隧洞施工对地下水的影响探讨
芮茂刚
摘 要：论文探讨了隧洞施工对地下水影响的具体表现，分析了隧洞施工中地下水的控制方法与施工工艺，提出了基于地下水保护的隧洞施工的对策建议。
关键词：隧洞施工；地下水影响；控制方法；施工工艺
中图分类号：TV52 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）5-0075-02
党的十九大报告中指出，近年来我国的交通运输事业取得了辉煌成就，高铁、公路、桥梁、港口、机场等基础设施建设得到了快速推进，报告明确提出了建设“交通强国”的号召和要求，这意味着我国的交通建设开启了新的征程。在公路、铁路建设过程中，为了缩短行车里程、更好地保护生态环境，一般在山岭路段和丘陵路段都会采用隧道方案。然而，隧道施工过程中，隧洞开挖往往会破坏地下水环境，如果不妥善处理就会造成地下水浪费流失以及涌水现象，对隧洞施工带来极大危害。所以，有必要深入探讨隧洞施工对地下水的影响，掌握地下水控制方法和施工工艺，提出有效的解决措施。
1 隧洞施工对地下水的影响表现
交通建设隧洞施工期，如果对水文地质情况调查不全面，或者突发水文地质灾害，隧洞施工可能就会直接打穿地下含水层，导致涌水现象。涌水现象一方面会对地下水环境带来污染，导致地下水流失、地下水位下降；另一方面，涌水量大不仅会影响隧洞施工难度和进度，对施工人员和施工机械带来影响，而且会影响到隧洞结构稳定，对后期隧道运营产生不利影响。具体来说，隧洞施工对地下水的影响主要表现在水量和水质两个方面。
1.1 对水量的影响
隧洞施工过程中，隧洞的开挖会形成新的排泄通道，如果破坏到地下水泉点，会导致泉点干涸不再出水，地表水减流以及地下水水位下降。泉点流量减小，漏失的水量进入隧洞会形成涌水灾害，影响正常的施工作业。同时，泉点流量减小，使得周边的水源补给受到威胁。新的排泄通道会改变渗流场，加之隧洞往往会破坏隔水层，使得径流区和排泄区不具备独立性。隧道涌水一般发生在地下水补给比较丰富或者径流比较快速的垂直渗流带和水平径流带内，地下水位、地面汇水条件、地质构造、地层岩性、岩溶发育程度等是影响涌水量的主要因素。涌水现象的发生，主要是因为隧洞施工时地表水会沿着岩溶管道渗透到隧道中，以及地下水通过岩溶通道、裂缝和间隙、暗河等管道进入隧道中。
1.2 对水质的影响
隧洞开挖后一般为了更好地排水会在沿线分散设置施工支洞，同时还要设置弃渣场，避免施工排水随意排放。然而，施工支洞在施工过程中也会产生污染物，这些污染物会和涌水一起排入洼地、落水洞等地下水体，对地下水造成污染。因此，隧洞施工排水不当，会对地表水和地下水带来污染。地表水方面，水面悬浮物增多、水质浑浊、PH值变化等是比较明显的影响。地下水方面，砂石料加工污水、注浆废水、机械保养的含油废水、生活废水等向支洞附近排放，对地下水水质带来了污染。尤其是隧洞施工采用化学灌浆方法，对护壁和堵漏均具有一定毒性的化学注浆材料，这对地下水水质的危害较大；此外，隧洞施工后的弃渣场经受日晒和雨淋，废渣中的炸药残余、油液残余等也成了地下水的污染源，造成次生污染。
2 隧洞施工中地下水的控制方法与施工工艺
为了降低隧洞施工地下水流失量，尽可能减少施工对地下水的污染，应综合采用一些地下水控制方法。
2.1 地下水控制方法
隧洞施工中，地下水的控制方法主要有压注阻水法、导水法和堵水法。
压注法的原理就是向图层灌浆，强化土壤图层密实度，提高地层防水性。压注的具体方法，就是使用注浆设备把压注材料注入填料层中，沿层理或裂隙劈裂式注入，使受注层得到加固和填充，起到防水抗渗的作用。导水法即排水法，隧洞施工时遇到涌突水时，可以先采用导水法进行排水，在渗漏严重的地方安装导流管，把地下水引流到不影响施工作业的隧洞外。如果涌突水过大，短期内导水法无法有效控制地下水，可以同时采用堵水法施工。堵水法，其原理是控制地下渗漏水、改变水在地层中的渗透规律，把将排水沟渗透系数按照隔水层处理，便于隧洞施工顺利进行，堵水措施一般贯穿整个施工期。在隧洞施工實践中，地下水控制经常综合使用导水法、堵水法和压注阻水法。
2.2 施工工艺
