沉埋隧道工程對環境的影響

摘要： 一座沉埋隧道對環境的深遠影響都與穿過水道的沉放管段有關。隧道對這一地區內地下和地表水的影響在隧道設計和施工方法的選擇中起最重要的作用。最近在考慮的一個影響施工的問題是必須為隧道開挖的溝槽有可能出現被污染的泥土。挖出與運送這些泥土至專門裝備起來以便接收它們的存放地點的方法是一系列重要新技術和質量控制措施的環境問題。最常見的是在任何建筑工程中都會遇到的環境問題，即噪音、灰塵以及交通阻塞。本文對這些問題以及目前用于解決這些問題的技術和措施作了評述。
　　關鍵詞： 隧道 環境

　　沉埋隧道的特征一座沉埋隧道具有兩項基本特征：（1）它是某一地下結構場地的一部分，要在繁忙的交通條件下保證施工，而并不意味這個地區是被充分地利用了的。因此，施工空間是很寶貴的。

　�。�2）它基本上是一預制結構。

　　最終將安裝在河流或運河底部位置的隧道管段是在其它地方以非常接近工廠條件的方式筑造的，這種條件在現場和工地是不大可能達到的。施工規劃上的優點和將管段制造與工地準備分開進行在后勤上的優點是顯而易見的，還有極易于實現有效的質量控制的優點。

　　隧道工點在環境上的影響同樣也大大少于隧道完全都在現場施工的情況；如像空間的需求和施工運輸，這兩個問題就大大的緩和。

　　當然，這些優點的先決條件是有現成的可用于管段制造的適宜工地。它必須滿足一系列有關環境影響的條件。在如荷蘭這類人口密集的國家里，要找到合適的工地很不容易，而且很顯然，一旦選定一可用位置，可多次使用就相當引人。因此，隧道施工的總體規劃是一個供討論的普通主題。

　　兩端的地下結構一座新隧道連結到原來既有的地下結構中去，往往實際上是取代一既有的跨越水域的設施，如輪渡或橋梁。它也可為一既有隧道或橋梁的補充設施。無論決定建造一新隧道的理由如何，它的位置將在很大程度上受到既有地下結構布置的制約，而且其施工設計也要滿足現有交通運輸只受最小程度干擾的要求。這就意味著設計人員在隧道位置方面很少有選擇的機會，因而不得不根據這一既定位置的條件和要求來修改隧道設計。

　　這一情形主要影響連接隧道本身的引道部分。然而，因為引道由穿過含水地層的分段組成，就有可能要求用新的措施以控制引道建造基坑排水影響的范圍。

　　引 道沉埋隧道幾乎總是位于沉積地帶，在那里，隧道引道降到地下水位以下。在其完成時，它們是不透水的結構，周圍的地下水不能滲入，存在的僅是單純結構性質的環境影響。

　　然而在施工期間，環境問題則起著重要的作用。為了建造起結構物，必須開挖一施工基坑直至地下水位以下若干米的深處，傳統施工方法要求在施工期中持續不斷把水排干。除非采取進一步的措施，否則排水勢必降低周圍地區的水位，而且會導致一系列不希望的后果。沉陷將發生，周圍樓房和建筑物的基礎將受到影響，而且甚至深樁基礎也將受到沉陷土體經磨擦傳遞至樁上的額外向下荷載。由于沉陷而堤壩高程下沉，而且農業地區的排水水位將會受到影響。

　　還有可能造成一種性質完全不同的環境問題：施工區域內的泥土可能被污染。在這種情況下，施工基坑的開挖就要求格外注意，而且如有可能，就要采用諸如將泥土與水混合后經管道水力輸送的特別方法。還必須有一個經批準能容納被污染泥土的地方。

　　必須采取若干措施以防止由于抽、排水而造成被污染泥土迅速分布到大面積地面上。

　　在技術上，總是可能消除這些各種各樣的影響。然而，由于做起來極為復雜而且會花費大量資金和時間，因此，目前傾向于尋找盡最大可能在水下建造引道和隧道進口的方法。最理想的是，排空施工基坑中的水應該是一排干整個引道又完全不影響周圍地下水位的單項作業。

