隧道开挖对地下水的影响

林玉秀

（福建省地质工程勘察院　350002）

隧道开挖对地下水的影响

林玉秀

（福建省地质工程勘察院350002）

隧道建设是一项很复杂的系统工程，隧道建设的质量和周期，受很多方面因素的影响。其中地下水对与隧道建设过程中的影响至关重要，对隧道开挖地区地下水的具体情况了解不够，将会对隧道的建设造成很严重的影响。地下水与隧道的建设是相互制约的统一整体。这也是隧道建设者，在建设过程中遇到的最难的技术问题。本文通过对隧道建设中的各个方面对地下水的影响分析，来总结出在隧道开挖前和隧道开挖中对地下水的保护措施。希望给隧道建设中的地下水保护提供参考依据。

裂隙岩体隧道；地下水环境；相互作用

1　引言

随着经济社会的发展，全国各地的基础设施的建设。我国已经成为了世界上隧道过程项目最多的国家，不管是在工程的数量，还是在工程的地质复杂结构以及整体的规模上，都创下了多个第一。随着隧道建设工程的复杂程度逐渐加大。对隧道建设中的地下水的研究，显得尤为重要。隧道建设过程中地下水的发育具有多样性和复杂性的特点，同时裂隙岩体和渗流动态性决定了隧道施工过程中与地下水环境相互作用相互制约的问题，使得对隧道建设过程中地下水的变化和保护存在很到的困难。本文首先确定了隧道的模型和选定重要的参数。采用理论分析和计算的方法对影响隧道建设中的几个重要问题进行分析，主要包括水位埋深、隧道开挖前后水文地质条件、喷射混凝土、地层注浆加固、隔断墙等。通过对这些问题的研究为后续保护隧道开挖过程中的地下水的保护提供依据。

2　计算模型及参数选择

为了研究隧道建设过程中，地下水变化的规律，以及隧道施工中各种施工过程对地下水文的影响，建立具有普遍意义的数值分析模型，以便于对复杂的施工过程进行仿真分析。从而得出隧道建设过程中地下水影响评价机制。

本文采用的隧道原型为350km/h的高铁双线隧道V级复合式标准断面，如图1所示。

图1　隧道模型

此衬砌的主要参数为：初期的支护采用的是C25喷混泥土厚度通过实验得出为28cm，二次的衬砌采用的钢筋件为C35已凝，仰拱的厚度为60cm。仰拱的填充物采用的是C20混泥土。

针对地下水的防排水系统设计的原则为：防、排、截、堵相结合，因地制宜综合考虑的原则。对于在隧道施工中可能出现的对地下水、地表水产生较大影响时，采取以堵为主，逐渐泄放的原则进行。

3　隧道开挖对地下水的影响分析

3.1隧道开挖前后水文地质条件的影响

在隧道开挖之前，基岩裂隙水多呈脉状分布，主要通过构造裂隙迳流。在接受大气降水补给后，部分赋存于浅层风化裂隙中地下水经短暂的迳流运移后，以泉的形式向沟谷排泄；部分大气降水入渗成地下水后，则不断通过岩体中的节理裂隙破碎带向深部缓慢渗流，深部的地下水在含水层内部迳流后，遇导水的断裂构造而沿构造破碎带向上以泉的形式排泄出地表。

隧道开挖后不易形成线状的排水通道，但赋存于基岩节理裂隙中的地下水经节理裂隙密集带富集，节理裂隙密集带中脉状地下水不断向隧道方向迳流排泄，从而形成原有的部分浅层地下水经短暂的迳流运移后以泉、井的形式向沟谷排泄，部分地下水则在节理裂隙密集带内部迳流后向隧道方向迳流、排泄。隧道区的节理裂隙密集带自然条件下属于地下水的迳流区，隧道开挖后则变成排泄区，造成隧道影响范围的地下水的迳流路途变短，同时节理裂隙密集带中的地下水具有承压性，这样就使地下水加快向隧道区方向迳流排泄，形成点状的渗涌水现象，直至较高水压的地下水在隧道内不断排泄，其压力不断释放减小，地下水的排泄量也逐渐减小。

3.2喷射混凝土的影响

为了研究喷射混泥土对地下水的影响，在计算的模型中，对参数做重新的设置，分别选取δ在不同值的情况下来进行分析。δ指的是喷射混泥土的厚度，但是在不同的喷射厚度的情况下，隧道的渗流场的分布基本上是一样的，流量和水位差不多。在所喷射的混泥土的参数一致的条件下，对地下水的水流量以及水量的影响都很小。如在仰拱的开挖阶段，对应的喷射混泥土的厚度越厚，所产生的水位降深越低。比如在混凝土的厚度为10cm时，水位降深为28.5cm。当使用喷射混泥土的厚度为28cm时，水位降深为27cm。

