地下水对地铁工程的影响及防治对策研究

蒋海燕

（西安市地下铁道有限责任公司运营分公司，西安710086）

地下水对地铁工程的影响及防治对策研究

蒋海燕

（西安市地下铁道有限责任公司运营分公司，西安710086）

周期较长以及工程量比较大是地铁工程比较明显的属性，地铁工程进行施工时的环境多种多样，但多数情况下是线路在地下水位之下。在建设地铁工程时，隧道的稳定性，隧道底，隧道管涌隆起稳定都与地下水有重要的关系。地下水会增加施工难度，尤其是在复杂的地质环境，以及地下管线密集的地方，地下水会使地面产生沉降，从而会威胁施工周围的其他建筑。所以在地铁工程施工时，要加强勘察施工地点，要积极防御地下水，管理好地下水资源，保护周围的建筑，使地铁工程有序的安全进行。

地下水；地铁工程；影响因素分析

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

1 引言

因为地铁工程施工的场所大多都是在地下，所以地铁工程的质量与地下水息息相关。如果地下水的防护措施做得不好，会使地铁工程被浸泡淹没，从而严重破坏地铁工程的建设，使地铁工程的质量及建设周期，使用周期都受到影响，更严重者，使隧道土质脱落，发生安全事故，造成人员伤害。所以，重视并做好地下水的防治工作，对地铁工程的顺利实施具有重要实际意义。

2 地下水的基本类型

地下岩石空隙或地下水面和含水层是地下水的主要存储层，它是生产和生活用水的水源之一，在比较干旱的地方，地下水作为人民的生活用水，更是起着重要的作用。但是在地铁施工时，地下水确实会影响工程的质量以及安全稳定性，会造成建设工程中出现冻胀变形、隧道涌水、基础沉陷、基坑、滑坡等问题。

地下水分为强结合水、薄膜水、气态水、毛细水、固态水、重力水。这是以水与岩土的关系以及岩石的物理力学性质为参考因素划分的[1]。为了有效地利用地下水，需要对地下水进行分类探讨，研究它的某一项特征。在工程建筑中，由于利用地下水的原因和目的不同，把地下水分为2个类型：（1）以地下水的某一特性及几个方面为考虑因素，如按照地下水的温度、硬度、总矿度、pH值进行分析和分类；（2）按照埋藏条件、含水层性质等影响地下水特性的因素进行分类，例如潜水、滞水、承压水是地下水的3类埋藏条件，孔隙水、岩溶水、裂隙水是含水层的3项性质分类。

3 地下水对地铁工程的影响

3.1 地下渗流的影响

3.1.1 地下水的外力压力对衬砌的影响

对地铁结构产生较大影响的是地下水的渗流，围岩、衬砌等都会受到地下水的外水压力的严重影响。原有的地下水渗透分布以及地应力场分布等都会随着地铁隧道的开挖而发生改变，会形成二次应力场。地层的地下水运动，以动水压力，渗流体积力为手段，作用在支护结构及围岩上[2]。地下水渗流形成的压力是导致地铁工程施工中所出现的地下水事故的主要原因。储存于土体孔隙内的孔隙水压力发生较大变化的原因是在隧道施工时形成的隧道失水和开挖前的降水，都直接影响了土体的应力应变形态，使土体的孔隙比和渗透系数都发生变化，严重威胁工程质量和施工工程的稳定性。

地铁隧道通常承受地层压力、围岩水压力这2个静态作用力，支护结构及围岩接触点的排水条件是影响隧道衬砌所承受的作用力的主要因素[3]。在不排水状态下，水压力及围岩地层压力是隧道衬砌承载的主要作用力，使隧道围岩发生衬砌变形，而需要承受附加荷载的原因就是接触点产生的水压力。在完全排水状态下，衬砌承受的分作用力仅为地层围岩的压力。

接触点的水压力不存在。支护结构向地层围岩转移是在这种条件之下荷载的来源，主要是为了防止水体渗漏，影响到地铁施工工程。

3.1.2 地下水渗漏对于地铁与周围土体的影响

在地铁工程建设时，不同程度的地下水渗透导致的流土、流沙、基底隆起等问题是由于施工管理及施工工艺受到了限制。土体坍塌及地面沉陷的原因是大量的沙土被降水形成的水流带走了，另外连续墙接缝处的砂土受到动水压力的影响流失后，使围护结构的外侧土层产生变形。地铁修建时的地质环境各种各样，所以在经过含水层时，很可能会因为人为因素破坏了原有地下水渗透条件，使隧道流入地下水，泥浆的浓度降低，从而使地铁施工的质量受到了影响。

