地水下對地鐵工程的影響分析

韋秀燕

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津 300308）

1 引言

近十幾年來，我國地鐵工程一直保持高速發展，其中地鐵工程以地下工程為主，地下水對工程的影響一直是工程界解決的難題，大部分的工程事故都與地下水有關。有關地下水對工程的影響研究及對策，一直是工程界的工程師們研究的課題。蔣小紅[1]從地下水的滲流、對基礎的影響及對策進行了研究；鄭陽明[2]從地下水對工程成本、質量的影響，建立防水管理、防水技術及防水隊伍的角度分析地下水的影響對策；魏燃[3]從地下對水工程的危害及有效防治的角度闡述地下水的影響；劉延輝[4]從地下水的物理化學性質分析對工程的影響，并提出防方案；劉鑫[5]以天津地鐵地下水的腐蝕性進行分析評價，并提出防治方案。以上從事地鐵工程的工程師對地下水對城市軌道交通的影響進行分析，并提出防治方案，但他們大部分是施工后進行的總結。本文以工程勘察的角度，從地下水水力學的影響、物理的影響及化學的影響全面分析地下對地鐵工程的影響，為地鐵設計、施工提供準確合理的防治措施。

2 工程概況

根據現場勘探，共本車站揭露地下如下：

雜填土①、粉質黏土③1、淤泥質粉質黏土⑥2、粉土⑥3、粉質黏土⑥4、粉質黏土⑧1、粉土及粉砂⑧2、粉質黏土⑨1、粉土及粉砂⑨2、粉砂⑩2、粉砂11○4、粉質黏土12○1、粉土12○2、粉砂12○3、粉質黏土13○1等主要地層，其中部分黏性土中夾有粉土或粉砂層，粉土或分砂中夾有黏性土層。

在勘察深度范圍內揭露潛水含層粉土⑥3、第一承壓含水層⑧2、第二承壓含水層⑨2、第三承壓含水層11○4，但三個承壓含水層之間沒有連續隔水層，承壓含水層相互連通。潛水水位0.2～2.14m，承壓水0.5～2.34m。

3 地水下對地鐵工程的影響

地下對對地鐵工程的影響主要有三個方面：地下水水力學影響、地下水物理影響、地下水化學影響。

3.1 地下水水力學影響

地下水水力學影響一般包括：滲透變形、基坑突涌、對結構的浮力、對邊坡的影響等。

（1）滲透變形

滲透變形有兩種主要形式，一是流土（砂），二是管涌，主要出現在單一土層地基中。

流土（砂）：是指在滲流作用下，某處土體表面的隆起、浮動或同一顆粒群同時浮動而流失的現象。

管涌：是指在滲流作用下，土體中的細顆粒在粗顆粒形成的骨架中發生流動，逐漸形成通道的現象。

土的滲透變形的判別一般有下列內容：

①土的滲透變形類型的判別；

②管涌與流土（砂）的臨界水力比降的確定；

③土的允許水力比降的確定。

管涌與流土（砂）判別、臨界水力比降一般按《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）附錄 G[6]進行確定。

（2）基坑突涌

基坑突涌：當基坑下分布承壓水含水層，開挖基坑減小了承壓含水層上覆隔水層的厚度，在厚度不斷減小，到某個厚度時，承壓水的的水頭壓力能頂破基坑底板，發生了基坑突涌。

基坑突涌根據《建建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）附錄G判別[6]。

基坑突涌采用以下公式驗算：

Dγ/hwγw≥Kh

式中：

Kh——突涌穩定安全系數；Kh不應小于1.1。

D——含水層頂面至基坑底的隔水層厚度（m）。

γ——含水層頂面至基坑底的土層天然重度（kN/m3）；對多層土，取土層厚度加權平均天然重度。

hw——承壓含水層頂面的壓力水頭高度（m）。

γw——水的重度（kN/m3）。

圖1 基坑底突涌驗算圖

圖中：1-截水帷幕；2-基底；3-承壓水水位；4-承壓含水層；5-隔水層

（3）對結構的浮力

勘察報告中該參數主要提供抗浮設防水位。

抗浮設防水位一般采用以下方法綜合確定：

①如有長期觀測水位時，抗浮設防水位可采用該層地下水實際測量最高水位和工程運營期間地下水的可能變化來確定，缺乏長期觀測水位時，按勘察期間實際測量最高穩定水位并結合地下水補給、排泄條件、場地地形地貌等因素綜合確定。

②場地有潛水與承壓水，且有水力聯系時，應實測承壓水水位并考慮其對抗浮設防水位的影響。

（4）對邊坡的影響

①靜水壓力對結構物或支護結構的作用；

②黏性土中超孔隙水壓力的影響。

3.2 地下水的物理作用

（1）對軟質巖、強風化巖、殘積土、濕陷性土、膨脹巖土和鹽漬土，評價地下水聚集和散失所產生的軟化、崩解、濕陷、脹縮和潛蝕等有害作用。

（2）凍土地區，評價地下水對土的凍脹和融陷的影響。

3.3 地下水的化學作用

對地下水位以下的工程結構，評定地下水對建筑材料的腐蝕性。

本站腐蝕性評價：

表1 地下水腐蝕性化學指標統計表

表2 地下水腐蝕性判別表

4 結論

通過多條地鐵勘察的經驗，并以天津濱海B1線某車站為例，從巖土工程勘察的角度分析地下水對地鐵工程的影響，得出幾點結論。

（1）大部分地鐵工程事故都與地下水有關，工程師們一直在進行研究。

（2）地下水對地鐵工程影響主要有地下水水力學影響、地下水物理影響及地下水化學影響。

（3）從巖土工程勘察的角度應對地下水對工程的影響進行分析評價，提供高質量勘察成果。