地下水對地鐵工程影響及防治對策

摘要：地鐵工程的施工周期較長，工程量較大，且施工地點的地質(zhì)環(huán)境各不相同，線路大多在地下水位之下。而在地鐵工程建設(shè)中，地下水會對隧道的穩(wěn)定性，及隧道管涌、隧道底隆起穩(wěn)定等造成較大的影響，尤其是在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、地下管線密集的地方，更是會增加施工的難度，并造成地面的沉降，對施工周邊的其他建筑物造成較大的威脅。所以，在地鐵工程建筑中，需要對施工地點加強地質(zhì)勘查，并做好相關(guān)的地下水防治措施，對地下水資源及施工周邊的建筑物進行維護，確保地鐵建施工效益得到體現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：地下水；地鐵工程；影響；防治

中圖分類號：K826.16 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）013-000-02

一、前言

在城市人口的不斷增加下，城市用地越來越短缺。當(dāng)前，各城市都出現(xiàn)了不同程度的交通擁擠、人口膨脹的問題。為了解決城市的交通問題、緩解地面矛盾，地鐵工程得到了大力的推廣與應(yīng)用。但在地鐵工程的建筑過程中，常常由于地下水問題，對整個工程的建筑質(zhì)量造成了較大的影響，并對地下水、施工周邊環(huán)境造成了一定的污染。因此，在地鐵施工前，首先要了解施工地點的地下水類型、儲蓄條件、運動形式，盡量避免施工中與地下水形成交鋒，并作出相應(yīng)的防治措施，確保地下水問題得到合理的解決。

二、地下水的基本類型

地下水主要是指存儲于地面下巖石空隙內(nèi)的水，也就是地下水面及飽和含水層內(nèi)的水。地下水是生產(chǎn)與生活中重要的供水來源之一，尤其在干旱、半干旱地區(qū)，人們的生活用水更是來源于地下水。但在地鐵工程及各種建筑工程中，地下水又會對項目工程的質(zhì)量及其安全性、穩(wěn)定性造成較大的影響，并導(dǎo)致工程病害的發(fā)生。其中，建筑工程中的基坑、滑坡活動價、凍脹變形、隧道涌水、基礎(chǔ)沉陷等問題，就與地下水的活動有著最直接的關(guān)系[1]。地下水通?？梢园凑諑r石中的物理力學(xué)性質(zhì)、水與巖土間的關(guān)系分為六種形態(tài)，即：強結(jié)合水、薄膜水、氣態(tài)水、毛細水、固態(tài)水、重力水。

為有效利用地下水，并對地下水的某一特征加以研究，可對地下水進行分類探析。在地鐵工程建筑中，由于研究及利用地下水的目的、要求各不相同，所以，為了方便研究，可將地下水分為兩大類型，一類是結(jié)合地下水的某一特性及幾個方面的因素，對其加以分析，如按照地下水的溫度分類、硬度分類、總礦度分類、PH值分類；另一種類型則是盡量全面地對影響地下水特性的各因素進行綜合的分類，如按照埋藏條件、含水層性質(zhì)等分類，而地下水的埋藏條件又可分為潛水、滯水、承壓水三類。另外，含水層的性質(zhì)分類主要包含孔隙水、巖溶水、裂隙水三類[2]。

三、地下水對地鐵工程的影響

1.地下滲流的影響

（1）地下水的外力壓力對襯砌的影響

地下水的滲流會對地鐵結(jié)構(gòu)造成較大的影響，尤其是在地下水的外水壓力下，更是會對圍巖、襯砌等造成嚴重的影響。由于地鐵的隧道在開挖之后會形成二次應(yīng)力場，使得原有的地下水滲透分布、地應(yīng)力場分布等發(fā)生改變，而地層的地下水運動，需要以動水壓力、滲流體積力形式，作用于支護結(jié)構(gòu)及圍巖之上。很多地鐵工程施工中所出現(xiàn)的地下水事故，多是由于地下水滲流所形成的壓力而導(dǎo)致。在地鐵的隧道施工中，會形成一定的隧道失水，再加上開挖前若出現(xiàn)降水現(xiàn)象，變會導(dǎo)致儲存于土體孔隙內(nèi)的孔隙水壓力發(fā)生較大的變化，而對土體的應(yīng)力應(yīng)變形態(tài)造成直接的影響，并改變著土體的孔隙比，使其滲透系數(shù)也發(fā)生著變化，這就和容易導(dǎo)致施工過程中，工程結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而對工程質(zhì)量造成威脅[3-5]。