　　明顯的結論就是盡可能將施工基坑設計成最終產品的一部分。

　　引道邊墻可設計成像有不透水芯墻的堤壩，其形式有泥漿墻、塑料板圍幕或是常見的鋼鈑樁墻。對最后一種形式（鋼鈑樁墻）（通過使用重型斷面板樁和土錨）增加其擋土的功能，就可節省有價值的空間，而且可容易地達到在水下與不透水底板的連接。

　　底板可以用水下混凝土建成。這種方法已發展到能控制其高程和表面平整，以致達到在引道完全排干以后，只需要較少的修整工作。

　　另一種方法是采用不透水的塑料板材，加鎮重安放于水下以蓋住基坑底部和邊坡。在荷蘭，這種方法不僅用于隧道的引道，而且用于公絡的凹槽段。

　　使用大面積的塑料板材，以泥土作鎮重安放到水下，用在一主要公路交*口起到了長期的良好效果，它表明此技術已經推廣使用。不久，荷蘭的隧道引道可能會向人們展示有茂盛的綠色邊坡，從而取代了灰色的混凝土豎墻。

　　引道也可在別處預制并以浮運構件的形式安裝。此種方法只需用疏浚船開挖溝槽而完全不必排水。不過目前還沒有能充分處理浮力作用和基礎問題的適宜設計。

　　管段制造上述對地下水與引道開挖之間的關系的討論大部分都可以同樣的方式應用于制造管段臨時場地的開挖。昂貴的解決辦法給工程帶來不合理的負擔。而且，這個制造管段的場地必須多次被附近的開闊水域淹沒并打開以使預制成的隧道管段運至船塢處以便為另一些管段讓出地方。很少會有足夠大的地方可供一次制造所有的管段。

　　總之，由于選擇制造管段船塢的位置不像選擇隧道引道的位置那樣要嚴格地用功能要求來決定，故選擇制造管段船塢的位置具有可以靈活的優點。因此，制造船塢也就可以允許使用傳統的排水法，如果由于上面列出的理由認為不允許使用傳統的排水法時，而船塢又不得不與周圍地下水分隔開時，這種地方使用不透水塑料板法由于其費用低就具有明顯的優點。

　　另一種不影響周圍地下水位的排水方法是"抽水回灌法"此法乃將滲入基坑的水用泵排出，又用泵將這些水通過過濾井管回灌到水的來源區。只要滲透速度不是太大而且可保持大致是個常數，這個排、灌時閉路循環就可以保持。這個新的措施，現在正用在荷蘭的一個擴大的引道施工坑，由于這個基坑又要作為制造管段的船塢故加以擴大。

　　基槽的建造沉埋隧道的構槽是用疏浚法開挖的。在本文中，我們只強調用疏浚法開挖基槽的要求能達到極高的精確度，而且這個要求將決定最適合這一工作設備的類型。鑒于嚴格的定位容差，最好采用錨定疏浚船或在定位樁上的疏浚設備。不過，由于它們不能自由移動，就可能成為船只航運的障礙。

　　假如在浚挖區域有水流或浪潮的影響，浚挖的基槽就會成為水流攜帶或沿河底推移的沉積物的積存處。如果基槽開挖后長期不放置管段，就會很快形成淤積。在上述情況下，基槽開挖和隧道管段安裝兩工序的相隔時間必須越短越好，因而對這兩道工序的安排都需格外準確，可以采用一種專門的設備于安裝管段之前清理基槽。在荷蘭，這種操作目前已發展到用在東斯格爾迪特（Eastern Scheldt）防風暴海浪堤壩的墩柱安裝中達到很高精度。

