隧道工程地下水处理的环境地质效应

【摘要】随着隧道工程地下水处理要求的提高，研究其环境地质效应凸显出重要意义。本文首先分析了隧道工程对地下水平衡破坏的影响，介绍了隧道工程水文地质及生态环境影响的评估。在探讨隧道建设对地下水环境影响的基础上，研究了环境地质效应的系统防治。

【关键词】隧道工程；地下水处理；环境地质效应

中图分类号：E271 文献标识码： A

一、前言

作为隧道工程地下水处理中的重要工作，其环境地址效应在近期得到了长足的发展和进步。该项课题的研究，将会更好地优化隧道工程地下水处理的实践效果，从而保证环境地质效应的良好控制。

二、隧道工程对地下水平衡破坏的影响分析

岩层受到内力和外力地质作用的联合影响，风化卸载带及其附近的新鲜岩带内各种成因、不同序次的非连接结构面十分发育，使其成为岩石圈中连续性、整体性最差的圈层。

同时，该层位又是地下水最为集中的部位，陆地部分宏观上看就像岩石表面笼罩着一层地下水。因此，隧道工程建设往往是修建在由水、岩、热、气等构成的一个复杂的巨型系统之内的。天然情况下，岩土具有自身的（动态）边界（力学、补给或排泄），系统各构成要素或不同要素之间维系着一种动态平衡的关系。隧道的开挖，相对于在一定空间范围内改变了系统的边界（对于岩体）或增加了输出边界（对于流体）。这样，系统本身就必然按照其固有的运动规律对此作出反应，具体表现则为隧道附近一定范围内的围岩破坏，水、热、瓦斯气向隧道排泄，或者寻求新的动态平衡。地下水埋藏在岩体里面分布着的大量空隙，这些空隙既是地下水储存场所，也是其转移通道。隧道开挖不可避免的会破坏一些地下水的储存点和转移通道，引起地下水的转移，造成地下水的重新分配，从而形成新的含水层和地下水转移通道。而原来的含水层和转移通道中地下水将减少甚至枯竭。将会导致隧区局部地下水位降低。便演化为施工中乃至建成后对各类水文地质的影响，进而延伸至对岩体表面附着的生态环境影响，出现地表植物大面积枯萎甚至死亡等生态危机。

三、隧道工程水文地质及生态环境影响的评估

近年来的研究，我们认为在新建隧道工程项目的整个过程中，要把隧道---环境水文地质---生态环境影响作为一个系统工程来考虑，把稳定原有隧道水文地质环境和保护生态环境作为环境影响评估的重点。

1.环境水文地质及影响的评估范围

隧道水文地质勘测和环境影响评估的范围与水文地质条件复杂程度以及隧道埋深和长度有关。隧道排水与大口径井抽水类似，将在洞顶含水层中形成疏干漏斗，其引用半径R0=R+B/2。隧洞排水引发的洞顶环境灾害主要发生在疏干漏斗的范围内。由于隧道长度远大于宽度，加之洞口段含水量的厚度往往变小，因此洞顶疏干漏斗与井点降落漏斗的形态还有区别，其空间形状不是倒圆锥体而是倒椭圆锥体，其地面范围不呈圆形而近似于椭圆形。根据我国若干隧道因开挖改变地下水环境、并影响地表生态环境的实例，隧道两侧的影响宽度为400～2600m或更大，因此，隧道环境水文地质勘察和环境影响评估的范围以隧道两侧各1000～5000m为宜。

2.环境水文地质评估项目

（一）环境水文地质评估项目，主要包括：地形地质；水文地质条件、分区、计算参数选择；预报涌水量的方法、公式、成果等。

（二）环境因素调查的主要项目及内容

地表水体（河流、井、泉、水库、贮水池、水渠等）的长度、面积、容量、水位及其重要性分类；农田、林业用地的类型、面积，需保护的重要性或名贵植物的数量和范围；人口密度；建筑物和构筑物的数量、类型和分布，特别注意有无重点保护文物景点；其它，如弃碴堆放场地的地形和水文条件、水土流失状况、不良地质现象等。