地鐵隧道所承受的靜態(tài)作用力，通常為地層壓力及圍巖水壓力，而支護結(jié)構(gòu)及圍巖接觸點的排水條件，直接對隧道襯砌所承受的作用力產(chǎn)生影響。在不排水狀態(tài)下，隧道襯砌承載的作用力主要為水壓力及圍巖地層壓力，接觸點產(chǎn)生的水壓力，會致使隧道圍巖發(fā)生襯砌變形，而需要承受附加的荷載；在完全排水狀態(tài)下，接觸點水壓力為零主要是由于襯砌承受分作用力僅為地層圍巖的壓力。所以，在這種條件之下所存在荷載，主要由支護結(jié)構(gòu)向地層圍巖轉(zhuǎn)移，以免支護結(jié)構(gòu)承受較大的載荷，而出現(xiàn)水體滲漏現(xiàn)象，并對真?zhèn)€工程造成較大的影響。

（2）地下水滲漏對于地鐵與周圍土體的影響

在地鐵工程施工中，由于受施工管理及施工工藝的限制，常會引發(fā)不同程度的地下水滲透，而導(dǎo)致流土、流沙、基底隆起等問題的出現(xiàn)[6]。同時，降水中形成的水流，會帶走大量的沙土，進而導(dǎo)致土體的坍塌及地面的沉陷，加之動水壓力，很容易造成連續(xù)墻接縫處的砂土流失，使得圍護結(jié)構(gòu)的外側(cè)土層發(fā)生較大的變形。地鐵在修建時，難免會經(jīng)過不同的水文地質(zhì)，特別是建筑在穿過含水層時，極有可能由于人為原因，對原有地下水滲透條件產(chǎn)生破壞，引發(fā)地下水水流涌入隧道，稀釋并降低泥漿的濃度，使得地鐵喪失了護壁的作用。

2.地下水對于基礎(chǔ)工程的施工影響

地下水對邊坡的穩(wěn)定性有著直接的影響，而地鐵的基坑工程，通常在地下水位以下，因此會對基坑工程造成一系列的影響。若在施工過程中，沒有對地下水問題進行充分的考慮，對于地下水的運動狀況不了解，就會導(dǎo)致地下水流流入基坑，淹沒作業(yè)面，在惡化基坑的開挖條件同時，會對開挖質(zhì)量及開挖效率產(chǎn)生影響，并由于坑內(nèi)的排水，使得基坑周圍分地面發(fā)生變形與沉降，嚴重時甚至?xí)?dǎo)致地鐵施工周邊的建筑物發(fā)生變形、沉降、傾斜、開裂等，如：上海地鐵建筑中的地下水事件便是典型的代表。同時，若在開挖時，基坑開挖減小了含水層隔水層的厚度，會造成基坑的突涌現(xiàn)象，并大大增加基坑的支護費用及施工難度。還需要注意的使，地下水會導(dǎo)致巖土發(fā)生軟化，從而大大降低了巖石的強度，導(dǎo)致圍堰的軟弱夾層發(fā)生泥化，而減小的層間的阻力，使石膏、高嶺土、巖鹽等巖石發(fā)生膨脹、溶解及變形[7]。另外，若地下水內(nèi)還含有有害的化學(xué)物質(zhì)，如：硫酸、二氧化碳、氯元素、鈷元素等，也會對地鐵工程的混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)形成侵蝕，使得建筑物的使用年限大大的縮短。

四、地鐵工程的防治措施

依據(jù)地下水的防治技術(shù)，可分為主動防水與被動防水兩種類型。其中，主動防水，主要是通過引流及降水方式，將地鐵施工區(qū)域的地下水進行降低與轉(zhuǎn)移，進而確保地下水不被地鐵工程產(chǎn)生破壞，而地下水也不對地鐵工程產(chǎn)生影響；被動防水主要是通過布置及圍護結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)被動的防治。

1.被動防治措施

被動防治技術(shù)，通?？煞譃椴牧戏浪敖Y(jié)構(gòu)防水，兩者間最大的差異為是否承受荷載。防水結(jié)構(gòu)是地鐵工程的結(jié)構(gòu)，既承受圍巖荷載，又起著防水結(jié)構(gòu)的作用；而防水材料是指地鐵工程結(jié)構(gòu)，只起到防水作用，而不承擔(dān)圍巖荷載。

（1）結(jié)構(gòu)防水

在地鐵工程中，一般使用混凝土及鋼筋混凝土作為圍護結(jié)構(gòu)，并將圍護結(jié)構(gòu)的防水性能視為永久性的防水線。結(jié)構(gòu)防水在地鐵車站的施工中，使用頻率最高的施工技術(shù)有：旋噴樁堵水，也就是在基坑的支護樁坡施工完成之后，在支護樁不連續(xù)間的部位，插補一定的旋噴轉(zhuǎn)來封堵地下水，需要注意的是，這種方法只適用于滲透系數(shù)較小的含水層；連續(xù)墻堵水，主要是指利用施工前建構(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，來實現(xiàn)堵水效果；深層攪拌擋墻土及水泥土來達到防水效果也是常用的一種方式，這種方式主要是通過土層與水泥的攪拌混合，來提高土層的防水能力及承載能力，實現(xiàn)堵水效果。