同时在隧道的运营阶段，喷射混凝土处产生的喷层渗透系数对地下水位的影响较大，喷层渗透的系数越大，地下水的流量越大，所产生的水位降深也越大。

3.3地层注浆加固的影响

根据上文所列出的隧道模型，在理想的状态下，在隧道里的喷层支护封闭后，地下水位即开始逐渐的恢复，并且可以逐渐的恢复至初始的水位。如水位已经恢复至初始的水位，这时候再考虑在底层注浆加固，就没有实际的意义。因此考虑地层注浆加固对地下水的影响都是在存在渗漏的情况下探讨的。

地层加固根据施工的时间前后的差异，分为两种不停的情况，分别是超前帷幕注浆和径向注浆。首先帷幕注浆在是在开挖面还未施工时就开始浇筑，但是径向注浆是在开挖施工开始之后进行的注浆。

（1）帷幕注浆对地下水的影响

本文主要考虑的是喷层出现在5处1cm宽的裂缝的情况下。分别考虑渗流场在不同的注浆厚度、不同的加固圈厚度以及不同的注浆渗透系数像的情况。在喷射混泥土层出现很多次的渗漏的情况下，不管是在哪个阶段，注浆都显著减少，此时注浆圈的厚度对地下水流量的影响也显著的减小。随着施工阶段的加固圈的厚度的不断增加，施工阶段以及运营阶段的地下水的流量也略有较少。渗透系数减小，流量也势必会非常明显的减少。

（2）径向注浆加固的影响

和帷幕注浆研究情形相同的情况下，进行径向注浆加固的研究。对径向加注的研究主要考虑不同的加注圈厚度和不同的注浆渗透系数对地下水位的影响。上述两种方式通过注浆加固和不注浆加固的对比，明显的可以看出，注浆加固后地下水流量明显的减小。特别是在施工阶段。并且帷幕注浆的效果明显的好于径向注浆的效果。

3.4连拱隧道中隔墙水平施工缝渗漏防治

在隧道的施工中做的隔断墙能有效的减少隧道施工对地下水的影响。隔断墙的主要作用就是隔断地下水的渗透途径。有效的减少施工对地下水的负面影响。图2是两种隔断墙的示意模型图。

图2　隔断墙计算示意模型图

通过实践，在水平施工缝上，渗水从衬砌外侧向洞内方向流动时，当遇到水平可排水止水带的阻挡后，由于止水带上部翼缘覆盖有滤水层，因而渗水会在重力作用下改变方向，向下流入可排水止水带的排水通道，再经水平排水通道纵向流入环向施工缝的排水通道，并由其进入隧道的排水系统。

4　地下水保护措施

本文研究的目的就是为了保护地下水资源，避免地下水造成隧道施工和运营中的安全事故以及合理的利用地下水资源。为了合理的研究隧道开挖中的地下水情况，本文从开挖前和开挖后两方面来阐述保护地下水的具体措施。

4.1隧道开挖前地下水的保护措施

隧道开挖之前要详细的了解地下水的水质，水文以及地质状况。对隧道里的岩石结构和富水性要充分的了解。并查清隧道与周边地质环境中存在的井、泉、河等的关系，并制定详细的防水措施和应急方案。这些都是为了对隧道以及周边的地下水做好充分的预探，加强有关地下水的预报工作。避免在施工中出现渗漏和涌水的灾害情况。减少地下水的损失。

4.2隧道开挖过程中地下水的保护措施

在隧道的施工过程中，对隧道里出现的涌水段进行必要的钢架支护，并且在施工过程中做到边进行施工操作，边做好围岩的加固支护，避免造成二次衬砌的施工，这对于地下水的保护至关重要。在施工时要对隧道以及周边的溪水河流等进行水质和水位的监测，及时了解隧道在施工过程中对地下水的影响，避免隧道的施工对地下水造成污染。

5　结语

本文针对隧道建设中的各种施工工况对地下水造成的影响进行详细的分析，然后对隧道建设中的地下水的保护针对隧道开挖之前和开挖之后进行分析，希望给隧道建设中的地下水的保护提供有效的参考。

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2015-11-29