地下水對地鐵工程的影響及防治對策研究

蔣海燕

（西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司，西安710086）

地下水對地鐵工程的影響及防治對策研究

蔣海燕

（西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司，西安710086）

周期較長以及工程量比較大是地鐵工程比較明顯的屬性，地鐵工程進(jìn)行施工時的環(huán)境多種多樣，但多數(shù)情況下是線路在地下水位之下。在建設(shè)地鐵工程時，隧道的穩(wěn)定性，隧道底，隧道管涌隆起穩(wěn)定都與地下水有重要的關(guān)系。地下水會增加施工難度，尤其是在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，以及地下管線密集的地方，地下水會使地面產(chǎn)生沉降，從而會威脅施工周圍的其他建筑。所以在地鐵工程施工時，要加強(qiáng)勘察施工地點(diǎn)，要積極防御地下水，管理好地下水資源，保護(hù)周圍的建筑，使地鐵工程有序的安全進(jìn)行。

地下水；地鐵工程；影響因素分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.063

1 引言

因為地鐵工程施工的場所大多都是在地下，所以地鐵工程的質(zhì)量與地下水息息相關(guān)。如果地下水的防護(hù)措施做得不好，會使地鐵工程被浸泡淹沒，從而嚴(yán)重破壞地鐵工程的建設(shè)，使地鐵工程的質(zhì)量及建設(shè)周期，使用周期都受到影響，更嚴(yán)重者，使隧道土質(zhì)脫落，發(fā)生安全事故，造成人員傷害。所以，重視并做好地下水的防治工作，對地鐵工程的順利實(shí)施具有重要實(shí)際意義。

2 地下水的基本類型

地下巖石空隙或地下水面和含水層是地下水的主要存儲層，它是生產(chǎn)和生活用水的水源之一，在比較干旱的地方，地下水作為人民的生活用水，更是起著重要的作用。但是在地鐵施工時，地下水確實(shí)會影響工程的質(zhì)量以及安全穩(wěn)定性，會造成建設(shè)工程中出現(xiàn)凍脹變形、隧道涌水、基礎(chǔ)沉陷、基坑、滑坡等問題。

地下水分為強(qiáng)結(jié)合水、薄膜水、氣態(tài)水、毛細(xì)水、固態(tài)水、重力水。這是以水與巖土的關(guān)系以及巖石的物理力學(xué)性質(zhì)為參考因素劃分的[1]。為了有效地利用地下水，需要對地下水進(jìn)行分類探討，研究它的某一項特征。在工程建筑中，由于利用地下水的原因和目的不同，把地下水分為2個類型：（1）以地下水的某一特性及幾個方面為考慮因素，如按照地下水的溫度、硬度、總礦度、pH值進(jìn)行分析和分類；（2）按照埋藏條件、含水層性質(zhì)等影響地下水特性的因素進(jìn)行分類，例如潛水、滯水、承壓水是地下水的3類埋藏條件，孔隙水、巖溶水、裂隙水是含水層的3項性質(zhì)分類。

3 地下水對地鐵工程的影響

3.1 地下滲流的影響

3.1.1 地下水的外力壓力對襯砌的影響

對地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響的是地下水的滲流，圍巖、襯砌等都會受到地下水的外水壓力的嚴(yán)重影響。原有的地下水滲透分布以及地應(yīng)力場分布等都會隨著地鐵隧道的開挖而發(fā)生改變，會形成二次應(yīng)力場。地層的地下水運(yùn)動，以動水壓力，滲流體積力為手段，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)及圍巖上[2]。地下水滲流形成的壓力是導(dǎo)致地鐵工程施工中所出現(xiàn)的地下水事故的主要原因。儲存于土體孔隙內(nèi)的孔隙水壓力發(fā)生較大變化的原因是在隧道施工時形成的隧道失水和開挖前的降水，都直接影響了土體的應(yīng)力應(yīng)變形態(tài)，使土體的孔隙比和滲透系數(shù)都發(fā)生變化，嚴(yán)重威脅工程質(zhì)量和施工工程的穩(wěn)定性。

地鐵隧道通常承受地層壓力、圍巖水壓力這2個靜態(tài)作用力，支護(hù)結(jié)構(gòu)及圍巖接觸點(diǎn)的排水條件是影響隧道襯砌所承受的作用力的主要因素[3]。在不排水狀態(tài)下，水壓力及圍巖地層壓力是隧道襯砌承載的主要作用力，使隧道圍巖發(fā)生襯砌變形，而需要承受附加荷載的原因就是接觸點(diǎn)產(chǎn)生的水壓力。在完全排水狀態(tài)下，襯砌承受的分作用力僅為地層圍巖的壓力。