　　疏浚攪起了河底沉積物，造成在一定時間一定區域的河水渾濁。最終這些成為懸浮的細顆粒物質會散開并重新逐漸沉淀下來。盡管這一過程對環境的影響有限，而且無害，但在一定范圍內還是日益受到強烈的抨擊。

　　如果要浚挖的泥土是已被污染的，事情就更為復雜化，因為在這種條件下，浚挖作業就會使污染擴散。現在浚挖技術已發展到通過使用一種專門的汲泥頭來消除這一影響。采用從浮船上下懸簾幕將浚挖區域與周圍完全隔開的方法也可減少污染擴散。

　　在這一方面的進一步發展目前大家都注意到，在荷蘭大部分水道底部都含有被污染的沉積物已很明顯，因而浚挖這些泥土必然要承擔一些特別的環境要求。

　　當前，這些要求尚未統一形成，而是針對每一具體工程提出不同的要求。希望這種拖延關鍵技術發展的混亂局面能迅速得以解決。

　　根據污染的類型和程度，可將被污染泥土分為1～4類。對于浚挖泥土（包括浚挖過程中的工藝用水）的棄置都按分類受到嚴格的限制；尤其是3和4類泥土都必須與外界隔絕，而且在可能的情況下加以凈化。

　　在鹿特丹地區，已建成了一座儲放這些固體廢物以及其它有害物質的中心堆集場。此外，第4類浚挖棄土被放在臨時的較小的堆集點，待其被凈化后再轉放至別的隔離存放處。在沒有這類設施的地方，就必須按浚挖工程建立這種堆放點。這一措施很明顯需要做大量的工作。

　　管段的運輸和安裝疏浚工作和對航運的阻礙都是管段運輸和安裝帶來的環境問題。要打開管段制船塢和加深船塢與安裝點之間航道的淺水域就需要浚挖作業。前面有關浚挖的一些論述也適用這一情況。

　　安裝工序中有一特殊的方面有可能涉及隧道基槽的最后清理。為了使清理和安裝兩工序間隔時間縮至最短，在管段安放到其最終位置底部回填砂之前已成功地采用了射水法清理隧道管段基底。用強力射水把要清除的最后一層沉積物沖成懸浮物，隨后被水流帶走。

　　在管段離開制造船塢，錨泊在臨時碼頭和離開臨時碼頭，浮運至安裝點以及安裝期間都有可能阻礙航運。只有最后一道工序才會造成航運在短期內臨時完全中斷或部分中斷。

　　在這個方面，一座沉埋隧道穿過一條河流與穿過一條運河存在著差別。在后一種情況下，由于沒有水流影響，就使得在沉放和安裝用可更好地控制管段。這種控制上的有利，就允許沉埋管段隧道采用更長管段單元，但這必須有足夠大的制造船塢。

　　所以在荷蘭，以往絕大多數沉埋隧道的管段單元長度都在100～150m之間變化，在跨越阿姆斯特丹和海域間北海運河的赫姆隧道（Hemtunnel）工程中還用了長達268m的管段單元。使用較長的管段單元減少了安裝作業的次數，從而也就減緩了對航運的阻礙。

　　對于沉埋管段隧道工程來說，妨礙航運似乎很適合定為一環境問題，但并不是一個重大問題。

　　回 填這道工序包括用砂回填管段基底部，回填塞槽，以及必要時于管段頂部建造一沖刷防護層。

　　回填材料必須是未被污染的。作業船在隧道上面施工時將干擾航運。不過，通過用安裝在隧道管段內的設備進行部分作業，就能減少這類麻煩，譬如經穿過隧道底部的孔口泵送砂、水混合物來回填等。這一系統已在荷蘭成功地應用過。

　　運營和維修涉及隧道運營的主要環境問題是通風。

　　由于清潔隧道邊墻和維修路面要阻礙車輛運行，它們必須在適宜的時間內快速進行。平整光滑的壁面以及良好的表涂層有助于清潔作業，從而也減少了限制車輛通過隧道的時間。

　　路面的建造必須做到能盡可能減少日后的維修。