隧道建设对水环境的影响及其对策

蒋红梅;张兰军;丁浩

【摘 要】隧道建设对水环境的不利影响主要表现为施工废水对地表水的影响和隧道涌水对地下水的影响2方面.主要分析施工废水和涌水的来源、水质特征以及对地表水和地下水的不利影响,在此基础上,提出避免或减轻不利影响的防治对策与措施.

【期刊名称】《公路交通技术》 【年(卷),期】2010(000)005 【总页数】4页(P144-147)

【关键词】施工废水;隧道涌水;地表水;地下水;影响;对策 【作 者】蒋红梅;张兰军;丁浩

【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆,400067;招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆,400067;招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆,400067 【正文语种】中 文 【中图分类】U459.2

我国是个多山的国家，75%左右的陆地国土均为山地或重丘。由于隧道具有对地表自然环境破坏较小、缩短行车里程等优点，在山区高等级公路建设中越来越多地被采用。据不完全统计，截至2009年底，我国公路运营隧道共计5 627座，其中

特长隧道190座，82.11万延米。但事物都是一分为二的，隧道也在不同程度地干扰和破坏着隧址区的生态环境。从已有的工程来看，隧道工程主要是通过影响水环境而造成生态环境破坏。而隧道对水环境的影响途径主要为：施工废水任意排放造成周围地表水体水质污染；隧道开挖破坏隧址区域地下水的原有平衡，影响地下水正常的循环，从而造成一系列生态环境问题及效应，其中，又以隧道涌水表现最为突出。

1 隧道施工废水对地表水环境的影响 1.1 隧道施工废水来源分析

调查表明，隧道施工废水主要来源于隧道穿越不良地质单元产生的涌水、施工设备清洗废水、隧道爆破后的降尘水、喷射混凝土和注浆产生的废水以及基岩裂隙水等。其污染物则主要来源于爆破材料产生的污染、机械设备产生的污染及注浆材料和支护过程的污染等。 1.2 隧道施工废水水质特征

近年来，研究人员对隧道施工废水水质特征予以关注。如蔡逸文[1]认为隧道工程废水主要污染物为悬浮固体、化学需氧量、氨氮等，而且废水中污染物质浓度会因处于不同施工阶段而发生明显的变化。而郑新定等[2]对隧道施工废水的监测则表明：公路隧道施工废水中主要的污染物为石油类、总氮和颗粒物（SS）；铁道隧道施工废水中主要污染物为SS。

笔者在重庆地区选取了7个在建公路隧道并采集了65份施工废水样品（图1），对pH、SS、化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总磷、石油类等指标进行了监测分析，结果表明：相对于GB 78—1996《污水综合排放标准》中一级排放标准而言，pH、SS和COD的超标率分别为46%、86%和14%；总磷超标率为34%；石油类和氨氮仅少数样品超标，超标率分别为5%和3%。尽管笔者的调查结果显示总磷超标率高达34%，但分析认为这主要是受样品采集地区矿产分布

较多影响所致。参考蔡逸文、郑新定等的研究结果，认为总磷超标非隧道施工废水的一般特征。因此，我们的研究也表明隧道施工废水主要污染因子为SS和pH。 图1 隧道施工废水污染物浓度分布 1.3 施工废水对地表水环境的影响分析

如前所述，隧道施工废水的主要污染因子为SS和pH。研究显示，水体中SS浓度过大，会改变植物、无脊椎动物、脊椎动物的结构和生长。当SS浓度超过2 000 mg/L就会造成鱼死亡[3]。另外，SS大量沉积于河底，会改变原有底栖生物的生境，如SS的大量沉降可能覆盖鱼类重要的产卵场，从而破坏水生生物的生存和觅食环境。此外，因隧道施工废水为碱性废水，若不加处理直接进人水体，可能导致水体的pH值发生变化，破坏自然缓冲作用，消灭或抑制微生物生长，妨碍水体自净。当pH过高时，则会对鱼类生存造成严重影响。同时，高pH会增大水中氨的毒性。