2.2.1 压注阻水施工工艺
压注法的注浆工艺，主要采用二重管无收缩A、B（C）双液注浆WSS 工法，对工程土体进行辐射注浆，范围为隧洞工程结构外1.5m范围。通过双液注浆，改变工程土体物理特性，增加土体粘结性和防水性，确保工程施工质量和施工安全。施工材料选用环保材料，避免因材料自身而导致对地下水污染的问题，材料配比、注浆喷射等均可以结合隧洞施工实际进行调整，因此WSS 工法注浆效果较好。注浆材料的凝结时间应可以调节，同时具备较高的防水性和强度（不容易被水溶解），注浆材料配比应严格按照要求完成。注浆参数包括孔径、孔深、孔间距、扩散半径、注浆压力、凝结时间等要素，设计注浆强度控制在在0.5MPa以上。注浆施工工艺流程包括确定孔位——钻机就位——钻进成孔——浆液配比——注浆等环节，并严格遵循相关质量标准。
2.2.2 导水施工工艺
一些隧洞工程的地下水流量、压力较大，如果仅采用简单的压注阻水法可能无法满足隧洞施工要求，在开挖过程中会出现局部渗流甚至小面积的渗流。面对这样的地质条件，就要采取导水措施。因为一旦阻水措施不周全，小部分区域注浆不严或者遗漏，加之施工过程对土体的震动，渗流是难以避免的。针对局部渗流和小面积渗流的区域（位置），可以选择渗流集中的点处打入花管作为导流管。参考工程水文地质条件来实际设置导流管，避免对隧洞开挖施工带来不利影响。导流管安置后及时进行一衬施工，施工完成后再对导流管导流出来的水进行收集和排出。
2.2.3 堵水施工工艺
堵水法和导水法经常结合使用，目的就是为了在隧洞施工过程中最大限度地保护地下水系统。堵水施工的工艺流程包括一衬支护和二衬施工，首先在一衬支护施工完工后，对隧洞内存在渗水的局部进行封堵；然后在二衬浇筑施工完成后，对二衬与一衬拱顶间隙进行补浆封堵。一衬施工结束后，用双浆液对导水花管注浆（注浆压力为0.5MPa），做好堵水工作，同时切除注浆管外露部分。二衬施工时，为了处理二衬混凝土收缩导致拱顶部形成空隙的问题，应及时在拱顶预埋注浆管和排气管，对空隙进行有效处理，防止地下水渗入。
3 基于地下水保护的隧洞施工对策建议
3.1 重视隧洞开挖前的勘探和准备工作
隧洞开挖难免都会导致涌水现象，只是区别在于不同地质条件下涌水量不一而已。在隧洞开挖前，为了尽量减少涌水对施工的影响，应提前做好对工程地质的勘探和考察工作，确定富水带位置，提前做好相应的准备工作和处置措施，例如深孔预注浆堵水措施、围岩加固止水措施等等。在施工时间的选择上，在不影响工期的情况下，尽可能选择在旱季施工，避开雨季，减少隧道涌水量。
3.2 做好施工过程控制
隧洞开挖后，应做好相关超前预报工作，对地表水要设置好排水沟，把水引向隧道之外。排水沟应结合水流大小来设置，确保排水通畅原则，避免排水不畅导致突水问题，对施工人员带来危险。施工刚开始阶段，应重视对隧洞周边生产和生活用水情况的监测，如果发现因隧洞施工引起附近植被生长和农田用水，甚至影响到居民生活用水时，应对原有施工方案进行改进和优化，同时考虑经济补偿措施。
隧洞施工过程中，严格监控废水排放。施工期应在各废水排放口设置水质监测点进行排放污水的监测，达到排放标准后才能排放；如果污水水质指标没有达到标准，则应进一步处理才能排放。第一，钻爆产生的炸药粉尘以及灌浆产生的废水，应加入药物混凝剂经搅拌器充分搅动混合，进行严格的预沉及混凝沉淀处理才能集中排放。统一排放的废水达标后，可以通过沉渣方式与工程废弃料一并处理，部分废水可回用。第二，加强对施工机械产生的油污、污染性有机物、含油冲洗废水的收集和处理。维修机械时，可以用油布、棉纱等垫子吸收漏油，减少油污带来的直接污染。在隧洞进出口处设置污水处理设施，例如隔油沉淀浮选处理，预留补强设施场地等，减少运输车辆和机械本身在运动中产生的油污对水体带来的污染。第三，弃渣场的处置对策。弃渣场处应设置隔离栅，避免因下雨和地表水流动导致的水体污染；施工完成后及时把渣土运走集中处理。第四，生活用水处理。隧洞施工周期较长，施工人员也较长，因此施工人员的生活污水需经硝化、杀菌处理后达到排放标准方可排放，可以选择一体化生活污水处理设施，或者排放至就近的城镇污水管网，进行污水处理。
