论文部分内容阅读
【摘 要】 随着我国经济的快速发展和施工技术水平的不断提高，公路隧道特别是长大隧道的施工水平不断提高，各类公路隧道工程项目不断出现。但是，随之而来的就是这些长大隧道在减少对地表植被直接影响的同时，由于其对周围水环境改变而间接引起周围生态环境形成一些不利影响。有的特长隧道甚至造成较大范围的地下水平面下降，山上居民生活影响，山体表面植被大面积枯萎、死亡，甚至存在水土流失风险。本文针对公路长大隧道建设对水文地质及周边生态环境的影响及其防范措施进行阐述，并提供相关建议，以供参考。
【关键词】 公路隧道；施工；环境影响；措施
现阶段隧道规划和设计一般遵循能充分发挥隧道功能、安全且经济地建设隧道的基本原则。为缩短行车里程，提高交通便捷，这是修建公路隧道的基本目的；同时，隧道可从根本上免除公路路线上的土石方坍塌、泥石流、雪崩等道路病害；隧道建设可以不直接改变地形自然原貌，保护了环境，还利用地下空间，节省了公路建设用地。因此，隧道是路线上非常有价值的一种构造形式。但是长期以来，在公路隧道建设的勘察设计、施工及运营阶段，都未能就其对所建山体地下水和生态环境影响做一个较为准确的评断。
隧道等地下工程修建于地壳表层，位于地下水最为活跃的部位，在岩土中开凿的隧洞，将可能成为其四周特别是浅埋段工程上部的地表、地下水的汇集场所或新的排泄通道，这势必改变工程范围内的水文地质、工程地质环境，进而影响地区的水和生态环境。过去修建隧道等地下工程，除少数特殊工程采用以堵为主的全面防水措施外，大多数工程，特别是山区隧道工程都采用排堵结合、以排为主的防治方针。因此，众多隧道等地下工程在修建中和建成后长期存在着涌、漏水灾害和同时导致周边水及生态环境恶化等问题。
一、特长隧道的建设对地下水平衡破坏以及生态环境的影响分析
岩层受到内力和外力地质作用的联合影响，风化卸载带及其附近的新鮮岩带内各种成因、不同序次的非连接结构面十分发育，使其成为岩石圈中连续性、整体性最差的圈层。同时，该层位又是地下水最为集中的部位，陆地部分宏观上看就像岩石表面笼罩着一层地下水。
因此，隧道工程建设往往是修建在由水、岩、热、气等构成的一个复杂的巨型系统之内的。天然情况下，岩土具有自身的（动态）边界（力学、补给或排泄），系统各构成要素或不同要素之间维系着一种动态平衡的关系。隧道的开挖，相对于在一定空间范围内改变了系统的边界（对于岩体）或增加了输出边界（对于流体）。这样，系统本身就必然按照其固有的运动规律对此作出反应，具体表现则为隧道附近一定范围内的围岩破坏，水、热、瓦斯气向隧道排泄，或者寻求新的动态平衡。地下水埋藏在岩体里面分布着的大量空隙，这些空隙既是地下水储存场所，也是其转移通道。隧道开挖不可避免的会破坏一些地下水的储存点和转移通道，引起地下水的转移，造成地下水的重新分配，从而形成新的含水层和地下水转移通道。而原来的含水层和转移通道中地下水将减少甚至枯竭。将会导致隧区局部地下水位降低。便演化为施工中乃至建成后对各类水文地质的影响，进而延伸至对岩体表面附着的生态环境影响，出现地表植物大面积枯萎甚至死亡等生态危机。
二、新建公路隧道水文地质及生态环境影响的评估
近年来的研究，我们认为在新建公路隧道工程项目的整个过程中，要把隧道---环境水文地质---生态环境影响作为一个系统工程来考虑，把稳定原有隧道水文地质环境和保护生态环境作为环境影响评估的重点。
（一）环境水文地质及影响的评估范围