1.4 避免或减轻对地表水污染的对策措施

隧道施工废水是一种呈碱性、高悬浮物污染废水，若不加处置就任意排放势必对周围地表水体造成严重威胁。目前国内外主要采用物理化学法处理施工废水，主要有：自然沉淀、絮凝沉淀、机械处理、电解法和膜渗透技术。上述方法中，自然沉淀法最经济，但所需沉淀池规模大，且不易处理微粒子；而电解法和膜渗透技术则存在运行费用较高的问题。目前，应用较多的是絮凝沉淀和基于絮凝沉淀的机械处理。絮凝沉淀即向污水投放絮凝剂，在沉淀池中进行沉降分离处理，所需沉淀池的规模较大，经济程度仅次于自然沉淀方式；机械处理包括施工期细砂回收、污泥处置、含油废水处理、污水回用等机械成套装置，此方法适用于污泥细粒成分多的情况和狭窄的场地，投资和运行费用相对适中。如WetSep和HKPC-Aquased 2种施工废水处理系统都是机械处理的优秀代表。总体而言，应根据实际情况因地制宜地选择处理方法，处理后回用于施工或达标排放，加强对隧址区地表水体水质的保护。

2 隧道建设对地下水环境的影响

地下水问题是隧道建设中一个至关重要的问题。山岭隧道建设中，因开挖形成临空面，使地应力重新分布而形成岩体松弛带，使岩体的渗透系数增大，改变了天然渗流场（通常使天然隔水断层变成导水断层），导致隧道渗水或涌水。大量的地下水渗漏可能会对隧道施工和营运造成不利影响，与此同时，隧道建设也会对地下水产生一系列不利影响，二者之间有着复杂的联系[4]。 2.1 隧道内地下水的来源

通常，隧道内地下水的来源主要有地表水体、老窑或古矿洞水、溶洞或暗河水、断层水、含水层水。其中，前3种水源是对隧道施工威胁最大的水源，而后2种则是隧道施工中最常见的水源。 2.2 隧道涌水水质特征

在对隧道涌水水质调查过程中，笔者在7个隧道共采集了11个隧道涌水样品（图2）。涉及的隧道涌水基本属于渗水、滴水、线状涌水和帘幕式涌水等形态，没有涉及到股状涌水；从涌水量看，基本属于中型以下涌水，没有涉及到大型涌水和特大型涌水，更没有涉及到突泥情况。同样，我们对隧道涌水进行了pH、SS、COD、NH3-N、总磷、石油类等指标分析，结果显示：隧道涌水较清洁，各类指标均满足污水综合排放标准中一级标准。与采集的施工用水相比较，隧道涌水各类指标均优于施工用水水质，可以认为，隧道涌水可直接回用于施工。因此，在建设过程中，应注意对隧道涌水加以合理利用，变“废”为宝。 图2 隧道涌水水质特征

2.3 隧道建设对地下水环境的影响分析

施工阶段，大水量的涌水、突水将对隧道施工造成严重影响，甚至掩埋施工人员和器具；营运阶段，地下水的渗漏也会对隧道结构稳定、洞内设施运转以及行车安全等造成不利影响甚至威胁[5]。在地下水对隧道产生不利影响的同时，隧道建设也

会对地下水造成严重影响，主要表现为以下3方面。

1）造成地下水资源流失，地表水和泉、井枯竭，生活、工农业用水缺乏。 隧道涌水造成地下水大量漏失，导致地下水储存量大量消耗，使降落（位）漏斗不断扩展，从而袭夺其影响范围内的补给增量，引起地下水渗流场和补排关系的明显变化，继而导致地表井泉干涸，河溪断流，直接影响当地工农业生产及人民的生活。例如，2001年7月，重庆渝怀线上的歌乐山隧道发生突水现象，每百米就有一两处突水，水花飞溅，喷到20 m开外。该隧道施工突水导致井、泉、暗河水位下降，甚至干枯断流，居民和农村人蓄饮水靠区里抽调的市政洒水车送水，山上6万多居民的生产与生活用水受到严重影响。

2）引起地下水位下降、土壤含水量降低，影响植被生存。

土壤水分是决定植物分布和生长的性因子。地下水位在很大程度上是通过影响土壤含水率来影响植被长势和植物物种种类。研究表明，植物皆有其适宜生长的地下水位。在没有灌溉的情况下，如果地下水位在植物根系深度附近，则植物生长一般良好；低于植物根系深度但不超过根系深度与其生长土壤毛细上升高度之和时，植物生长仍然较好；而当地下水低于根系与其生长土壤毛细上升高度之和时，植物就会发生凋萎以至死亡[6]。因此，当隧道开挖造成地下水漏失，使地下水位局部或整体下降时，就加大了植物根系与地下水潜水面之间的距离，相应的地下水供给植被水分的能力就会降低。当地下水低于植物根系与其生长土壤毛细上升高度之和时，植物生长就会受到抑制，甚至萎蔫、停止生长，最终导致植物消失。笔者研究发现，当隧址区有丰富的降水源补给时，能很快下渗补给地下水，一般情况下不会对植物生长造成明显影响。 3）引起地面塌陷或地面沉降。