摘 要：论文探讨了隧洞施工对地下水影响的具体表现，分析了隧洞施工中地下水的控制方法与施工工艺，提出了基于地下水保护的隧洞施工的对策建议。
关键词：隧洞施工；地下水影响；控制方法；施工工艺
中图分类号：TV52 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）5-0075-02
党的十九大报告中指出，近年来我国的交通运输事业取得了辉煌成就，高铁、公路、桥梁、港口、机场等基础设施建设得到了快速推进，报告明确提出了建设“交通强国”的号召和要求，这意味着我国的交通建设开启了新的征程。在公路、铁路建设过程中，为了缩短行车里程、更好地保护生态环境，一般在山岭路段和丘陵路段都会采用隧道方案。然而，隧道施工过程中，隧洞开挖往往会破坏地下水环境，如果不妥善处理就会造成地下水浪费流失以及涌水现象，对隧洞施工带来极大危害。所以，有必要深入探讨隧洞施工对地下水的影响，掌握地下水控制方法和施工工艺，提出有效的解决措施。
1 隧洞施工对地下水的影响表现
交通建设隧洞施工期，如果对水文地质情况调查不全面，或者突发水文地质灾害，隧洞施工可能就会直接打穿地下含水层，导致涌水现象。涌水现象一方面会对地下水环境带来污染，导致地下水流失、地下水位下降；另一方面，涌水量大不仅会影响隧洞施工难度和进度，对施工人员和施工机械带来影响，而且会影响到隧洞结构稳定，对后期隧道运营产生不利影响。具体来说，隧洞施工对地下水的影响主要表现在水量和水质两个方面。
1.1 对水量的影响
隧洞施工过程中，隧洞的开挖会形成新的排泄通道，如果破坏到地下水泉点，会导致泉点干涸不再出水，地表水减流以及地下水水位下降。泉点流量减小，漏失的水量进入隧洞会形成涌水灾害，影响正常的施工作业。同时，泉点流量减小，使得周边的水源补给受到威胁。新的排泄通道会改变渗流场，加之隧洞往往会破坏隔水层，使得径流区和排泄区不具备独立性。隧道涌水一般发生在地下水补给比较丰富或者径流比较快速的垂直渗流带和水平径流带内，地下水位、地面汇水条件、地质构造、地层岩性、岩溶发育程度等是影响涌水量的主要因素。涌水现象的发生，主要是因为隧洞施工时地表水会沿着岩溶管道渗透到隧道中，以及地下水通过岩溶通道、裂缝和间隙、暗河等管道进入隧道中。
1.2 对水质的影响
隧洞开挖后一般为了更好地排水会在沿线分散设置施工支洞，同时还要设置弃渣场，避免施工排水随意排放。然而，施工支洞在施工过程中也会产生污染物，这些污染物会和涌水一起排入洼地、落水洞等地下水体，对地下水造成污染。因此，隧洞施工排水不当，会对地表水和地下水带来污染。地表水方面，水面悬浮物增多、水质浑浊、PH值变化等是比较明显的影响。地下水方面，砂石料加工污水、注浆废水、机械保养的含油废水、生活废水等向支洞附近排放，对地下水水质带来了污染。尤其是隧洞施工采用化学灌浆方法，对护壁和堵漏均具有一定毒性的化学注浆材料，这对地下水水质的危害较大；此外，隧洞施工后的弃渣场经受日晒和雨淋，废渣中的炸药残余、油液残余等也成了地下水的污染源，造成次生污染。
2 隧洞施工中地下水的控制方法与施工工艺
为了降低隧洞施工地下水流失量，尽可能减少施工对地下水的污染，应综合采用一些地下水控制方法。
2.1 地下水控制方法
隧洞施工中，地下水的控制方法主要有压注阻水法、导水法和堵水法。
压注法的原理就是向图层灌浆，强化土壤图层密实度，提高地层防水性。压注的具体方法，就是使用注浆设备把压注材料注入填料层中，沿层理或裂隙劈裂式注入，使受注层得到加固和填充，起到防水抗渗的作用。导水法即排水法，隧洞施工时遇到涌突水时，可以先采用导水法进行排水，在渗漏严重的地方安装导流管，把地下水引流到不影响施工作业的隧洞外。如果涌突水过大，短期内导水法无法有效控制地下水，可以同时采用堵水法施工。堵水法，其原理是控制地下渗漏水、改变水在地层中的渗透规律，把将排水沟渗透系数按照隔水层处理，便于隧洞施工顺利进行，堵水措施一般贯穿整个施工期。在隧洞施工實践中，地下水控制经常综合使用导水法、堵水法和压注阻水法。
2.2 施工工艺
2.2.1 压注阻水施工工艺