隧道水文地质勘测和环境影响评估的范围与水文地质条件复杂程度以及隧道埋深和长度有关。隧道排水与大口径井抽水类似，将在洞顶含水层中形成疏干漏斗，其引用半径R0=R+B/2。隧洞排水引发的洞顶环境灾害主要发生在疏干漏斗的范围内。由于隧道长度远大于宽度，加之洞口段含水量的厚度往往变小，因此洞顶疏干漏斗与井点降落漏斗的形态还有区别，其空间形状不是倒圆锥体而是倒椭圆锥体，其地面范围不呈圆形而近似于椭圆形。根据我国若干隧道因开挖改变地下水环境、并影响地表生态环境的实例，隧道两侧的影响宽度为400～2600m或更大，因此，隧道环境水文地质勘察和环境影响评估的范围以隧道两侧各1000～5000m为宜。
（二）环境水文地质评估项目
1、环境水文地质评估项目，主要包括：地形地质；水文地质条件、分区、计算参数选择；预报涌水量的方法、公式、成果等。
2、环境因素调查的主要项目及内容
（1）地表水体（河流、井、泉、水库、贮水池、水渠等）的长度、面积、容量、水位及其重要性分类；
（2）农田、林业用地的类型、面积，需保护的重要性或名贵植物的数量和范围；
（3）人口密度；
（4）建筑物和构筑物的数量、类型和分布，特别注意有无重点保护文物景点；
（5）其它，如弃碴堆放场地的地形和水文条件、水土流失状况、不良地质现象等。
（三）公路隧道环境影响的评估内容和标准
当公路隧道通过强富水区及中等富水区，以及岩溶发育区时，即工程施工及运营期间大量地下水涌入或从中排放时，对周围环境将有较大的影响。因此，在新建隧道时应对环境影响程度和范围进行评价，并应提出有关补救措施或相应对策，对于公路隧道重要程度尤为突出。
1、生态环境评价内容
主要评价由于隧道内大量涌水或排水引起的环境问题。
（1）地表水、地下水的可能疏干程度，生产、生活用水缺失程度；
（2）浅埋隧道地面下沉的程度和范围，对地面建筑物基础的可能破坏程度；
（3）地表沉降、岩溶塌焰发生的程度和范围；
（4）地表水、地下水可能被污染的程度；
（5）隧道内环境可能恶化的程度； （6）隧道开挖弃碴堆放引起的泥石流等环境问题的可能程度；
（7）工程竣工后，排出的地下水作为水资源的可利用程度；
（8）防治发生上述灾害及环境恶化问题的对策。
2、隧道环境影响评估技术标准
（1）隧道环境影响评估范围，一般情况下为隧道轴线两侧各1000m，岩溶发育区范围可扩大至隧道轴线两侧3000m～5000m。
（2）不同的地下水类型、地质条件和埋深状态，隧道生态环境影响评价的主要项目及评价的深度不同。
三、公路隧道避免对水文地质及生态环境影响的措施
结合目前公路隧道建设的实际情况，就大多数隧道工程而言，其防排水，“以防、截、排、堵相结合及因地制宜综合治理的原则”进行是合适的，但从环境保护的目标出发，只是一般性的规定是不够的，应该根据隧道等地下工程的长短、重要性和隧道水文地质条件的复杂性，以及隧道地区的人口密度、农牧业发达程度等生态环境，采用不同的防治措施。可以从设计勘察、施工建设以及运营监控三个阶段分别采取一定必要措施，以减少公路隧道对水文地质以及生态环境的影响。
（一）设计勘察阶段
设计勘察阶段需要深入调查设计隧道穿越山体的汇水区域地下水的分布、类型、含水量、补给方式、渗流方向等参数。并依据地质情况推测其影响范围，结合所在地区降雨、地表耕作及作物性质、是否有旅游资源影响等多方面对其影响程度进行分级。并依據分级对隧道工程设计采取不同类型和级别的防排水设计，对于影响级别高的隧道可以采取详细防排水设计，以及相关的设计预案，在目前公路隧道设计遵循的“以防、截、排、堵相结合及因地制宜综合治理的原则”的基础上建议增加“引”的工程措施，即将地下水提供一定的疏导渠道引渡到隧道断面之外，不改变其原来总体走向，以尽量减少隧道对地下水文地质的重大改变。同时，要做好隧道理论影响区域的地下水监测网络设计，要求运营期间长期监测。
（二）施工建设阶段
隧道工程防排水措施是否恰当，是隧道环境保护质量好坏的关键之一。也只有在施工阶段才能更直接、真切的了解地下水的情况和地质的具体情况，结合设计调查的大环境情况，可以将隧道对地下水文地质影响做出比较准确的判定，并将相关参数详尽记录存档，采用设计的相应等级的防排水设计，以减弱隧道对地下水文地质的重大影响。
