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運營階段地下水對隧道的影響主要表現為對隧道襯砌的侵蝕,常見的有溶解作用,凍融作用和潛蝕作用。地下水的侵蝕會對隧道結構穩定、洞內設施、行車安全、地面建筑產生諸多不良影響甚至威脅。襯砌周圍的地下水長期對襯砌混凝土有溶解作用。由于地下水的侵蝕作用,隧道圍巖和襯砌逐漸被軟化,襯砌結構的可靠性、耐久性降低,對隧道整體的穩定影響很大。如果地下水通過襯砌混凝土損傷部位,工縫變形縫等穿透隧道防排水體系,造成隧道內部環境潮濕,使洞內供電、照明及通信設備等發生銹蝕,降低這些設備的使用效率和使用壽命,嚴重惡化隧道運營環境,降低服務質量,增加隧道的維護運營費用。隧道內的滲透水還會形成路面積水,造成車輛打滑,危及行車安全。
2隧道建設對地下水環境的影響
地下水滲流系統給隧道的建設和運營造成了嚴重影響,同時隧道建設也會給地下水環境帶來嚴重影響。隧道工程對于地下水的疏干和改造作用顯得尤其突出,目前一些竣工的隧道工程已經表現出對隧址區的嚴重影響。
(1)隧道對地下水的疏干作用
隧道開挖后,由于集水和匯水作用,地下水不斷進入隧道中,地下水動力場因此發生改變,引起地下水的運動通道發生轉移,形成新的勢匯。隨著隧道排水過程的延續,整個隧址區的地下水系統發育形成了新的地下水轉移通道,隧道開始大量排出地下水,從而形成一個降位漏斗,漏斗不斷擴展,疏干其影響范圍內的地面水源,引起地下水與地表水徑流發生改變,直接造成隧址區地表泉水流量減少甚至溶泉消失,井水水位下降,水量減少甚至干涸,直接影響當地工農業生產及人民的生活。隧道的建設造成地下水位降低,當地下水位到一定程度時,會使當地土壤含水量減少,植物生長受到抑制,甚至萎蔫、停止生長,給當地的環境帶來負面影響和經濟損失,尤其是水稻種植區域影響更為嚴重,原有作物無法繼續種植,給正常農業生產造成極大危害。
(2)隧道排水導致巖土應力變化
隧道排水會引起地下水滲流場的變化,造成地下水位下降,飽和巖土層中的孔隙水壓力下降,圍巖承受的有效應力增加。其次,由于地下水動力場的改變,地下水流方向改變為向隧道中心流動,其方向是向下的,地下水滲流力增大了豎直向下的應力,造成總應力上升,更增大了圍巖的有效應力。在有效應力增大的情況下,圍巖會發生新的沉降,直到巖體應力達到新的動態平衡。大面積的巖體沉降使隧道的使用效能降低,維護成本增加。隧址區的房屋由于地面沉降普遍出現房屋開裂、傾斜,給當地居民的生產生活帶來不便和安全隱患。農田由于土體沉陷而毀壞,無法繼續耕種,使得土地基本喪失耕作功能。
3建議處理隧道和地下水關系的對策措施
(1)選擇地質條件優良的隧址,是避免或者減輕隧道和地下水矛盾關系的最有效方法。
隧道選址時盡量避開巖體斷裂破碎區和地下水蘊藏豐富區域。若選址無法繞避地質不良地段,則應在施工前做好詳細的地質勘察工作,對隧址區地層巖性,地質構造,地下水的滲流規律等情況進行詳細調查,做好易涌突水段襯砌的防滲措施,避免施工時突水和塌方事故的發生。
(2)對于隧道中的地下水,必須建立"防、排、截、堵結合,以堵為主"的處理理念
根據實際情況選擇合適的防排水方案,形成完整的隧道治水體系,并且結合隧址區生態環境的承受力和施工成本因素控制隧道的排水量,減少對地下水環境平衡的擾動。
(3)施工之前應制定完善的施工方案
施工過程中加強水文觀測和超前地質預報工作,加強對軟弱圍巖和斷層破碎帶的支護,嚴密監測隧道涌水量,增強動態設計和施工管理,做好各種突水事件預案。
(4)隨著隧道施工技術的不斷進步,出現了很多經濟環保的施工方法。
比如采用冷凍法預處理隧道可能出現的突水涌水段,這樣既能封堵地下水,也能加固圍巖。在條件允許時采用排供結合模式,能有效降低隧道持續排水造成的不良地質效應,減少水資源的浪費。隧道排水回灌方法能夠減小地下水位下降幅度,減輕隧道對環境的破壞,適用于干旱半干旱缺水地區的隧道建設。
作者:李圓浩 單位:重慶交通大學交通運輸學院