隧道建設(shè)過程中地下水的變化和保護(hù)存在很到的困難。本文首先確定了隧道的模型和選定重要的參數(shù)。采用理論分析和計(jì)算的方法對影響隧道建設(shè)中的幾個(gè)重要問題進(jìn)行分析，主要包括水位埋深、隧道開挖前后水文地質(zhì)條件、噴射混凝土、地層注漿加固、隔斷墻等。通過對這些問題的研究為后續(xù)保護(hù)隧道開挖過程中的地下水的保護(hù)提供依據(jù)。

2　計(jì)算模型及參數(shù)選擇

為了研究隧道建設(shè)過程中，地下水變化的規(guī)律，以及隧道施工中各種施工過程對地下水文的影響，建立具有普遍意義的數(shù)值分析模型，以便于對復(fù)雜的施工過程進(jìn)行仿真分析。從而得出隧道建設(shè)過程中地下水影響評價(jià)機(jī)制。

本文采用的隧道原型為350km/h的高鐵雙線隧道V級復(fù)合式標(biāo)準(zhǔn)斷面，如圖1所示。

圖1　隧道模型

此襯砌的主要參數(shù)為：初期的支護(hù)采用的是C25噴混泥土厚度通過實(shí)驗(yàn)得出為28cm，二次的襯砌采用的鋼筋件為C35已凝，仰拱的厚度為60cm。仰拱的填充物采用的是C20混泥土。

針對地下水的防排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則為：防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜綜合考慮的原則。對于在隧道施工中可能出現(xiàn)的對地下水、地表水產(chǎn)生較大影響時(shí)，采取以堵為主，逐漸泄放的原則進(jìn)行。

3　隧道開挖對地下水的影響分析

3.1隧道開挖前后水文地質(zhì)條件的影響

在隧道開挖之前，基巖裂隙水多呈脈狀分布，主要通過構(gòu)造裂隙逕流。在接受大氣降水補(bǔ)給后，部分賦存于淺層風(fēng)化裂隙中地下水經(jīng)短暫的逕流運(yùn)移后，以泉的形式向溝谷排泄；部分大氣降水入滲成地下水后，則不斷通過巖體中的節(jié)理裂隙破碎帶向深部緩慢滲流，深部的地下水在含水層內(nèi)部逕流后，遇導(dǎo)水的斷裂構(gòu)造而沿構(gòu)造破碎帶向上以泉的形式排泄出地表。

隧道開挖后不易形成線狀的排水通道，但賦存于基巖節(jié)理裂隙中的地下水經(jīng)節(jié)理裂隙密集帶富集，節(jié)理裂隙密集帶中脈狀地下水不斷向隧道方向逕流排泄，從而形成原有的部分淺層地下水經(jīng)短暫的逕流運(yùn)移后以泉、井的形式向溝谷排泄，部分地下水則在節(jié)理裂隙密集帶內(nèi)部逕流后向隧道方向逕流、排泄。隧道區(qū)的節(jié)理裂隙密集帶自然條件下屬于地下水的逕流區(qū)，隧道開挖后則變成排泄區(qū)，造成隧道影響范圍的地下水的逕流路途變短，同時(shí)節(jié)理裂隙密集帶中的地下水具有承壓性，這樣就使地下水加快向隧道區(qū)方向逕流排泄，形成點(diǎn)狀的滲涌水現(xiàn)象，直至較高水壓的地下水在隧道內(nèi)不斷排泄，其壓力不斷釋放減小，地下水的排泄量也逐漸減小。

3.2噴射混凝土的影響

為了研究噴射混泥土對地下水的影響，在計(jì)算的模型中，對參數(shù)做重新的設(shè)置，分別選取δ在不同值的情況下來進(jìn)行分析。δ指的是噴射混泥土的厚度，但是在不同的噴射厚度的情況下，隧道的滲流場的分布基本上是一樣的，流量和水位差不多。在所噴射的混泥土的參數(shù)一致的條件下，對地下水的水流量以及水量的影響都很小。如在仰拱的開挖階段，對應(yīng)的噴射混泥土的厚度越厚，所產(chǎn)生的水位降深越低。比如在混凝土的厚度為10cm時(shí)，水位降深為28.5cm。當(dāng)使用噴射混泥土的厚度為28cm時(shí)，水位降深為27cm。

同時(shí)在隧道的運(yùn)營階段，噴射混凝土處產(chǎn)生的噴層滲透系數(shù)對地下水位的影響較大，噴層滲透的系數(shù)越大，地下水的流量越大，所產(chǎn)生的水位降深也越大。

3.3地層注漿加固的影響

根據(jù)上文所列出的隧道模型，在理想的狀態(tài)下，在隧道里的噴層支護(hù)封閉后，地下水位即開始逐漸的恢復(fù)，并且可以逐漸的恢復(fù)至初始的水位。如水位已經(jīng)恢復(fù)至初始的水位，這時(shí)候再考慮在底層注漿加固，就沒有實(shí)際的意義。因此考慮地層注漿加固對地下水的影響都是在存在滲漏的情況下探討的。