3.公路隧道环境影响的评估内容和标准

当公路隧道通过强富水区及中等富水区，以及岩溶发育区时，即工程施工及运营期间大量地下水涌入或从中排放时，对周围环境将有较大的影响。因此，在新建隧道时应对环境影响程度和范围进行评价，并应提出有关补救措施或相应对策，对于公路隧道重要程度尤为突出。

四、隧道建设对地下水环境的影响

地下水渗流系统给隧道的建设和运营造成了严重影响，同时隧道建设也会给地下水环境带来严重影响。隧道工程对于地下水的疏干和改造作用显得尤其突出，目前一些竣工的隧道工程已经表现出对隧址区的严重影响。

1.隧道对地下水的疏干作用

隧道开挖后，由于集水和汇水作用，地下水不断进入隧道中，地下水动力场因此发生改变，引起地下水的运动通道发生转移，形成新的势汇。随着隧道排水过程的延续，整个隧址区的地下水系统发育形成了新的地下水转移通道，隧道开始大量排出地下水，从而形成一个降位漏斗，漏斗不断扩展，疏干其影响范围内的地面水源，引起地下水与地表水径流发生改变，直接造成隧址区地表泉水流量减少甚至溶泉消失，井水水位下降，水量减少甚至干涸，直接影响当地工农业生产及人民的生活。隧道的建设造成地下水位降低，当地下水位到一定程度时，会使当地土壤含水量减少，植物生长受到抑制，甚至萎蔫、停止生长，给当地的环境带来负面影响和经济损失。

2.隧道排水导致岩土应力变化

隧道排水会引起地下水渗流场的变化，造成地下水位下降，饱和岩土层中的孔隙水压力下降，围岩承受的有效应力增加。其次，由于地下水动力场的改变，地下水流方向改变为向隧道中心流动，其方向是向下的，地下水渗流力增大了竖直向下的应力，造成总应力上升，更增大了围岩的有效应力。在有效应力增大的情况下，围岩会发生新的沉降，直到岩体应力达到新的动态平衡。大面积的岩体沉降使隧道的使用效能降低，维护成本增加。

五、环境地质效应的系统防治分析

1.开展有效的工程地质勘察

通过详细的勘察为设计施工提供相关的参数和指标，确定合理的挖方案、步骤。如果勘察工作所提供的数据不详细，势必给支护工作留下隐患。对深基坑注意查明以下几个方面：场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象等：对场地地层进行划分：调查地下水的类型、埋藏条件、侵蚀性及土层的冻结深度；测定土的物理力学性质指标；调查基坑周围地质环境。

2.优化开挖方案

地下工程的开挖方法很多，大型地下工程施工不可能全断面一次成洞，实际上是根据出渣运输洞不同、施工机械类别和岩石特性等条件，选择开挖施工方法。这样就决定了大型地下洞室是分层分块开挖，逐步形成洞室设计体系的特点。

3.科学的降水设计方案

要降低地下水位，就要合理的选择降水方法，并在此基础上进行工降水的方案设计。人工降水方法的选择是人工降水成败的关键在降水技术方法的选择时，应注意考虑以下几点：降水场地的水地质条件；含水层的透水性：地下工程开挖的深度及技术要求；水场地的施工条件和施工设备的能力范围；选用的方法是否经济理便于施工；可根据条件将多种方法组合使用，充分发挥不同方之间的互补性。

4.推行地下工程建设系统管理与防御技术

地下工程的建设是一项系统工程，必须从勘察、设计、施工、监测全方位实施工程防御体系。勘察设计方面，首先了解地质情况，查明周围各种地下管线和建筑物的要求，设计时要对地质资料了解清楚，精心设计并做到优化：施工方面，必须严格按照设计进行施工，对于有支撑的围护结构，必须遵守先撑后挖，严禁超挖，尽量缩短墙体暴露时间以及分层开挖。

六、结束语

通过对隧道工程地下水处理的环境地质效应的相关研究，我们可以发现，该项工作的开展有赖于对多方面技术优势因素的掌控，有关人员应该从隧道工程地下水处理的客观实际出发，研究制定最为切合实际的环境地质效应掌控方案。