特长隧道风险评估与控制技术

4.3.7.1　环境保护风险分析

高楼山隧道属特长公路隧道，埋深较大，隧道开挖对地表形态无明显改变，综合工程地质因素和设计方案，隧道设计阶段存在洞口水土流失、地下水流失、隧道弃渣污染、周边环境影响等环境保护风险源。

1.洞口水土流失环境风险因素分析

隧道穿越关家沟—何家坝背斜，进口端至AK46+600附近岩性以中泥盆系（D2）第四岩性段（D21s4）灰色变质砂岩及黑色砂泥质板岩、炭质板岩为主，夹硅质砾岩层及硅质岩；隧道进出口以碎石土为主。

（1）碎石土（Q4c+dl、Q4pl、Q4dl）：主要分布于隧道出口段及隧道洞顶的冲沟内和缓坡地带，褐灰色，稍密，稍湿-湿，骨架成分以变质砂砾岩、片岩碎屑组成，分选性差，呈棱角状，一般粒径20～100 mm约含50%，最大250 mm，粉质黏土充填。

（2）泥盆系砂质板岩、炭质板岩（D11s1+2）：主要分布于隧道进口段，与下伏下古生界—碧口群（Pz1bk）呈断层接触。板岩，产状353°∠70-80°，灰褐色—灰黑色，岩体较坚硬，主要组成矿物为石英、角闪石、云母等，含石英条带，受构造影响，岩体破碎，呈碎裂状结构。

（3）下古生界—碧口群（Pz1bk）：主要由巨厚正常沉积碎屑岩组成，夹少数火山碎屑岩。岩石均有不同程度的变质，但大多数层理及原生沉积构造仍然保留，为建立岩层正确层序提供了可靠依据。按岩层上、下层序关系，岩石组成及韵律特征，自北往南，自下而上分为三个亚群、八个岩性段。研究区主要出露四个岩性段。

进出口水量和水位受季节制约，雨季时水量相对较大，洞体开挖时易出现滴状渗水或淋雨状出水。

综合隧道进口与出口段的地质情况；隧道进出口部位边坡稳定性一般，都有可能导致水土流失，风险等级居中。

因此，为防止水土流失，应对隧道进出口进行绿化，主要包括两部分：隧道洞顶及仰坡绿化与隧道进出口景观绿化。

①隧道洞顶及仰坡绿化：隧道的开挖必然会破坏原有山体的自然植被，因此在施工过程中要严格控制开挖面积，减少对周围地层的扰动。最后，在洞顶及仰坡表面要采取植草等绿化。

②隧道进出口景观绿化：结合项目区自然条件及水土保持防护要求，依据“因地制宜”原则，选用当地优良的乡土草类和引种驯化后适应了当地环境的草类。采用自然式种植，乔灌草结合种植，通过色彩、高低、季节、树形的变化来丰富景观和保持水土。

2.地下水流失环境风险因素分析

隧址区的主要河流属长江流域的嘉陵江水系。主要水系为嘉陵江一级支流的白龙江的支流白水江，隧道进口段为尖山沟沟道流水。

白水江：白龙江支流，曾名羌水。因在甘肃文县境内又名文县河。是中国长江流域的一条河流，汇入白龙江，是嘉陵江上游最大的支流，属于嘉陵江水系。白水江发源于甘川交界岷山山脉南端的弓杆岭，自西北向东南流至黑塘河后始称白水江。再东南流至柴门关入甘肃文县，东流有中路河、马莲河由北岸注入，南岸又有白马河、丹堡河汇入，至文县玉垒乡关头坝汇入白龙江碧口水库。流域面积8316 km2，干流全长296 km，其中四川境内189 km，甘肃境内107 km。多年平均流量111（m3/s），实测最大洪水流量848（m3/s），实测最枯测量37（m3/s），百分之一频率洪水量1683（m3/s），年径流量34.7亿m3。自然落差2958m，河道平均比降10.1%。多年平均含沙量0.62（kg/m3），基本上是清水河，水量稳定，纵坡大。

尖山沟为白龙江三级支流，长15 km左右，常流水，水质清澈，水量较小，发源于高楼山分水岭，上游段坡度较陡，下游段坡度较缓，隧道进口位于下游段，据下游沟口约2.5 km汇入洋汤河，向下游3 km后汇入白龙江，为常流水，水质清澈。隧道进出口标高均高于最大洪水位一定距离，河流、山洪对隧道无影响。

