沉埋隧道工程對(duì)環(huán)境的影響

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沉埋隧道的特征
    一座沉埋隧道具有兩項(xiàng)基本特征：
    （1）它是某一地下結(jié)構(gòu)場(chǎng)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(gè)地區(qū)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(yù)制結(jié)構(gòu)。
    最終將安裝在河流或運(yùn)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(xiàn)場(chǎng)和工地是不大可能達(dá)到的。施工規(guī)劃上的優(yōu)點(diǎn)和將管段制造與工地準(zhǔn)備分開(kāi)進(jìn)行在后勤上的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，還有極易于實(shí)現(xiàn)有效的質(zhì)量控制的優(yōu)點(diǎn)。
    隧道工點(diǎn)在環(huán)境上的影響同樣也大大少于隧道完全都在現(xiàn)場(chǎng)施工的情況；如像空間的需求和施工運(yùn)輸，這兩個(gè)問(wèn)題就大大的緩和。
    當(dāng)然，這些優(yōu)點(diǎn)的先決條件是有現(xiàn)成的可用于管段制造的適宜工地。它必須滿足一系列有關(guān)環(huán)境影響的條件。在如荷蘭這類人口密集的國(guó)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(dāng)引人。因此，隧道施工的總體規(guī)劃是一個(gè)供討論的普通主題。
    兩端的地下結(jié)構(gòu)
    一座新隧道連結(jié)到原來(lái)既有的地下結(jié)構(gòu)中去，往往實(shí)際上是取代一既有的跨越水域的設(shè)施，如輪渡或橋梁。它也可為一既有隧道或橋梁的補(bǔ)充設(shè)施。無(wú)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(jié)構(gòu)布置的制約，而且其施工設(shè)計(jì)也要滿足現(xiàn)有交通運(yùn)輸只受最小程度干擾的要求。這就意味著設(shè)計(jì)人員在隧道位置方面很少有選擇的機(jī)會(huì)，因而不得不根據(jù)這一既定位置的條件和要求來(lái)修改隧道設(shè)計(jì)。
    這一情形主要影響連接隧道本身的引道部分。然而，因?yàn)橐烙纱┻^(guò)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(shí)，它們是不透水的結(jié)構(gòu)，周圍的地下水不能滲入，存在的僅是單純結(jié)構(gòu)性質(zhì)的環(huán)境影響。
    然而在施工期間，環(huán)境問(wèn)題則起著重要的作用。為了建造起結(jié)構(gòu)物，必須開(kāi)挖一施工基坑直至地下水位以下若干米的深處，傳統(tǒng)施工方法要求在施工期中持續(xù)不斷把水排干。除非采取進(jìn)一步的措施，否則排水勢(shì)必降低周圍地區(qū)的水位，而且會(huì)導(dǎo)致一系列不希望的后果。沉陷將發(fā)生，周圍樓房和建筑物的基礎(chǔ)將受到影響，而且甚至深樁基礎(chǔ)也將受到沉陷土體經(jīng)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(nóng)業(yè)地區(qū)的排水水位將會(huì)受到影響。
    還有可能造成一種性質(zhì)完全不同的環(huán)境問(wèn)題：施工區(qū)域內(nèi)的泥土可能被污染。在這種情況下，施工基坑的開(kāi)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(jīng)管道水力輸送的特別方法。還必須有一個(gè)經(jīng)批準(zhǔn)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(shù)上，總是可能消除這些各種各樣的影響。然而，由于做起來(lái)極為復(fù)雜而且會(huì)花費(fèi)大量資金和時(shí)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(jìn)口的方法。最理想的是，排空施工基坑中的水應(yīng)該是一排干整個(gè)引道又完全不影響周圍地下水位的單項(xiàng)作業(yè)。