接觸點(diǎn)的水壓力不存在。支護(hù)結(jié)構(gòu)向地層圍巖轉(zhuǎn)移是在這種條件之下荷載的來源，主要是為了防止水體滲漏，影響到地鐵施工工程。

3.1.2 地下水滲漏對于地鐵與周圍土體的影響

在地鐵工程建設(shè)時，不同程度的地下水滲透導(dǎo)致的流土、流沙、基底隆起等問題是由于施工管理及施工工藝受到了限制。土體坍塌及地面沉陷的原因是大量的沙土被降水形成的水流帶走了，另外連續(xù)墻接縫處的砂土受到動水壓力的影響流失后，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外側(cè)土層產(chǎn)生變形。地鐵修建時的地質(zhì)環(huán)境各種各樣，所以在經(jīng)過含水層時，很可能會因為人為因素破壞了原有地下水滲透條件，使隧道流入地下水，泥漿的濃度降低，從而使地鐵施工的質(zhì)量受到了影響。

3.2 地下水對于基礎(chǔ)工程的施工影響

邊坡的穩(wěn)定性與地下水息息相關(guān)，另外由于地下水位以下是地鐵基坑工程的主要施工環(huán)境，所以地下水也會影響到基坑工程。在施工時，一定要對地下水的問題加以重視，了解地下水的運(yùn)動情況，否則會使地下水流進(jìn)基坑，影響基坑的開挖條件，降低開挖質(zhì)量。另外，更嚴(yán)重的會使基坑周圍地面變形，產(chǎn)生沉降，而影響周圍建筑，使周圍建筑出現(xiàn)傾斜，開裂，變形等問題。同時要注意含水層的隔水層厚度隨著基坑開挖而減小，發(fā)生基坑突涌后，基坑的支付費(fèi)用和施工難度都大大增加了，巖土的強(qiáng)度會由于地下水而降低，使圍堰的軟弱夾層泥化。[4]另外，地鐵工程的混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)會被地下水中含有的硫酸、二氧化碳等有害的化學(xué)物質(zhì)侵蝕，縮短建筑的使用年限。

4 地鐵工程的防治措施

主動防水與被動防水是依據(jù)地下水的防治技術(shù)而劃分的2種類型。前者是以引流和降水為手段，降低和轉(zhuǎn)移地鐵施工區(qū)域的地下水，保證地下水和施工工程都不被破壞；后者是以布置和圍護(hù)結(jié)構(gòu)為手段進(jìn)行被動防治。

4.1 被動防治措施

材料防水及結(jié)構(gòu)防水是被動防治技術(shù)的2種手段，是否承受荷載是這2種防治技術(shù)最大的不同，防水結(jié)構(gòu)和防水材料都有防水作用，但是防水結(jié)構(gòu)承受圍巖荷載，防水材料不承擔(dān)圍巖荷載。

4.1.1 結(jié)構(gòu)防水

在地鐵工程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為混凝土及鋼筋混凝土，并且把他們的防水性能作為永久性的防水線。旋噴樁堵水是在地鐵車站施工時，使用性最高的結(jié)構(gòu)防水的施工技術(shù)，這個技術(shù)的操作流程為，完成基坑的支護(hù)樁坡施工后，在支護(hù)樁不連續(xù)的部位插補(bǔ)一定的旋噴樁，這么做的目的就是為了封堵地下水。但是它適用于滲透系數(shù)較小的含水層。

另外還有連續(xù)墻堵水的方式，實(shí)行堵水效果利用的是施工前建構(gòu)的鋼筋混凝土地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的混凝土抗?jié)B性及整體性。還有一種實(shí)行堵水效果的手段就是不斷地攪拌混合土層和水泥，使土層的防水能力及承載能力得到提高。

同時，混凝土襯砌也是地鐵工程利用淺埋暗挖來防水的防水建筑。這種復(fù)合襯砌是要進(jìn)行隧道以及車站的內(nèi)外2層襯砌的，完成隧道開挖后，需要形成前期的支護(hù)，這是通過噴射混凝土來配合網(wǎng)構(gòu)鋼架、超前小導(dǎo)管注漿、掛鋼筋網(wǎng)這種手段完成的。[5]蓋挖法的車站修建形成防水隔離層的前提是需要以連續(xù)墻或鉆孔樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)為手段，然后對初期的圍巖支護(hù)穩(wěn)定性反復(fù)的檢測確定才可以。然后通過澆筑防水混凝土形成二次襯砌。