隧道排水会引起上覆松散土层内有效应力的改变和动水压力的增加，而地下水位急剧变化带和强径流带往往是塌陷产生的敏感区，水动力条件的改变是产生岩溶塌陷

的主要诱导因素，这己为不少实际资料所证实。1991年的统计资料表明，我国铁路全线共有52处地面发生过岩溶塌陷，其中与隧道涌水有关的14处，占27%。最典型的例子是京广线大瑶山隧道，因隧道的涌突水，在地表班古坳地区出现了200多个塌洞和陷坑，影响范围达几km2。 2.4 避免或减轻对地下水环境影响的对策措施 2.4.1 绕避措施

一般而言，经常性的涌水地段主要发生在张性断裂破碎带，构造复合部位及其影响带，背斜轴、向斜轴及其两侧地段，压性断裂破碎带两侧或一侧透水性较强的地段，不整合接触带，古矿井、古坑道地段，古河床松散层地段，地表水系汇合地段，山间河谷、盆地、洼地地段，岩溶发育地段等。当上述地段与地表水体或邻近含水层有水力联系时，尤其易发生涌水。因此，选线时应尽量避开上述地段。 2.4.2 减缓措施

若路线确实无法绕避上述涌水易发地段，则应在建设前和建设过程中采取适宜的应对措施，以减缓对地下水环境的影响。 1）建设前详细勘察。

在建设前期，应对当地气候条件，隧址区地层岩性，地质构造，地下水的补给、径流、排泄规律，泉眼出露情况，地表水体分布情况及与隧道的相对位置关系以及隧址区人居环境、土地利用现状等进行环境地质条件详细调查，摸清隧址区地质条件、环境条件，为制定适宜的防排水方案奠定基础。 2）加强施工期渗水、涌水监控。

对于出现涌水情况的段落，首先应进行详细的涌水情况调查，对涌水位置、涌水形态、涌水量大小、涌水量动态变化、含泥沙情况、水的侵蚀性等进行详细监控，以作为确定处治方案的依据。 3）做好超前地质预报工作。

合理选用TSP、TST、地质雷达等超前地质预报手段，根据隧道施工的实际需要，对隧道掘进掌子面前方岩体的形态规模、发育程度、涌水状况、涌水压力等水文地质条件，进行不同周期和精度的超前地质预报，以便及时调整防排水方案。 4）选择适宜的防排水方案。

目前隧道工程界基本形成了“以排为主”、“以堵为主”和“控制型防排水”等3种防排水方案。3种方案各有优劣，应根据实际情况选择适宜的防排水方案。例如，对于隧道主洞普通地段，可采用常规的半封闭式防排水体系；对于富水段落，宜采用控制型防排水体系；对于煤层地段和侵蚀性地下水地段，则宜采用全封闭式防排水体系，即仰拱下也铺设防水板，形成全封闭的防水体系。若条件成熟，可考虑在局部富水或侵蚀段采用分区防水技术。 3 结语

1）隧道施工废水是一种呈碱性、高悬浮物污染废水。若不加处置就任意排放势必对周围地表水体造成严重威胁。应根据实际情况因地制宜地选择处理方法，处理后回用于施工或达标排放。

2）隧道建设中应尽可能避免穿越经常性涌水地段。若确实无法绕避，应以确保隧址区自然环境为前提，因地制宜地选择适宜的防排水措施，达到工程建设和环境保护协调发展。 参考文献

【相关文献】

[1]蔡逸文.以薄膜技术处理隧道工程废水[D].台北：国立科技大学，2007.

[2]郑新定，丁远见.隧道施工废水对水环境的影响分析及应对措施[J]. 现代隧道技术，2007，44（6）:82-84.

[3]任 伟.某隧道施工废水对地表水环境的影响[J].中国科技信息，2005（3）：107. [4]朱大力，李秋枫.隧道涌水地段和涌水量[J].铁道工程学报，1991（4）：46-51. [5]蒙 彦，雷明堂.岩溶区隧道涌水研究现状及建议[J].中国岩溶，2003（4）:2-292.

[6]崔亚莉，邵景力，韩双平.西北地区地下水的地质生态环境调节作用研究[J]. 中国岩溶，2001，8（1）：191-196.