    明顯的結(jié)論就是盡可能將施工基坑設(shè)計(jì)成最終產(chǎn)品的一部分。
    引道邊墻可設(shè)計(jì)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(jiàn)的鋼鈑樁墻。對(duì)最后一種形式（鋼鈑樁墻）（通過(guò)使用重型斷面板樁和土錨）增加其擋土的功能，就可節(jié)省有價(jià)值的空間，而且可容易地達(dá)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(fā)展到能控制其高程和表面平整，以致達(dá)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(zhèn)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(luò)的凹槽段。
    使用大面積的塑料板材，以泥土作鎮(zhèn)重安放到水下，用在一主要公路交叉口起到了長(zhǎng)期的良好效果，它表明此技術(shù)已經(jīng)推廣使用。不久，荷蘭的隧道引道可能會(huì)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(yù)制并以浮運(yùn)構(gòu)件的形式安裝。此種方法只需用疏浚船開(kāi)挖溝槽而完全不必排水。不過(guò)目前還沒(méi)有能充分處理浮力作用和基礎(chǔ)問(wèn)題的適宜設(shè)計(jì)。
    管段制造
    上述對(duì)地下水與引道開(kāi)挖之間的關(guān)系的討論大部分都可以同樣的方式應(yīng)用于制造管段臨時(shí)場(chǎng)地的開(kāi)挖。昂貴的解決辦法給工程帶來(lái)不合理的負(fù)擔(dān)。而且，這個(gè)制造管段的場(chǎng)地必須多次被附近的開(kāi)闊水域淹沒(méi)并打開(kāi)以使預(yù)制成的隧道管段運(yùn)至船塢處以便為另一些管段讓出地方。很少會(huì)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(yán)格地用功能要求來(lái)決定，故選擇制造管段船塢的位置具有可以靈活的優(yōu)點(diǎn)。因此，制造船塢也就可以允許使用傳統(tǒng)的排水法，如果由于上面列出的理由認(rèn)為不允許使用傳統(tǒng)的排水法時(shí)，而船塢又不得不與周圍地下水分隔開(kāi)時(shí)，這種地方使用不透水塑料板法由于其費(fèi)用低就具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
    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(guò)過(guò)濾井管回灌到水的來(lái)源區(qū)。只要滲透速度不是太大而且可保持大致是個(gè)常數(shù)，這個(gè)排、灌時(shí)閉路循環(huán)就可以保持。這個(gè)新的措施，現(xiàn)在正用在荷蘭的一個(gè)擴(kuò)大的引道施工坑，由于這個(gè)基坑又要作為制造管段的船塢故加以擴(kuò)大。
    基槽的建造
    沉埋隧道的構(gòu)槽是用疏浚法開(kāi)挖的。在本文中，我們只強(qiáng)調(diào)用疏浚法開(kāi)挖基槽的要求能達(dá)到極高的精確度，而且這個(gè)要求將決定最適合這一工作設(shè)備的類型。鑒于嚴(yán)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(shè)備。不過(guò)，由于它們不能自由移動(dòng)，就可能成為船只航運(yùn)的障礙。
    假如在浚挖區(qū)域有水流或浪潮的影響，浚挖的基槽就會(huì)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(kāi)挖后長(zhǎng)期不放置管段，就會(huì)很快形成淤積。在上述情況下，基槽開(kāi)挖和隧道管段安裝兩工序的相隔時(shí)間必須越短越好，因而對(duì)這兩道工序的安排都需格外準(zhǔn)確，可以采用一種專門(mén)的設(shè)備于安裝管段之前清理基槽。在荷蘭，這種操作目前已發(fā)展到用在東斯格爾迪特（EasternScheldt）防風(fēng)暴海浪堤壩的墩柱安裝中達(dá)到很高精度。
    疏浚攪起了河底沉積物，造成在一定時(shí)間一定區(qū)域的河水渾濁。最終這些成為懸浮的細(xì)顆粒物質(zhì)會(huì)散開(kāi)并重新逐漸沉淀下來(lái)。盡管這一過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響有限，而且無(wú)害，但在一定范圍內(nèi)還是日益受到強(qiáng)烈的抨擊。
