论地下水对山岭隧道施工的影响及对策

张小金

摘要：随着国民经济的发展和交通的建设，我国从上世纪开始便建造了许许多多的隧道。不论是在隧道建设过程中，还是建后运营维护时，地下水问题一直是影響着隧道工程的重要因素之一。地下水的活动和作用会改变隧道含水环境，对山岭隧道造成影响，影响隧道稳定，因此认识地下水对隧道施工的影响和做好防排水措施至关重要。

关键词：隧道工程；地下水；山岭隧道防排水

随着我国公路交通事业飞速发展，公路等级不断提高，通车里程逐年攀升，在山岭和丘陵地区高速公路建设中，隧道方案以能缩短行车里程、提高线型标准、保护生态环境等优点，得到普遍应用，而地下水环境影响是隧道施工的一个重要问题，隧道开挖将可能破坏区域内的地下水系，山脉的地下水系经过长期演变逐渐稳定，有其自身的水流规律，隧道的出现必将改变地下水赋存状况，并成为地下水排出的天然通道，造成地下水的大量流失，并且隧道施工过程中，可能会由于水文地质的难以预料或调查不够清楚，打穿地下含水层，造成掘进过程中的涌水现象，从而对工程区地下水环境造成一定程度的不利影响。

1、地下水对隧道工程的危害

隧道工程地质的问题常会引起隧道事故，而地下水的活动和作用最是关键，大量的工程事故都是因地下水作用而引发。当隧道通过断层破碎带、岩溶裂隙以及松散岩土时，常会与地表水以及区域地下水有水力联系。当隧道建设要穿过断层破碎带以及大型溶洞时，隧道山岭隧道被分割为单独水力联系的单元，影响建筑结构的安全施工、正常使用及耐久性，对隧道施工以及建后的养护运营等会有较大影响。

针对地下水可能会对隧道安全施工和稳定运行造成的危害，必须采取必要的防排水措施。其合理性与周围地层的工程地质和水文地质条件关系密切。地下水水头较高时，采取以堵为主的方针防水，这将给隧道结构带来水压升高或作用位置转移等问题，故有必要使隧道防排水遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全，达到防水可靠、排水通畅、经济合理、不留后患的目的。

2、地下水对山岭隧道的影响

2.1地下水对山岭隧道的软化作用

隧道山岭隧道受到地下水的物理作用是热融、冻融、崩解、泥化、润滑、分割、软化，通常表现为综合软化效应。当地下水浸润岩石后，岩石的物理状态受水分子影响发生改变，并且使岩石内部颗粒表面有了特殊变化，使岩石强度发生改变，因此也加剧了岩石移动的整个过程。当岩石中砂岩水分提升到4%时，强度便随之相应降低百分之五十。使砂砾土在支撑力不足的情况下彻底失去支撑力。尤其是粘土矿物，由于其亲水性强、颗粒细，因此会形成水分子层在矿物粘土之间：而与此同时，矿物晶胞层中也易进入水分子，从而在内部层间形成水层。水层形成容易导致粘土矿物内外部膨胀，岩石强度会因这些水层的膨胀而降低岩石强度，也称之为软化作用。软化作用与岩石胶结强度和胶结成分有很大关系。

2.2地下水对山岭隧道的分割作用

水会对岩石的机理起到一定的分割作用，岩石在承受水压时，有效法向应力会随之减小，同时岩石的潜在抗剪力也会因摩擦少而减小，最终也会使抗压抗剪切力强度减小，因此为水侵入岩层创造了条件。同时水还会岩石有一定的化学腐蚀效应，会与岩体的一些溶水元素发生化学反应，导致岩体上因密度的不足而生成许多空隙，从而降低了岩石强度。

2.3地下水对山岭隧道的膨胀作用

不同的岩石质体会有不同的吸水性能，吸水性能致使岩石产生膨胀的效果，因此会导致岩石内外部应变应力的改变，尤其是一些空隙较多岩体，由于孔内的黄土积聚，很容易遇水发生膨胀，导致山岭隧道损坏。在隧道工程施工中，应充分考虑水对岩石产生的影响。

3、隧道工程防排水施工要点

3.1隧道防排水设计目的

应对隧道防排水设计意图做到充分理解，防排水设计要以排水为主，辅助以堵、截、引等手段，并依据长期防排水的实践经验，依据具体情况设计排水设施并进行合理布置。要增加排水设施在隧道地下水较多的地方，实现顺利排水。在初期支护中应该对第一道工序实行引截排的防排手段。山岭隧道开挖中根据其涌水的实际情况，做好记录，并进行引排。通过混凝土堵截和引水导管的引导在初期支护中形成一定的排水设施，混凝土渗水在喷混凝土后大为改观，从而达到防水效果。

3.2隧道防排水防线

初期支护是隧道防排水的第一道防线，而第二道防线则是通过背面排水和初砌柔性排水的设置来实现，在进行第二次衬砌时，应对喷锚混凝土的钢筋网断头、锚杆和不平整部位进行喷补修凿，以达到适合柔性防水铺挂的混凝土表面平整要求。再依造设计的具体要求将软式透水管挂在边墙环或拱部。根据混凝土渗漏的实际情况进行透水管引导，或者是增加用塑料锚固螺栓加固的环向软式排水管。对塑料锚固螺栓进行布置时，依据防水板一定的尺寸进行钻孔塑料锚固螺栓的安装，防水板铺挂时，应采用垫圈环向和螺钉，并使搭建的宽度在一定规范内。

3.3隧道涌水类型

隧道涌水可根据地下水的类型分为潜水渗流涌水、承压水渗流涌水、降水渗流涌水和集中涌水四类。其中潜水渗流的特点是地下水位相对比较稳定，且水位面高于隧道纵向排水管的高程；承压水渗流涌水的特点是地下水承压，压力较大并且较为稳定，这类地下水容易造成隧道路面溢水：降水下渗涌水量是指地表降水下渗流向隧道形成的渗流量，其特点是渗流流向铅垂向下或沿岩层主导裂隙方向向下渗流，渗流线被隧道所截者从隧道排出，未截者则不受隧道影响：集中涌水是指隧道穿越地下暗河，或与地表河流水库等有水力联系的断层破碎带等时通过涌水处快速流入隧道排水系统的水量，其特点是出水点集中，出水量大，施工时应事先做出妥善处理。

结束语：隧道涌水量的估算需要进行进行专门的含水区段水文地质试验，其计算方法一般有解析法、物理模拟法和数值模拟法。近些年来，随着科学技术的不断发展，电子计算机得到了空前广泛应用，数值模拟对地下水的非均质、各向异性特征描述已经能够实现，已经在计算隧道涌水量中得到了广泛的应用。