施工中采取的具体的防水防渗的具体措施有：
1、加强衬砌的防水功能，在局部涌水量较大的位置，在衬砌后面设置衬砌夹层防水层。
2、围岩破碎及涌水地带采用向围岩注浆，对于用水量大的位置可采用化学注浆，然后在衬砌背后压浆。
3、二衬采用C25防渗砼；有水、富水区域必须采用封闭式衬砌结构。
4、施工缝根据具体涌水量设置止水条、中埋式止水带、E型背贴式止水带等各种防水止水设施。
5、对于特殊情况可以采取预埋管道系统或者采取预留连续小空腔等工程措施作为地下水疏导通道。同时，高度重视防排水施工质量不仅对于隧道本身在施工和运营期间的安全至关重要，其对减弱隧道对地下水文地质影响亦极其重要。（三）运营监控阶段运营监控阶段主要是在一定时间范围内（建议通车后5年作为一周期，2000米以上隧道至少监控期限为一个周期。）实时关注防排水工程在运营期间的运作状态，以及对影响区域地下水位监测网络的监测点数据做好详尽记录。并及时对比分析，对整个山体或者周边山体生态环境的影响观察评价。如果发现隧道内排水量随季节规律性、常态化的起伏，且历年纵向对比没有偏离，则可判定该隧道的防排水设计是科学的、切实可行的，是满足环境保护要求的。反之，如果发现地下水监测网络地下水位偏离季节规律性、常态化的起伏，或者地表生态等明显出现异常，需要对比监测记录，结合施工记录情况，甚至采取必要的补充钻孔等地质调查手段了解地下水位情况，来综合分析影响原因。并依据原因立即采取一定的工程补救措施，防止影响扩散、加剧乃至进一步恶化。处治之后监控期限延长一个周期。
四、结束语
新建隧道环境影响评估应贯穿于隧道勘测设计、施工及运营各个阶段。从保护环境的大目标出发，新建隧道工程的防排水原则应以截、堵、引措施为主，以改变过去山岭隧道建设中以排为主的做法，建立“水环境平衡”的隧道设计理念。依据施工揭露地下水和地质情况具体化防排水设计，环境影响评估应在有效期限内对包括地表环境影响程度、范围的评估和对隧道内环境影响的评估两方面的项目和内容，并高度重视其评估结果，对其结果做出相应反应。
【关键词】 公路隧道；施工；环境影响；措施
现阶段隧道规划和设计一般遵循能充分发挥隧道功能、安全且经济地建设隧道的基本原则。为缩短行车里程，提高交通便捷，这是修建公路隧道的基本目的；同时，隧道可从根本上免除公路路线上的土石方坍塌、泥石流、雪崩等道路病害；隧道建设可以不直接改变地形自然原貌，保护了环境，还利用地下空间，节省了公路建设用地。因此，隧道是路线上非常有价值的一种构造形式。但是长期以来，在公路隧道建设的勘察设计、施工及运营阶段，都未能就其对所建山体地下水和生态环境影响做一个较为准确的评断。
隧道等地下工程修建于地壳表层，位于地下水最为活跃的部位，在岩土中开凿的隧洞，将可能成为其四周特别是浅埋段工程上部的地表、地下水的汇集场所或新的排泄通道，这势必改变工程范围内的水文地质、工程地质环境，进而影响地区的水和生态环境。过去修建隧道等地下工程，除少数特殊工程采用以堵为主的全面防水措施外，大多数工程，特别是山区隧道工程都采用排堵结合、以排为主的防治方针。因此，众多隧道等地下工程在修建中和建成后长期存在着涌、漏水灾害和同时导致周边水及生态环境恶化等问题。
一、特长隧道的建设对地下水平衡破坏以及生态环境的影响分析
岩层受到内力和外力地质作用的联合影响，风化卸载带及其附近的新鮮岩带内各种成因、不同序次的非连接结构面十分发育，使其成为岩石圈中连续性、整体性最差的圈层。同时，该层位又是地下水最为集中的部位，陆地部分宏观上看就像岩石表面笼罩着一层地下水。