隧址区地下水类型主要有第四系孔隙水、浅表层风化裂隙水、深层基岩裂隙水及构造裂隙水。第四系孔隙水主要分布在冲沟内覆盖层中，顺沟向低洼处径流，与地表沟流联系密切，互为补排；浅表层风化裂隙水主要储存在板岩、砂岩及灰岩风化带中，地下水埋藏较浅，直接暴露于大气层中或仅有植被掩盖，直接接受大气降水的补给，一般沿较完整的基岩面顺斜坡径流排泄于冲沟内汇聚成地表沟流，植被繁茂地段，植被阻止降水流失，延长和加大了降水补给时段及补给量；深层基岩裂隙水及构造裂隙水赋存于褶皱带、节理裂隙密集带及岩层接触带中，受褶皱构造影响，岩体节理裂隙发育，顺层节理裂隙延伸长，在褶皱核部具有一定张开性，为地下水储存创造了条件，在褶皱核部地下水具有一定的承压性。因此，隧道区地下水储存具有典型的非均质各向异性特征，水文地质条件复杂，地下水分布规律性差。

隧道的建设使得地下水形成了一个人工的排泄通道，将降低地下水位，成为隧道及其邻近的人工排泄基准面。根据以往工程经验，部分隧道在通车运营后，山体因地下水位下降，而导致植被枯萎，人员饮水困难。

综合以上分析，结合隧址区水文地质情况，高楼山隧道地下水流失的风险居中。

3.隧道弃渣环境风险因素分析

高楼山隧道属双洞四车道特长隧道，出渣量大，对环境的影响较大，并且隧道作为项目试验段先期开工，作为路基填料的调配存在制约，造成大量弃方。本项目试验段共设置弃土场4处，共可弃土方量约330万方。

取弃土原则：①考虑到项目区山体破碎，泥石流发育，设计尽量减少在沟谷中设置弃土场；如需设置，首选部分沟底纵坡较平缓、汇水量较小的天然沟谷地段进行集中弃土；②在平缓且经济效益低的山坡农地上设置弃土场，弃土后考虑复垦；同时做好弃土场的防护及排水工作，避免形成新的不良灾害源及水土流失；

弃渣场设置将会破坏一定面积的草地，引起水土流失；同时渣场的堆积将会破坏原有景观的整体性，造成景观破碎化。为了降低渣场设置对生态环境影响，将采取以下措施：弃渣场在弃渣前应先剥离表土和草皮和灌木，并且妥善堆放保存，待施工完毕后及时回填渣场表层，作为料场植被恢复的基质，有利于复垦恢复。弃渣前，先修建拦渣墙，然后先弃废石，再弃废土覆盖，以便为植被自然恢复创造条件。本弃渣场应该注意山坡汇水对其的影响，弃渣场要做好工程防护工作，防止弃渣场崩塌、滑坡、泥石流等地灾发生，避免诱发次生地质灾害。通过采取以上工程和植被恢复措施，该渣场设置对生态环境的影响是可以接受的。

4.对周边环境影响的环境风险因素分析

高楼山隧道穿越尖山保护区。区内植物种类丰富，属国家保护的珍贵树种有红豆杉等。在工程沿线村庄附近有少量农田分布。

初步设计应加强对沿线原始自然保留地、植被、历史文化遗迹等自然和人文景观的评级，路线远离原始自然保留地、植被、历史文化遗迹等自然和人文景观，距离历史文化遗迹应满足保护距离要求。

隧道及路基的施工要采取合理的施工方案，严格遵守国家有关环保法规，尽量不造成本区的生态环境恶化。但不可避免，施工过程会给保护区造成一定程度的影响。

（1）噪声影响分析

根据《建筑施工场界噪声限值》（GB 12523—90），施工机械噪声达标距离为：土石方施工阶段昼间34 m，夜间335 m；结构施工阶段昼间35 m，夜间199 m。由于隧道工程建设施工作业量大，而且机械化程度越来越高，开挖爆破、施工通风等施工噪声影响的范围比预测值要大，由于实际情况较为复杂，很难一一进行噪声级的叠加。考虑到建设期施工噪声影响是短期的、暂时的，而且具有局部路段特性。作为建设施工单位为保护沿线居民的正常生活和休息，应采取必要的噪声控制措施，在施工中做到定点定时的监测，夜间在距村庄300 m内禁止施工，降低施工噪声对环境的影响。