4.1.2 防水材料

結(jié)構(gòu)防水這種防水方式是完全不能夠滿足地鐵工程的防水建筑的防水要求的，所以為了增強(qiáng)地鐵工程的防水效果，需要形成防水隔離線，形成防水隔離線的措施就是需要附加的防水層。柔性外包裝的防水層是淺埋暗挖施工中對材料防水的首選，他是初期的支護(hù)結(jié)構(gòu)表面，并包裹在二次襯砌的外表面的防水材料。在材料防水中，形成防水隔離層的方式可以用EVA、ECB等高分子樹脂板。同時，要引起重視的是由防水防腐層與管片外注漿構(gòu)成的管片外防水是盾構(gòu)隧道中的材料防水的渠道。

4.2 主動防治措施

降水、引流、區(qū)域水流轉(zhuǎn)移是主動防治的3種措施。

1）降水指的是攔截在基坑深挖及隧道開鑿中產(chǎn)生的基地及側(cè)面滲水，通過增強(qiáng)邊坡及側(cè)壁的穩(wěn)定性對基層土壤及側(cè)壁土壤的流失進(jìn)行預(yù)防。另外，在施工中，要對隧道內(nèi)的空氣壓力及側(cè)樁、隧道初期支護(hù)壓力進(jìn)行減輕，改變基坑與填土相應(yīng)的砂土，否則會破壞基地。

井點(diǎn)降水及集水明排是降低地下水的2種方法。井點(diǎn)降水的方法是通過增加壓力，排出地下水，使地下水的水位降低。集水明排是通過泵抽水的方式疏干地下水。在降水的時候，聯(lián)系實(shí)際，做好環(huán)境保護(hù)，強(qiáng)化回灌措施。

2）引流是指把地下水從地勢高的地方引流到地勢低的地方，這就需要利用排水管和排水溝以及水泵。

3）區(qū)域性水流轉(zhuǎn)移是指盡量在枯水期進(jìn)行地鐵工程的建設(shè)，進(jìn)而有效地減小施工壓力，確保充分發(fā)揮地鐵工程的防水性。

5 結(jié)語

在地鐵工程建筑中，地下水的防治工程占有重要地位，而地鐵工程又對我國的交通壓力緩解有重要作用，所以進(jìn)行地下水防治勢在必行，我們必須要高度重視地下水的防治工作，加強(qiáng)施工隊伍的擴(kuò)建，利用先進(jìn)的技術(shù)和管理體系做好地下水的防治工作，保證地鐵工程建設(shè)的質(zhì)量。

【1】王玉喜.砂卵石地層地鐵車站降水施工技術(shù)［J］.國防交通工程與技術(shù)，2014(3):91-92.

【2】孫曉鋒.南京長江漫灘區(qū)地鐵車站基坑降水方案研究［J］.市政技術(shù)，2013(2):63-65.

【3】吳言軍，陳愛新.地鐵房山線的地質(zhì)、環(huán)境風(fēng)險及防范措施分析[J].地下空間與工程學(xué)報，2014(3):721-726+738.

【4】唐文鵬，黃強(qiáng)兵.西安地鐵四號線沿線地裂縫活動趨勢預(yù)測及危險性評價[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2013(2):20-25.

【5】于加新.地鐵施工的地質(zhì)災(zāi)害危險性與安全管理對策[J].建設(shè)監(jiān)理，2013(4):49-51.

Influence of Underground Water on Metro Engineering and Prevention and Control Countermeasures

JIANG Hai-yan
(Operation Company of Xi'an Subway Limited Liability Company,Xi'an710086,China)

The Long period and huge engineering quantity are the obvious property for the subway engineering.The construction environment of subway engineering is various,but most of the lines are under the water level.In the construction of subway project,the stability of tunnel and the formation of basement uplift and piping have an important relationship with groundwater.Thus,groundwater w ill increase the difficulty of construction,especially in the complex geological environment,as well as the places with intensive underground pipelines.Groundwater w ill make the ground subside,as a result it will threaten the other buildings around the construction.Therefore,in the subway construction,it is necessary to strengthen the investigation to construction sites,and defend the groundwater actively.Futhermore,in order to make the subway project operate orderly and safely.We have to manage groundwater resources and protect the surrounding buildings.

groundwater;subwayengineering;analysisof influencing factors

U231.+3

A

1007-9467（2016）08-0115-02

2016-07-24

蔣海燕（1988～），女，甘肅天水人，助理工程師，從事城市軌道運(yùn)輸生產(chǎn)管理研究。