因此，隧道工程建设往往是修建在由水、岩、热、气等构成的一个复杂的巨型系统之内的。天然情况下，岩土具有自身的（动态）边界（力学、补给或排泄），系统各构成要素或不同要素之间维系着一种动态平衡的关系。隧道的开挖，相对于在一定空间范围内改变了系统的边界（对于岩体）或增加了输出边界（对于流体）。这样，系统本身就必然按照其固有的运动规律对此作出反应，具体表现则为隧道附近一定范围内的围岩破坏，水、热、瓦斯气向隧道排泄，或者寻求新的动态平衡。地下水埋藏在岩体里面分布着的大量空隙，这些空隙既是地下水储存场所，也是其转移通道。隧道开挖不可避免的会破坏一些地下水的储存点和转移通道，引起地下水的转移，造成地下水的重新分配，从而形成新的含水层和地下水转移通道。而原来的含水层和转移通道中地下水将减少甚至枯竭。将会导致隧区局部地下水位降低。便演化为施工中乃至建成后对各类水文地质的影响，进而延伸至对岩体表面附着的生态环境影响，出现地表植物大面积枯萎甚至死亡等生态危机。
二、新建公路隧道水文地质及生态环境影响的评估
近年来的研究，我们认为在新建公路隧道工程项目的整个过程中，要把隧道---环境水文地质---生态环境影响作为一个系统工程来考虑，把稳定原有隧道水文地质环境和保护生态环境作为环境影响评估的重点。
（一）环境水文地质及影响的评估范围
隧道水文地质勘测和环境影响评估的范围与水文地质条件复杂程度以及隧道埋深和长度有关。隧道排水与大口径井抽水类似，将在洞顶含水层中形成疏干漏斗，其引用半径R0=R+B/2。隧洞排水引发的洞顶环境灾害主要发生在疏干漏斗的范围内。由于隧道长度远大于宽度，加之洞口段含水量的厚度往往变小，因此洞顶疏干漏斗与井点降落漏斗的形态还有区别，其空间形状不是倒圆锥体而是倒椭圆锥体，其地面范围不呈圆形而近似于椭圆形。根据我国若干隧道因开挖改变地下水环境、并影响地表生态环境的实例，隧道两侧的影响宽度为400～2600m或更大，因此，隧道环境水文地质勘察和环境影响评估的范围以隧道两侧各1000～5000m为宜。
（二）环境水文地质评估项目
1、环境水文地质评估项目，主要包括：地形地质；水文地质条件、分区、计算参数选择；预报涌水量的方法、公式、成果等。
2、环境因素调查的主要项目及内容
（1）地表水体（河流、井、泉、水库、贮水池、水渠等）的长度、面积、容量、水位及其重要性分类；
（2）农田、林业用地的类型、面积，需保护的重要性或名贵植物的数量和范围；
（3）人口密度；
（4）建筑物和构筑物的数量、类型和分布，特别注意有无重点保护文物景点；
（5）其它，如弃碴堆放场地的地形和水文条件、水土流失状况、不良地质现象等。
（三）公路隧道环境影响的评估内容和标准
当公路隧道通过强富水区及中等富水区，以及岩溶发育区时，即工程施工及运营期间大量地下水涌入或从中排放时，对周围环境将有较大的影响。因此，在新建隧道时应对环境影响程度和范围进行评价，并应提出有关补救措施或相应对策，对于公路隧道重要程度尤为突出。
1、生态环境评价内容
主要评价由于隧道内大量涌水或排水引起的环境问题。
（1）地表水、地下水的可能疏干程度，生产、生活用水缺失程度；
（2）浅埋隧道地面下沉的程度和范围，对地面建筑物基础的可能破坏程度；
（3）地表沉降、岩溶塌焰发生的程度和范围；
（4）地表水、地下水可能被污染的程度；
（5）隧道内环境可能恶化的程度； （6）隧道开挖弃碴堆放引起的泥石流等环境问题的可能程度；
（7）工程竣工后，排出的地下水作为水资源的可利用程度；
（8）防治发生上述灾害及环境恶化问题的对策。
2、隧道环境影响评估技术标准
（1）隧道环境影响评估范围，一般情况下为隧道轴线两侧各1000m，岩溶发育区范围可扩大至隧道轴线两侧3000m～5000m。
（2）不同的地下水类型、地质条件和埋深状态，隧道生态环境影响评价的主要项目及评价的深度不同。
