地下水對地鐵隧道工程的影響及其防治措施

王波

隨著我國城市經濟發展速度不斷加快，城市化進程也在不斷加快。然而，隨著城市人口密度的增加，城市交通擁堵、環境污染等問題日趨嚴重。然而，修建地鐵隧道對地下水有著較高的要求。首先，隧道施工過程中會產生大量的地下水；其次，地下水位埋深較淺時會產生承壓水；最后，在特殊地質條件下可能會產生突水、涌砂、涌泥等不良地質現象。這些都是地下水對地鐵隧道工程產生影響的重要原因。本文首先闡述了地鐵隧道工程中地下水對隧道的影響；然后針對地下水對地鐵隧道工程的影響提出了防治措施；最后對文章進行了總結。

隨著我國經濟的發展，城市化進程的加快，城市人口密度越來越大，交通擁擠、環境污染等問題日趨嚴重。為了緩解城市交通壓力，修建地鐵隧道成為解決城市交通問題的重要途徑。然而，地下水對地鐵隧道工程具有很大影響，包括對隧道結構安全、施工安全和運營安全等方面的影響。因此，如何防治地下水對地鐵隧道工程的影響，就成為亟待解決的問題。

一、地下水對地鐵隧道工程的潛在影響

在地下隧道施工過程中，地下水的存在可能導致隧道變形、失穩、滲漏，從而影響隧道結構的安全性和耐久性。由于地下水在隧道開挖過程中的滲流作用，會導致隧道圍巖應力重新分布，從而使得圍巖產生應力釋放，導致圍巖產生變形。另外，在隧道開挖過程中，地下水的存在可能會導致襯砌背后土體失穩，從而導致襯砌結構破壞。隨著地下水水位的不斷變化，在不同區域可能會出現不同類型的突水現象。當突水發生時，地下水會沿著裂縫向隧道內滲透，引起突水點周圍的地層產生裂隙、鼓脹、隆起等現象。而在突水發生區域附近的地面還可能會產生裂縫、沉陷等現象。同時，突水還可能會沿著裂縫進入隧道內，引起地表沉降，從而影響地鐵隧道的正常使用。

二、地下水對地鐵隧道工程的影響

1.地下水對隧道穩定性的影響

地下水的存在對地鐵隧道施工有一定的影響，主要表現為以下幾個方面：

（1）在隧道開挖過程中，地下水的存在會增大開挖面的最小水平位移，對開挖面附近的土體產生壓縮變形，導致隧道周邊土體發生位移，從而降低隧道周邊土體的穩定性。

（2）地下水對隧道施工產生的影響主要包括：①地下水位線以下的承壓水可以使隧道結構受到不同程度的破壞；②承壓水在隧道中形成承壓水頭，造成圍巖應力增大；③地下水會對支護結構造成一定程度的破壞，使支護結構發生變形；④地下水還會降低圍巖的自穩性。

（3）在盾構法施工中，盾構施工產生的地下水主要為承壓水，地下水位埋深較淺時會形成承壓水頭。當采用管片襯砌結構時，會使襯砌周圍土體產生應力集中現象。當隧道拱頂處發生突水時，會使拱頂位置產生一定程度的變形。

2.地下水對隧道結構材料的腐蝕作用

在地鐵隧道工程中，圍巖本身可能存在大量的孔隙，這些孔隙中含有大量的水分，而地下水會通過這些孔隙滲入隧道結構，并溶解圍巖中的各種物質。在長期的地下水作用下，圍巖中的各種物質發生化學反應，從而導致圍巖發生膨脹、軟化、崩解等一系列變化。當圍巖中出現這種變化時，隧道結構將受到很大的影響。

隧道結構的抗滲能力與其所使用材料有著密切關系，其中混凝土的抗滲透能力最強。然而，混凝土自身也是一種多孔材料，具有一定的抗滲能力。在地下水作用下，當隧道結構中出現裂縫時，地下水就會沿著這些裂縫滲入隧道結構內部。由于地下水具有一定的腐蝕性和滲透性，因此在地下水作用下，裂縫周圍的混凝土會發生溶解反應。同時，當地下水滲入到混凝土中后，會破壞混凝土內部結構、降低混凝土強度、減少混凝土與鋼筋之間的黏結力、降低鋼筋強度等。另外，當隧道結構出現較大裂縫時，還可能導致混凝土剝落現象發生。

地鐵隧道工程中所使用的各種材料都具有一定的腐蝕性和滲透性。在實際工程中，必須要根據材料本身特性選擇合適的防水材料。例如：在鋼筋混凝土中加入一定比例的鋼筋阻銹劑可以有效防止鋼筋生銹；在使用防水卷材時，要采用高粘接接頭；在施工過程中要保證防水施工質量和施工進度；在襯砌結構和地面之間使用密封劑可以有效防止地下水滲透到襯砌結構內部。然而，在實際工程中，由于各種因素的影響以及施工技術水平等問題，可能會導致隧道結構材料遭受腐蝕的現象。