压注法的注浆工艺，主要采用二重管无收缩A、B（C）双液注浆WSS 工法，对工程土体进行辐射注浆，范围为隧洞工程结构外1.5m范围。通过双液注浆，改变工程土体物理特性，增加土体粘结性和防水性，确保工程施工质量和施工安全。施工材料选用环保材料，避免因材料自身而导致对地下水污染的问题，材料配比、注浆喷射等均可以结合隧洞施工实际进行调整，因此WSS 工法注浆效果较好。注浆材料的凝结时间应可以调节，同时具备较高的防水性和强度（不容易被水溶解），注浆材料配比应严格按照要求完成。注浆参数包括孔径、孔深、孔间距、扩散半径、注浆压力、凝结时间等要素，设计注浆强度控制在在0.5MPa以上。注浆施工工艺流程包括确定孔位——钻机就位——钻进成孔——浆液配比——注浆等环节，并严格遵循相关质量标准。
2.2.2 导水施工工艺
一些隧洞工程的地下水流量、压力较大，如果仅采用简单的压注阻水法可能无法满足隧洞施工要求，在开挖过程中会出现局部渗流甚至小面积的渗流。面对这样的地质条件，就要采取导水措施。因为一旦阻水措施不周全，小部分区域注浆不严或者遗漏，加之施工过程对土体的震动，渗流是难以避免的。针对局部渗流和小面积渗流的区域（位置），可以选择渗流集中的点处打入花管作为导流管。参考工程水文地质条件来实际设置导流管，避免对隧洞开挖施工带来不利影响。导流管安置后及时进行一衬施工，施工完成后再对导流管导流出来的水进行收集和排出。
2.2.3 堵水施工工艺
堵水法和导水法经常结合使用，目的就是为了在隧洞施工过程中最大限度地保护地下水系统。堵水施工的工艺流程包括一衬支护和二衬施工，首先在一衬支护施工完工后，对隧洞内存在渗水的局部进行封堵；然后在二衬浇筑施工完成后，对二衬与一衬拱顶间隙进行补浆封堵。一衬施工结束后，用双浆液对导水花管注浆（注浆压力为0.5MPa），做好堵水工作，同时切除注浆管外露部分。二衬施工时，为了处理二衬混凝土收缩导致拱顶部形成空隙的问题，应及时在拱顶预埋注浆管和排气管，对空隙进行有效处理，防止地下水渗入。
3 基于地下水保护的隧洞施工对策建议
3.1 重视隧洞开挖前的勘探和准备工作
隧洞开挖难免都会导致涌水现象，只是区别在于不同地质条件下涌水量不一而已。在隧洞开挖前，为了尽量减少涌水对施工的影响，应提前做好对工程地质的勘探和考察工作，确定富水带位置，提前做好相应的准备工作和处置措施，例如深孔预注浆堵水措施、围岩加固止水措施等等。在施工时间的选择上，在不影响工期的情况下，尽可能选择在旱季施工，避开雨季，减少隧道涌水量。
3.2 做好施工过程控制
隧洞开挖后，应做好相关超前预报工作，对地表水要设置好排水沟，把水引向隧道之外。排水沟应结合水流大小来设置，确保排水通畅原则，避免排水不畅导致突水问题，对施工人员带来危险。施工刚开始阶段，应重视对隧洞周边生产和生活用水情况的监测，如果发现因隧洞施工引起附近植被生长和农田用水，甚至影响到居民生活用水时，应对原有施工方案进行改进和优化，同时考虑经济补偿措施。
隧洞施工过程中，严格监控废水排放。施工期应在各废水排放口设置水质监测点进行排放污水的监测，达到排放标准后才能排放；如果污水水质指标没有达到标准，则应进一步处理才能排放。第一，钻爆产生的炸药粉尘以及灌浆产生的废水，应加入药物混凝剂经搅拌器充分搅动混合，进行严格的预沉及混凝沉淀处理才能集中排放。统一排放的废水达标后，可以通过沉渣方式与工程废弃料一并处理，部分废水可回用。第二，加强对施工机械产生的油污、污染性有机物、含油冲洗废水的收集和处理。维修机械时，可以用油布、棉纱等垫子吸收漏油，减少油污带来的直接污染。在隧洞进出口处设置污水处理设施，例如隔油沉淀浮选处理，预留补强设施场地等，减少运输车辆和机械本身在运动中产生的油污对水体带来的污染。第三，弃渣场的处置对策。弃渣场处应设置隔离栅，避免因下雨和地表水流动导致的水体污染；施工完成后及时把渣土运走集中处理。第四，生活用水处理。隧洞施工周期较长，施工人员也较长，因此施工人员的生活污水需经硝化、杀菌处理后达到排放标准方可排放，可以选择一体化生活污水处理设施，或者排放至就近的城镇污水管网，进行污水处理。
