隧道工程地下水处理的环境地质效应

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1、http://www.paper.edu.cn隧道工程地下水处理的环境地质效应1212*王廷亮，谌文武1西部灾害与环境力学教育部重点实验室，兰州（730000）2兰州大学土木工程与力学学院，兰州（730000）E-mail：wangtl06@lzu.cn摘要：现行隧道规范规定隧道工程中地下水处理必须遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，但是在工程实际中大多还是采取以排为主的处理方法。从分析隧道排水可能引起的严重环境地质效应着手，辅以工程实例，探讨缓解、消除不良环境地质效应的途径，倡导在隧道选线、设计、

2、施工各个环节中将隧道地下水合理处理作为重要因素考虑，切实贯彻以堵为主的施工理念，探询更为环保科学的施工方法，采用更节约资源的排供结合模式，以缓解隧道开挖和排水所引发的不良环境地质效应。关键词：隧道工程，地下水，环境地质效应，围岩1.引言现行隧道设计规范规定对地下水的处理必须遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，但是由于各种因素，在实际施工中对于地下水的处理更多的还是采取排的方式。我国已建隧道中对于地下水的处理方法比较单一，导致了隧道区地下水资源无谓流失，破坏了周边生态环境平衡。在雨水补给充盈的南方地区

3、，短期内不会产生很严重的环境地质效应，但是在水资源较为匮乏的西部尤其是西北干旱半干旱地区，则显得尤为突出。结合工程实例，分析了隧道排水可能引发的不良环境地质效应，提出在隧道选线阶段必须尽量避免穿越岩体破碎且地下水丰富的地段，在施工阶段中建议将目前用于加固的冷冻法施工引入到地下水处理中，同时采取排供结合的地下水处理模式，从而有效缓解隧道开挖所引起的不良环境地质效应。2.隧道排水引发的环境地质效应环境地质效应主要是指因环境变异而产生的一系列严重危及生态地质环境稳定性与人类生产活动的作用与效果的总和。以前的有关规范、规则，

4、几乎都未把隧道工程建设与环境保护作为一个系统来考虑，没有关于隧道开挖及地下水对生态环境影响评价的专门条款和规定，隧道排水不仅会导致隧道中的各种水害，而且可能直接导致洞顶地表岩溶塌陷、地下水位下降、地表水和井泉水流量减小甚至枯竭、地表水土大量流失、生态环境恶化等，严重影响了人民的生产和生活。2.1对隧道围岩的影响围岩岩体中地下水赋存条件与活动状况，既影响围岩的应力状态又影响围岩的强度，进而影响隧道围岩的稳定。（1）对围岩的溶蚀作用隧道排水加速了地下水的渗流速度，冲刷和携带了岩石裂隙中的大量充填物质，改变了围岩的结构，使

5、地下水对围岩的溶蚀作用加强。溶蚀作用即由水的化学作用把岩体中某些溶水元素带走,使岩石密度降低,孔隙增大,岩石强度降低。在天然状态下，隧址区地下水系统中各含水层基本是相对独立的，彼此间不存在水量交换。然而，隧道排水后，由于地下水位不断下降，打破了地下水系统内部原有的水力平衡，通过断裂构造使一定范围内的相对隔水层转变为透水层，使疏干漏斗涉及范围内的-1-http://www.paper.edu.cn地下水系统具有一定程度的水力连续性。原本相对滞留的地下水，在附加水力梯度的驱动下，主要通过裂隙、溶隙等进入到相邻的含水层中，

6、或者部分直接泄入隧道，从而导致氧化作用［1］,［2］加强的补给水的入侵，加剧了岩体溶蚀。以渝怀线圆梁山隧道为例，隧址区基岩为碳酸盐岩，被溶蚀的具体原理可表示如下：+2+-CaCO3+H=Ca+HCO3(1)+2+2+-CaMg［CO3］2+2H=Ca+Mg+2HCO3（2）假定有如下反应，反应物A和B反应，产生生成物c和D，其反应式可表示为：aA+bB=cC+dD（3）式中：a、b、c和d分别为A、B、C、D的摩尔数。当达到平衡时，反应物与生成物的关系如下：cCdD[]⋅[]K=（4）aAbB[][]⋅［3］式中：K

7、为反应的平衡常数，方括弧代表该反应物或生成物的浓度+由上式可知，当有氧化作用的补给水入侵后，地下水中的H浓度增加，为了维持平衡2＋2+常数K不变，Ca和Mg浓度必然增加，亦即岩石被溶蚀程度加重。（2）对膨胀岩的破坏膨胀岩是指在水的物理化学作用下随时间的发展易产生体积增加、破碎和分解的一类岩石。这类岩石的组成成分、结构特征、环境影响因素不同于一般的岩石，具有特殊的工程性质。相应试验证明，膨胀岩一旦浸入水中，由于水分子的渗透作用，增加了岩石的含水率，造成结晶格架膨胀隆起，产生一定的膨胀变形和膨胀压力，且在短时间内较为剧烈

8、。当其膨［4］,［5］胀变形量超过该岩石的允许的拉应变时，就会造成此类岩石崩解破坏。在隧道工程中，当采取排水措施时，结构面不断被冲刷，地下水流速加剧，围岩中本来与水隔绝的部分也将会逐渐与地下水接触，如果隧道围岩矿物中含有诸如水云母、蒙脱石、高岭石以及埃落石等，这部分矿物质将随着含水率的增加而产生膨胀，从而可能导致围岩的破坏。2.2对结构面的破坏