3.地下水對地鐵設備和運營的影響

地鐵隧道中的排水系統、通風系統和照明系統都是非常重要的設備。如果地鐵隧道內存在承壓水,將會產生較高的水頭壓力,從而影響排水和通風系統;若地鐵隧道內存在涌水現象,則會導致照明設備受損,嚴重時甚至可能引發停電;若地鐵隧道內存在突水現象,則可能引發嚴重的安全事故。此外，地鐵隧道中存在地下水時還會出現滲水、漏水現象，對地鐵設備的正常使用造成不利影響。

三、地鐵隧道工程中的地下水防治措施

1.地下水排水和降低水位的方法

地下排水可以分為人工排水和自然排水。人工排水一般是通過在隧道內開挖排水溝，將隧道內的地下水引到隧道外進行排放。這種方法可以有效地減少基坑內的積水，但無法避免基坑外地下水的涌入，對地層的穩定性造成一定影響。因此，在具體實施過程中要結合實際情況，綜合考慮各種因素后，合理選擇排水方式。

降低水位可以分為開挖降水位和回填降水位兩種方法。開挖降水位主要是在地下水位埋深較淺、圍巖較為完整、地下水不容易透水的地段進行。通過回填降水可以有效地降低隧道坑底以下一定范圍內的水位，降低地下水位對隧道的影響。但回填降水對施工條件要求較高，一般需要采取超前支護措施。

2.隧道防滲措施與材料選擇

為防止隧道滲漏水對結構造成危害，地鐵隧道結構施工過程中，應采取措施進行防滲處理，采用先進的防滲材料與工藝，提高隧道結構的防滲能力，保障隧道結構的正常使用。

（1）防水混凝土材料

①采用泵送混凝土。其具有良好的抗滲性能和耐久性。

②采用防水板、防水卷材或涂膜等防水材料。

③采用自粘防水卷材。

④在隧道襯砌施工中，采用注漿堵漏時，應先注漿后堵漏。

（2）接縫防滲處理

①對襯砌結構表面的缺陷進行修復。

②混凝土襯砌結構的接縫應采用熱鍍鋅焊接工藝進行防腐處理。

③在襯砌結構表面設置排水盲管，并設置止水帶和止水條。

④在隧道襯砌結構表面設置抗水壓的構造層，防止地下水滲透到隧道結構內部。

（3）注漿堵水

①注漿堵漏時，應采用低壓小流量的灌漿材料，壓力不宜大于0.2 MPa。

②當地下水滲透到隧道結構內部時，可以采用注漿堵漏方法進行處理。

（4）復合式襯砌

采用復合式襯砌時，應采用抗滲混凝土或抗壓防水混凝土作為襯砌的基層材料和保護層材料。

3.地鐵隧道工程中的涵養水措施

為保障地鐵隧道施工安全，防止隧道周圍出現水、氣、土、聲等異常現象，在地鐵隧道施工中要采取一定的涵養水措施。具體措施如下：

（1）基坑降水。為了有效防止隧道周圍出現地下水，在地鐵隧道工程中，由于地下水位存在雨水滲入的可能，需要根據基坑的實際情況采取合理的降水方案，并在開挖之前就做好降水準備工作，一般在地鐵隧道的低洼處設置集水井，集水井則可以將這些積水集中起來，并通過排水管道將積水排出，避免對地鐵運營造成不良影響。

（2）設置截水溝。與基坑降水原因相同，在地鐵隧道施工過程中，也可以設置截水溝和集水井，主要是在地鐵隧道工程周圍，常常會有雨水或地下水源，在隧道的外部設置截水溝，可以將周圍的水源引導到其他地方，避免進入隧道。相比與集水井設置截水溝，截水溝沒有集水功能，主要用于引流。

（3）加固基坑周圍的土體。地鐵隧道施工中為了有效防止出現突水、涌砂、涌泥等不良地質現象，需要對基坑周圍進行加固處理，并將其與地下水隔離開來，從而避免地下水流向地下隧道。加固后的基坑周圍土層一般會比原來的土體高出一部分，能夠有效防止基坑周圍出現地下水。

（4）集水井和截水溝的設計需要考慮多個因素。一是地質條件，需要充分了解地下水位和地層情況，以便確保集水井和截水溝的設置能夠有效地收集和引導水流。二是施工技術，需要采用合適的材料和工藝來確保集水井和截水溝的穩定性和耐久性。三是日常管理，需要定期清理和維護集水井和截水溝，以確保其正常運行。

四、地鐵隧道工程中的地下水監測與預警

1.地下水監測指標與方法

（1）地下水監測指標

根據《建筑基坑工程質量檢測技術規范》（GB 50348-2003）、《建筑樁基技術規范》（GB 51018-2013），地下水監測指標主要包括：水位高程、水位變化、水位梯度、水位對隧道結構的影響以及水位與降雨關系。

水位高程是指地下水位的絕對高度。通過測量地下水位的高程，可以了解隧道所處位置的地下水位情況。這對于確定隧道施工的水平位置以及評估施工過程中地下水位的變化至關重要。