三、公路隧道避免对水文地质及生态环境影响的措施
结合目前公路隧道建设的实际情况，就大多数隧道工程而言，其防排水，“以防、截、排、堵相结合及因地制宜综合治理的原则”进行是合适的，但从环境保护的目标出发，只是一般性的规定是不够的，应该根据隧道等地下工程的长短、重要性和隧道水文地质条件的复杂性，以及隧道地区的人口密度、农牧业发达程度等生态环境，采用不同的防治措施。可以从设计勘察、施工建设以及运营监控三个阶段分别采取一定必要措施，以减少公路隧道对水文地质以及生态环境的影响。
（一）设计勘察阶段
设计勘察阶段需要深入调查设计隧道穿越山体的汇水区域地下水的分布、类型、含水量、补给方式、渗流方向等参数。并依据地质情况推测其影响范围，结合所在地区降雨、地表耕作及作物性质、是否有旅游资源影响等多方面对其影响程度进行分级。并依據分级对隧道工程设计采取不同类型和级别的防排水设计，对于影响级别高的隧道可以采取详细防排水设计，以及相关的设计预案，在目前公路隧道设计遵循的“以防、截、排、堵相结合及因地制宜综合治理的原则”的基础上建议增加“引”的工程措施，即将地下水提供一定的疏导渠道引渡到隧道断面之外，不改变其原来总体走向，以尽量减少隧道对地下水文地质的重大改变。同时，要做好隧道理论影响区域的地下水监测网络设计，要求运营期间长期监测。
（二）施工建设阶段
隧道工程防排水措施是否恰当，是隧道环境保护质量好坏的关键之一。也只有在施工阶段才能更直接、真切的了解地下水的情况和地质的具体情况，结合设计调查的大环境情况，可以将隧道对地下水文地质影响做出比较准确的判定，并将相关参数详尽记录存档，采用设计的相应等级的防排水设计，以减弱隧道对地下水文地质的重大影响。
施工中采取的具体的防水防渗的具体措施有：
1、加强衬砌的防水功能，在局部涌水量较大的位置，在衬砌后面设置衬砌夹层防水层。
2、围岩破碎及涌水地带采用向围岩注浆，对于用水量大的位置可采用化学注浆，然后在衬砌背后压浆。
3、二衬采用C25防渗砼；有水、富水区域必须采用封闭式衬砌结构。
4、施工缝根据具体涌水量设置止水条、中埋式止水带、E型背贴式止水带等各种防水止水设施。
5、对于特殊情况可以采取预埋管道系统或者采取预留连续小空腔等工程措施作为地下水疏导通道。同时，高度重视防排水施工质量不仅对于隧道本身在施工和运营期间的安全至关重要，其对减弱隧道对地下水文地质影响亦极其重要。（三）运营监控阶段运营监控阶段主要是在一定时间范围内（建议通车后5年作为一周期，2000米以上隧道至少监控期限为一个周期。）实时关注防排水工程在运营期间的运作状态，以及对影响区域地下水位监测网络的监测点数据做好详尽记录。并及时对比分析，对整个山体或者周边山体生态环境的影响观察评价。如果发现隧道内排水量随季节规律性、常态化的起伏，且历年纵向对比没有偏离，则可判定该隧道的防排水设计是科学的、切实可行的，是满足环境保护要求的。反之，如果发现地下水监测网络地下水位偏离季节规律性、常态化的起伏，或者地表生态等明显出现异常，需要对比监测记录，结合施工记录情况，甚至采取必要的补充钻孔等地质调查手段了解地下水位情况，来综合分析影响原因。并依据原因立即采取一定的工程补救措施，防止影响扩散、加剧乃至进一步恶化。处治之后监控期限延长一个周期。
四、结束语
新建隧道环境影响评估应贯穿于隧道勘测设计、施工及运营各个阶段。从保护环境的大目标出发，新建隧道工程的防排水原则应以截、堵、引措施为主，以改变过去山岭隧道建设中以排为主的做法，建立“水环境平衡”的隧道设计理念。依据施工揭露地下水和地质情况具体化防排水设计，环境影响评估应在有效期限内对包括地表环境影响程度、范围的评估和对隧道内环境影响的评估两方面的项目和内容，并高度重视其评估结果，对其结果做出相应反应。