地層加固根據(jù)施工的時(shí)間前后的差異，分為兩種不停的情況，分別是超前帷幕注漿和徑向注漿。首先帷幕注漿在是在開挖面還未施工時(shí)就開始澆筑，但是徑向注漿是在開挖施工開始之后進(jìn)行的注漿。

（1）帷幕注漿對地下水的影響

本文主要考慮的是噴層出現(xiàn)在5處1cm寬的裂縫的情況下。分別考慮滲流場在不同的注漿厚度、不同的加固圈厚度以及不同的注漿滲透系數(shù)像的情況。在噴射混泥土層出現(xiàn)很多次的滲漏的情況下，不管是在哪個(gè)階段，注漿都顯著減少，此時(shí)注漿圈的厚度對地下水流量的影響也顯著的減小。隨著施工階段的加固圈的厚度的不斷增加，施工階段以及運(yùn)營階段的地下水的流量也略有較少。滲透系數(shù)減小，流量也勢必會(huì)非常明顯的減少。

（2）徑向注漿加固的影響

和帷幕注漿研究情形相同的情況下，進(jìn)行徑向注漿加固的研究。對徑向加注的研究主要考慮不同的加注圈厚度和不同的注漿滲透系數(shù)對地下水位的影響。上述兩種方式通過注漿加固和不注漿加固的對比，明顯的可以看出，注漿加固后地下水流量明顯的減小。特別是在施工階段。并且帷幕注漿的效果明顯的好于徑向注漿的效果。

3.4連拱隧道中隔墻水平施工縫滲漏防治

在隧道的施工中做的隔斷墻能有效的減少隧道施工對地下水的影響。隔斷墻的主要作用就是隔斷地下水的滲透途徑。有效的減少施工對地下水的負(fù)面影響。圖2是兩種隔斷墻的示意模型圖。

圖2　隔斷墻計(jì)算示意模型圖

通過實(shí)踐，在水平施工縫上，滲水從襯砌外側(cè)向洞內(nèi)方向流動(dòng)時(shí)，當(dāng)遇到水平可排水止水帶的阻擋后，由于止水帶上部翼緣覆蓋有濾水層，因而滲水會(huì)在重力作用下改變方向，向下流入可排水止水帶的排水通道，再經(jīng)水平排水通道縱向流入環(huán)向施工縫的排水通道，并由其進(jìn)入隧道的排水系統(tǒng)。

4　地下水保護(hù)措施

本文研究的目的就是為了保護(hù)地下水資源，避免地下水造成隧道施工和運(yùn)營中的安全事故以及合理的利用地下水資源。為了合理的研究隧道開挖中的地下水情況，本文從開挖前和開挖后兩方面來闡述保護(hù)地下水的具體措施。

4.1隧道開挖前地下水的保護(hù)措施

隧道開挖之前要詳細(xì)的了解地下水的水質(zhì)，水文以及地質(zhì)狀況。對隧道里的巖石結(jié)構(gòu)和富水性要充分的了解。并查清隧道與周邊地質(zhì)環(huán)境中存在的井、泉、河等的關(guān)系，并制定詳細(xì)的防水措施和應(yīng)急方案。這些都是為了對隧道以及周邊的地下水做好充分的預(yù)探，加強(qiáng)有關(guān)地下水的預(yù)報(bào)工作。避免在施工中出現(xiàn)滲漏和涌水的災(zāi)害情況。減少地下水的損失。

4.2隧道開挖過程中地下水的保護(hù)措施

在隧道的施工過程中，對隧道里出現(xiàn)的涌水段進(jìn)行必要的鋼架支護(hù)，并且在施工過程中做到邊進(jìn)行施工操作，邊做好圍巖的加固支護(hù)，避免造成二次襯砌的施工，這對于地下水的保護(hù)至關(guān)重要。在施工時(shí)要對隧道以及周邊的溪水河流等進(jìn)行水質(zhì)和水位的監(jiān)測，及時(shí)了解隧道在施工過程中對地下水的影響，避免隧道的施工對地下水造成污染。

5　結(jié)語

本文針對隧道建設(shè)中的各種施工工況對地下水造成的影響進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后對隧道建設(shè)中的地下水的保護(hù)針對隧道開挖之前和開挖之后進(jìn)行分析，希望給隧道建設(shè)中的地下水的保護(hù)提供有效的參考。

[1]王夢恕.21世紀(jì)山嶺隧道修建的趨勢[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014（9）：38～ 40.

[2]王夢恕，張梅.鐵路隧道建設(shè)理念和設(shè)計(jì)原則[J].中國工程科學(xué)，2010，11（12）：24～28.

[3]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)，2013，24（1）：121～127.

[4]金圣杰，張強(qiáng)，李陽.隧道工程地下水排放對環(huán)境影響評價(jià)體系初步研究[J].甘肅水利水電技術(shù)，2011，47（7）：27～31.

U452.1+1

A

1673-0038（2015）50-0201-02

2015-11-29