水位變化是指地下水位的動態變化情況。通過監測水位的變化，可以及時發現地下水位波動的情況，預警可能出現的滲漏或涌水問題，從而采取相應的應對措施，保證施工安全。

水位梯度是指地下水位的變化率。通過計算水位梯度，可以了解水位變化的速率和趨勢，進一步判斷地下水位對隧道結構的影響程度。對于具有較大水位梯度的地下水位，需要采取加固措施，以確保隧道的結構安全和穩定性。

地下水位與降雨之間存在一定的關系。監測地下水位與降雨的關系，可以了解降雨對地下水位的影響程度，從而預測可能出現的地下水位變化情況。這對于施工期間的水位控制和隧道的排水設計非常重要。

隧道施工中的地下水位監測指標包括水位高程、水位變化、水位梯度、水位對隧道結構的影響以及水位與降雨的關系。通過監測和分析這些指標，可以及時掌握地下水位的動態變化情況，從而采取相應的防護措施，確保隧道施工的安全和質量。

（2）監測方法

通過對隧道施工過程中的基坑周圍土壤和地下水的水質進行監測，可以及時了解地下水的動態變化，掌握基坑周圍的地下水位變化情況，并根據監測結果制定相應的地下水防治措施。通過對地下水位變化情況進行監測，可以掌握基坑周圍土壤和地下水中的含水量和壓力狀況，從而對地下水位變化做出合理解釋，為采取合理的應急措施提供科學依據。通過對地下水位變化情況進行監測，可以及時掌握地下水位變化規律和地下水位與基坑圍護結構的關系。通過對地下水位變化情況進行監測，可以及時了解隧道周邊土體受力狀況和隧道圍護墻的受力狀況，從而為隧道圍護結構設計提供科學依據。

2.地下水位預警系統的建立與應用

地下水位預警系統是由水位觀測孔、地下水監測點、水位監測設備，以及計算機管理系統組成的監測系統，用于實時監測地下水位動態變化。地下水位預警系統的建立，能夠及時有效地掌握地下水動態，并對地下水位變化進行預測，從而為工程設計提供重要依據。

某地鐵隧道工程的施工過程中，地下水位發生了變化，最大變位達3m左右。為了避免突水事故的發生，在施工過程中進行了及時的地下水位預警系統的建立。該系統主要由三部分組成：（1）水文地質參數監測，包括地下水埋深、水位、承壓水壓力等；（2）地下水位變化與監測設備；（3）水文地質參數與監測設備之間的通信。利用這些參數與設備之間的通信，能夠及時地進行地下水位預警系統的建立和運行。通過監測數據顯示，地下水位變化和水文地質參數都在正常范圍內，地下水位沒有明顯變化，承壓水壓力也在正常范圍內，突水事故并未發生。由此可知，該地下水預警系統可以實時監測地下水位情況、承壓水壓力情況以及地下水變化情況等；能夠及時預警突水事故發生的可能性以及突水事故發生后產生的危害。

五、地鐵隧道工程中的案例分析

某地鐵隧道工程是由中交一公局集團第一工程有限公司負責施工的，全長757m，總寬10.8m，設計埋深為34.6m～33.2m，是一條越江隧道。該隧道位于長江三角洲平原地區，地形平坦，地層主要為沖洪積和河漫灘相沉積物。本工程隧道線路呈東西走向，整體線路呈東西走向。本工程所處地區地下水比較豐富，在施工過程中會出現大量的涌水、涌砂、涌泥等不良地質現象。為保證施工的安全和正常運營，需要對地下水進行處理。為了防治地下水對地鐵隧道工程產生的影響，該項目從以下幾個方面入手：（1）地下水勘探和監測：在施工前進行地下水勘探，了解地下水位、流量和水質等信息，并在施工期間進行實時監測，及時發現和處理地下水問題；（2）地下水排水系統：建立有效的地下水排水系統，包括設置集水井和截水溝，將涌水、涌砂和涌泥等不良地質現象引導和排除；（3）整體施工中對基坑的周圍進行了加固處理，將其與地下水隔離，避免地下水流向地下隧道；（4）施工技術措施：采用適當的施工方法和技術，如地下水封堵、地下水抽排等，針對不同地質條件和涌水情況進行處理；（5）緊急應對措施：建立緊急應對預案，對突發地下水問題進行及時處理，確保施工和運營的安全。通過以上措施確保了該項目在地下水資源豐富的三角洲地區順利完工。

六、結束語

隧道施工中容易產生涌水、突水等不良地質現象，這些都是地下水對地鐵隧道工程的影響。地下水對地鐵隧道工程產生的影響主要包括對結構安全、施工安全和運營安全的影響，如果不能采取有效措施對地下水進行防治，就會危及地鐵隧道工程的安全。因此，加強對地下水位埋深較淺地區地鐵隧道工程的研究，采取相應措施防治地下水對地鐵隧道工程的影響，具有十分重要的現實意義。