論地下水對山嶺隧道施工的影響及對策

張小金

摘要：隨著國民經濟的發(fā)展和交通的建設，我國從上世紀開始便建造了許許多多的隧道。不論是在隧道建設過程中，還是建后運營維護時，地下水問題一直是影響著隧道工程的重要因素之一。地下水的活動和作用會改變隧道含水環(huán)境，對山嶺隧道造成影響，影響隧道穩(wěn)定，因此認識地下水對隧道施工的影響和做好防排水措施至關重要。

關鍵詞：隧道工程；地下水；山嶺隧道防排水

隨著我國公路交通事業(yè)飛速發(fā)展，公路等級不斷提高，通車里程逐年攀升，在山嶺和丘陵地區(qū)高速公路建設中，隧道方案以能縮短行車里程、提高線型標準、保護生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點，得到普遍應用，而地下水環(huán)境影響是隧道施工的一個重要問題，隧道開挖將可能破壞區(qū)域內的地下水系，山脈的地下水系經過長期演變逐漸穩(wěn)定，有其自身的水流規(guī)律，隧道的出現(xiàn)必將改變地下水賦存狀況，并成為地下水排出的天然通道，造成地下水的大量流失，并且隧道施工過程中，可能會由于水文地質的難以預料或調查不夠清楚，打穿地下含水層，造成掘進過程中的涌水現(xiàn)象，從而對工程區(qū)地下水環(huán)境造成一定程度的不利影響。

1、地下水對隧道工程的危害

隧道工程地質的問題常會引起隧道事故，而地下水的活動和作用最是關鍵，大量的工程事故都是因地下水作用而引發(fā)。當隧道通過斷層破碎帶、巖溶裂隙以及松散巖土時，常會與地表水以及區(qū)域地下水有水力聯(lián)系。當隧道建設要穿過斷層破碎帶以及大型溶洞時，隧道山嶺隧道被分割為單獨水力聯(lián)系的單元，影響建筑結構的安全施工、正常使用及耐久性，對隧道施工以及建后的養(yǎng)護運營等會有較大影響。

針對地下水可能會對隧道安全施工和穩(wěn)定運行造成的危害，必須采取必要的防排水措施。其合理性與周圍地層的工程地質和水文地質條件關系密切。地下水水頭較高時，采取以堵為主的方針防水，這將給隧道結構帶來水壓升高或作用位置轉移等問題，故有必要使隧道防排水遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則，保證隧道結構物和營運設備的正常使用和行車安全，達到防水可靠、排水通暢、經濟合理、不留后患的目的。

2、地下水對山嶺隧道的影響

2.1地下水對山嶺隧道的軟化作用

隧道山嶺隧道受到地下水的物理作用是熱融、凍融、崩解、泥化、潤滑、分割、軟化，通常表現(xiàn)為綜合軟化效應。當地下水浸潤巖石后，巖石的物理狀態(tài)受水分子影響發(fā)生改變，并且使巖石內部顆粒表面有了特殊變化，使巖石強度發(fā)生改變，因此也加劇了巖石移動的整個過程。當巖石中砂巖水分提升到4%時，強度便隨之相應降低百分之五十。使砂礫土在支撐力不足的情況下徹底失去支撐力。尤其是粘土礦物，由于其親水性強、顆粒細，因此會形成水分子層在礦物粘土之間：而與此同時，礦物晶胞層中也易進入水分子，從而在內部層間形成水層。水層形成容易導致粘土礦物內外部膨脹，巖石強度會因這些水層的膨脹而降低巖石強度，也稱之為軟化作用。軟化作用與巖石膠結強度和膠結成分有很大關系。

2.2地下水對山嶺隧道的分割作用

水會對巖石的機理起到一定的分割作用，巖石在承受水壓時，有效法向應力會隨之減小，同時巖石的潛在抗剪力也會因摩擦少而減小，最終也會使抗壓抗剪切力強度減小，因此為水侵入巖層創(chuàng)造了條件。同時水還會巖石有一定的化學腐蝕效應，會與巖體的一些溶水元素發(fā)生化學反應，導致巖體上因密度的不足而生成許多空隙，從而降低了巖石強度。

2.3地下水對山嶺隧道的膨脹作用

不同的巖石質體會有不同的吸水性能，吸水性能致使巖石產生膨脹的效果，因此會導致巖石內外部應變應力的改變，尤其是一些空隙較多巖體，由于孔內的黃土積聚，很容易遇水發(fā)生膨脹，導致山嶺隧道損壞。在隧道工程施工中，應充分考慮水對巖石產生的影響。

3、隧道工程防排水施工要點

3.1隧道防排水設計目的

應對隧道防排水設計意圖做到充分理解，防排水設計要以排水為主，輔助以堵、截、引等手段，并依據長期防排水的實踐經驗，依據具體情況設計排水設施并進行合理布置。要增加排水設施在隧道地下水較多的地方，實現(xiàn)順利排水。在初期支護中應該對第一道工序實行引截排的防排手段。山嶺隧道開挖中根據其涌水的實際情況，做好記錄，并進行引排。通過混凝土堵截和引水導管的引導在初期支護中形成一定的排水設施，混凝土滲水在噴混凝土后大為改觀，從而達到防水效果。

3.2隧道防排水防線

初期支護是隧道防排水的第一道防線，而第二道防線則是通過背面排水和初砌柔性排水的設置來實現(xiàn)，在進行第二次襯砌時，應對噴錨混凝土的鋼筋網斷頭、錨桿和不平整部位進行噴補修鑿，以達到適合柔性防水鋪掛的混凝土表面平整要求。再依造設計的具體要求將軟式透水管掛在邊墻環(huán)或拱部。根據混凝土滲漏的實際情況進行透水管引導，或者是增加用塑料錨固螺栓加固的環(huán)向軟式排水管。對塑料錨固螺栓進行布置時，依據防水板一定的尺寸進行鉆孔塑料錨固螺栓的安裝，防水板鋪掛時，應采用墊圈環(huán)向和螺釘，并使搭建的寬度在一定規(guī)范內。

3.3隧道涌水類型

隧道涌水可根據地下水的類型分為潛水滲流涌水、承壓水滲流涌水、降水滲流涌水和集中涌水四類。其中潛水滲流的特點是地下水位相對比較穩(wěn)定，且水位面高于隧道縱向排水管的高程；承壓水滲流涌水的特點是地下水承壓，壓力較大并且較為穩(wěn)定，這類地下水容易造成隧道路面溢水：降水下滲涌水量是指地表降水下滲流向隧道形成的滲流量，其特點是滲流流向鉛垂向下或沿巖層主導裂隙方向向下滲流，滲流線被隧道所截者從隧道排出，未截者則不受隧道影響：集中涌水是指隧道穿越地下暗河，或與地表河流水庫等有水力聯(lián)系的斷層破碎帶等時通過涌水處快速流入隧道排水系統(tǒng)的水量，其特點是出水點集中，出水量大，施工時應事先做出妥善處理。

結束語：隧道涌水量的估算需要進行進行專門的含水區(qū)段水文地質試驗，其計算方法一般有解析法、物理模擬法和數值模擬法。近些年來，隨著科學技術的不斷發(fā)展，電子計算機得到了空前廣泛應用，數值模擬對地下水的非均質、各向異性特征描述已經能夠實現(xiàn)，已經在計算隧道涌水量中得到了廣泛的應用。