同時，在地鐵工程的防水建筑中，淺埋暗挖也是通過混凝土襯砌來實現(xiàn)的防水。這種復(fù)合襯砌分為內(nèi)外兩層，首先需要進行隧道及車站的襯砌，也就是在隧道開挖完成之后，及時用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)來形成前期的支護。而蓋挖法的車站修建，則是通過連續(xù)墻或是鉆孔樁圍護結(jié)構(gòu)，通過反復(fù)的檢測檢驗對初期的圍巖支護穩(wěn)定性進行確定，才能夠鋪設(shè)防水隔離層。在這當(dāng)中，防水隔離層應(yīng)使用表面光滑，且不透光的塑料板材，并澆筑防水混凝土形成二次襯砌。

（2）防水材料

在地鐵工程的防水建筑中，光靠結(jié)構(gòu)防水顯然不能滿足建筑物的防水需求，因此，需要通過附加的防水層，形成防水隔離線，確保地鐵工程的隔水作用更加顯著，并補償增加結(jié)構(gòu)防水的效果。通常，在淺埋暗挖施工中，材料防水都需要首選柔性外包裝的防水層，構(gòu)成地下車站的輔助防水層，將其設(shè)置于初期的支護結(jié)構(gòu)表面，并包裹在二次襯砌的外表面。在材料的使用中，可以利用高分子樹脂板，如：EVA、ECB等板材，來形成防水隔離層。同時要注意，盾構(gòu)隧道中的材料防水，需要通過管片外防水進行。而管片外防水主要由防水防腐層與管片外注漿構(gòu)成。

2.主動防治措施

主動防治措施一般包含降水、引流、區(qū)域水流轉(zhuǎn)移三種。

其中，降水只要是指在基坑深挖及隧道開鑿中，對這個過程中產(chǎn)生的基地及側(cè)面滲水進行攔截，并結(jié)合實際施工狀況，增加邊坡及側(cè)壁的穩(wěn)定性，來預(yù)防基層土壤及側(cè)壁土壤的流失。另外，在施工中還需要注重減輕隧道內(nèi)的空氣壓力及側(cè)樁、隧道初期支護壓力，并對基坑與填土相應(yīng)的砂土特作出改變，防止基地隆起或產(chǎn)生破壞，進而加固基坑及隧道側(cè)壁的土體穩(wěn)固性。降低地下水一般有井點降水及集水明排兩種[8]。其中，集水明排主要是在基坑內(nèi)，開挖集水溝或集水井，通過泵抽水的方式來對地下水進行疏干；而井點降水則是通過增加壓力的方式，迫使地下水體的排出，從而降低地下水的水位。考慮到水源為何及環(huán)境保護問題，在實際施工過程中，需要在降水的同時，強化回灌措施，確保地下水資源得到有效的保護。

而引流主要是指在地鐵的隧道開挖支護中，利用排水管及排水溝的形式，將地下水從地勢較高的地方引向地勢較低的地方，并利用水泵將水流排出，實現(xiàn)無水施工的過程。

區(qū)域性水流轉(zhuǎn)移主要充分利用大自然的規(guī)律性，盡量在枯水期進行地鐵工程的建設(shè)，進而有效減小施工壓力，確保地鐵工程的防水性能得到充分的發(fā)揮。

五、結(jié)束語

地鐵工程的建筑，由于點多、線長、面廣，且大多位于地下水以下，使得地下水的平衡會遭到一定程度的破會，并發(fā)生水體運動狀況的改變。若在建筑過程當(dāng)中，不注重對地下水進行探測，并做好相關(guān)的防治措施，就會導(dǎo)致在實際施工過程或指地鐵營運期間，出現(xiàn)地面的不均勻沉降，繼而對地鐵工程，乃至地鐵工程周邊的建筑物造成嚴重的破壞，并形成水資源的破壞。因此，為了有效防止地下水滲透，減輕地鐵工程對于地下水環(huán)境造成的不良影響，需要在施工前，對地下水的分布情況、運動狀況、運動規(guī)律等進行深入的了解，對隧道地下水的徑流、補給、排泄等狀況進行徹底的清查，確保防水措施的科學(xué)、有效，以免建筑過程中出現(xiàn)施工問題，而造成無可挽回的經(jīng)濟損失。

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作者簡介：趙子瞻（1987-），男，漢族，上海人，碩士學(xué)位，副科級職位，中級工程師職稱，研究方向：地鐵及地下工程。