（2）施工废水分析

隧道施工会有大量的施工废水，其中主要的污染物有悬浮物、炸药残余、石油类等。特别是含有炸药残留物的裂隙水如果不加控制的排放，可能造成所在地水环境的污染。因此，要严格按照前述要求对隧道施工时的出水进行收集，并进行处理后排放。目前隧道施工污水常用的处理工艺流程如下图所示，高楼山隧道施工时可经过该处理流程，可有效控制施工期水污染问题。建设单位对污水处理设施要派专人严格管理，使其有效运行。

图4-43　隧道施工污水处理工艺流程图

综上所述，本隧道的环境保护风险等级较高，虽然隧道设计中涉及环境保护的控制措施，施工过程中仍然要加强相关环境保护方案措施的落实，加强相应的环保控制措施。同时施工期间要对施工人员进行自然保护区的宣传教育，以及制定规范施工用地的一些措施。(www.xing528.com)

4.3.7.2　环境保护风险源辨识与排序

1.环境保护风险源辨识

根据《公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南》（试用）、高楼山隧道工程地质勘察说明、隧道设计说明，分析确定环境保护风险的风险源有洞口水土流失、地下水流失、隧道弃渣污染及对周边环境影响，结合事故树法可得出风险事故树，如图4-44所示：

图4-44　环境保护风险事故树

2.环境保护风险源排序

（1）构造层次单排序判断矩阵，如表4-25所示：

表4-25　环境保护风险判断矩阵

（2）对单排序判断矩阵的一致性检验

在对单排序矩阵进行一致性检验时，采用MATLAB分析计算软件进行调试，对风险因素进行了定量分析，得出风险因素对其风险的影响程度大小。

单排序判断矩阵分析结果如下：λmax=4.0310；

代入一致性指标公式得：CI=（λmax-n）/（n-1）=0.0103；

而一次性比例：CR=CI/RI=0.0115＜0.1；

因此，矩阵满足一致性判断。

（3）风险源重要性排序结果

最后可得权重指标为w=［0.4826，0.8135，0.2787，0.1661］。

根据计算结果得环境保护风险的风险因素排序为：

地下水流失＞洞口水土流失＞隧道弃渣污染＞周边环境影响。

根据以上排序结果，在设计阶段可根据风险因素的重要性，采取针对性控制措施。

4.3.7.3　环境保护风险等级评估

根据对高楼山隧道的水文、地质及周边情况以及设计、勘察方案的分析，结合得出隧道环境保护风险发生的概率等级和损失等级，由风险矩阵法可得隧道整体环境保护风险等级，如表4-26所示：

表4-26　环境保护风险等级表

通过前面的分析评定，高楼山隧道整体环境保护的风险概率等级为3级，风险损失等级为2级，风险等级为Ⅱ级，属可接受风险，可采取必要的控制措施以提高其安全性。

4.3.7.4　环境保护风险控制措施及建议

为降低隧道工程施工对沿线环境的影响，建议施工过程中，应注意如下几点：

1.施工阶段，加强综合超前地质预报，探明地层的储水情况，采取相应措施，以免地下水流失。

2.应该注意对隧道进口和出口开挖面土壤和草皮的剥离和保存；同时注意隧道弃渣场选址的处理，应选择地形开阔、汇水面积较小的台地和平地进行堆渣；采取工程措施对弃渣场进行平整治理，防止水土流失；并且注意对弃渣场地表土和草皮的剥离和存放，用于渣场的绿化和保护。爆破施工应在白天进行。

3.弃土场单侧应根据地形进行改沟设计，不能将冲沟全部堵死，以排泄冲沟雨季洪水，沟底纵坡不小于1.00%，在改沟起点设置导流堤，将冲沟水引入沟渠；在改沟终点设置消能池。

4.施工工区等临时建筑尽可能采用成品或简易拼装方式，尽量减轻对土壤及植被的破坏。

5.在施工过程中应严格控制施工范围，严禁破坏站场周围覆盖度较高的灌丛草甸，以减少站场周围植被的损失和减少新增的水土流失；同时临时工程占地严禁占用高覆盖度的草地和农田。

6.施工期间，加强沿线生物多样性及生态环境保护的宣传教育，特别是针对沿线施工人员的宣传教育和科学管理，禁止猎杀野生动物，严禁捣毁、破坏野生动物巢穴；同时建设时应避免夜间施工，防止施工噪音对周围及远处的动物活动产生影响。