    如果要浚挖的泥土是已被污染的，事情就更為復(fù)雜化，因?yàn)樵谶@種條件下，浚挖作業(yè)就會(huì)使污染擴(kuò)散?，F(xiàn)在浚挖技術(shù)已發(fā)展到通過(guò)使用一種專門(mén)的汲泥頭來(lái)消除這一影響。采用從浮船上下懸簾幕將浚挖區(qū)域與周圍完全隔開(kāi)的方法也可減少污染擴(kuò)散。
    在這一方面的進(jìn)一步發(fā)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(dān)一些特別的環(huán)境要求。
    當(dāng)前，這些要求尚未統(tǒng)一形成，而是針對(duì)每一具體工程提出不同的要求。希望這種拖延關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的混亂局面能迅速得以解決。 
    根據(jù)污染的類型和程度，可將被污染泥土分為1～4類。對(duì)于浚挖泥土（包括浚挖過(guò)程中的工藝用水）的棄置都按分類受到嚴(yán)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(qū)，已建成了一座儲(chǔ)放這些固體廢物以及其它有害物質(zhì)的中心堆集場(chǎng)。此外，第4類浚挖棄土被放在臨時(shí)的較小的堆集點(diǎn)，待其被凈化后再轉(zhuǎn)放至別的隔離存放處。在沒(méi)有這類設(shè)施的地方，就必須按浚挖工程建立這種堆放點(diǎn)。這一措施很明顯需要做大量的工作。
    管段的運(yùn)輸和安裝
    疏浚工作和對(duì)航運(yùn)的阻礙都是管段運(yùn)輸和安裝帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。要打開(kāi)管段制船塢和加深船塢與安裝點(diǎn)之間航道的淺水域就需要浚挖作業(yè)。前面有關(guān)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(shí)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(qiáng)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(kāi)制造船塢，錨泊在臨時(shí)碼頭和離開(kāi)臨時(shí)碼頭，浮運(yùn)至安裝點(diǎn)以及安裝期間都有可能阻礙航運(yùn)。只有最后一道工序才會(huì)造成航運(yùn)在短期內(nèi)臨時(shí)完全中斷或部分中斷。
    在這個(gè)方面，一座沉埋隧道穿過(guò)一條河流與穿過(guò)一條運(yùn)河存在著差別。在后一種情況下，由于沒(méi)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(zhǎng)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(shù)沉埋隧道的管段單元長(zhǎng)度都在100～150m之間變化，在跨越阿姆斯特丹和海域間北海運(yùn)河的赫姆隧道（Hemtunnel）工程中還用了長(zhǎng)達(dá)268m的管段單元。使用較長(zhǎng)的管段單元減少了安裝作業(yè)的次數(shù)，從而也就減緩了對(duì)航運(yùn)的阻礙。
    對(duì)于沉埋管段隧道工程來(lái)說(shuō)，妨礙航運(yùn)似乎很適合定為一環(huán)境問(wèn)題，但并不是一個(gè)重大問(wèn)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(shí)于管段頂部建造一沖刷防護(hù)層。
    回填材料必須是未被污染的。作業(yè)船在隧道上面施工時(shí)將干擾航運(yùn)。不過(guò)，通過(guò)用安裝在隧道管段內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行部分作業(yè)，就能減少這類麻煩，譬如經(jīng)穿過(guò)隧道底部的孔口泵送砂、水混合物來(lái)回填等。這一系統(tǒng)已在荷蘭成功地應(yīng)用過(guò)。
    運(yùn)營(yíng)和維修
    涉及隧道運(yùn)營(yíng)的主要環(huán)境問(wèn)題是通風(fēng)。
    由于清潔隧道邊墻和維修路面要阻礙車輛運(yùn)行，它們必須在適宜的時(shí)間內(nèi)快速進(jìn)行。平整光滑的壁面以及良好的表涂層有助于清潔作業(yè)，從而也減少了限制車輛通過(guò)隧道的時(shí)間。
    路面的建造必須做到能盡可能減少日后的維修。