3.2 地下水对于基础工程的施工影响

边坡的稳定性与地下水息息相关，另外由于地下水位以下是地铁基坑工程的主要施工环境，所以地下水也会影响到基坑工程。在施工时，一定要对地下水的问题加以重视，了解地下水的运动情况，否则会使地下水流进基坑，影响基坑的开挖条件，降低开挖质量。另外，更严重的会使基坑周围地面变形，产生沉降，而影响周围建筑，使周围建筑出现倾斜，开裂，变形等问题。同时要注意含水层的隔水层厚度随着基坑开挖而减小，发生基坑突涌后，基坑的支付费用和施工难度都大大增加了，岩土的强度会由于地下水而降低，使围堰的软弱夹层泥化。[4]另外，地铁工程的混凝土结构和钢结构会被地下水中含有的硫酸、二氧化碳等有害的化学物质侵蚀，缩短建筑的使用年限。

4 地铁工程的防治措施

主动防水与被动防水是依据地下水的防治技术而划分的2种类型。前者是以引流和降水为手段，降低和转移地铁施工区域的地下水，保证地下水和施工工程都不被破坏；后者是以布置和围护结构为手段进行被动防治。

4.1 被动防治措施

材料防水及结构防水是被动防治技术的2种手段，是否承受荷载是这2种防治技术最大的不同，防水结构和防水材料都有防水作用，但是防水结构承受围岩荷载，防水材料不承担围岩荷载。

4.1.1 结构防水

在地铁工程中，围护结构为混凝土及钢筋混凝土，并且把他们的防水性能作为永久性的防水线。旋喷桩堵水是在地铁车站施工时，使用性最高的结构防水的施工技术，这个技术的操作流程为，完成基坑的支护桩坡施工后，在支护桩不连续的部位插补一定的旋喷桩，这么做的目的就是为了封堵地下水。但是它适用于渗透系数较小的含水层。

另外还有连续墙堵水的方式，实行堵水效果利用的是施工前建构的钢筋混凝土地下连续墙结构的混凝土抗渗性及整体性。还有一种实行堵水效果的手段就是不断地搅拌混合土层和水泥，使土层的防水能力及承载能力得到提高。

同时，混凝土衬砌也是地铁工程利用浅埋暗挖来防水的防水建筑。这种复合衬砌是要进行隧道以及车站的内外2层衬砌的，完成隧道开挖后，需要形成前期的支护，这是通过喷射混凝土来配合网构钢架、超前小导管注浆、挂钢筋网这种手段完成的。[5]盖挖法的车站修建形成防水隔离层的前提是需要以连续墙或钻孔桩围护结构为手段，然后对初期的围岩支护稳定性反复的检测确定才可以。然后通过浇筑防水混凝土形成二次衬砌。

4.1.2 防水材料

结构防水这种防水方式是完全不能够满足地铁工程的防水建筑的防水要求的，所以为了增强地铁工程的防水效果，需要形成防水隔离线，形成防水隔离线的措施就是需要附加的防水层。柔性外包装的防水层是浅埋暗挖施工中对材料防水的首选，他是初期的支护结构表面，并包裹在二次衬砌的外表面的防水材料。在材料防水中，形成防水隔离层的方式可以用EVA、ECB等高分子树脂板。同时，要引起重视的是由防水防腐层与管片外注浆构成的管片外防水是盾构隧道中的材料防水的渠道。

4.2 主动防治措施

降水、引流、区域水流转移是主动防治的3种措施。

1）降水指的是拦截在基坑深挖及隧道开凿中产生的基地及侧面渗水，通过增强边坡及侧壁的稳定性对基层土壤及侧壁土壤的流失进行预防。另外，在施工中，要对隧道内的空气压力及侧桩、隧道初期支护压力进行减轻，改变基坑与填土相应的砂土，否则会破坏基地。

井点降水及集水明排是降低地下水的2种方法。井点降水的方法是通过增加压力，排出地下水，使地下水的水位降低。集水明排是通过泵抽水的方式疏干地下水。在降水的时候，联系实际，做好环境保护，强化回灌措施。

2）引流是指把地下水从地势高的地方引流到地势低的地方，这就需要利用排水管和排水沟以及水泵。

3）区域性水流转移是指尽量在枯水期进行地铁工程的建设，进而有效地减小施工压力，确保充分发挥地铁工程的防水性。

5 结语

在地铁工程建筑中，地下水的防治工程占有重要地位，而地铁工程又对我国的交通压力缓解有重要作用，所以进行地下水防治势在必行，我们必须要高度重视地下水的防治工作，加强施工队伍的扩建，利用先进的技术和管理体系做好地下水的防治工作，保证地铁工程建设的质量。

【1】王玉喜.砂卵石地层地铁车站降水施工技术［J］.国防交通工程与技术，2014(3):91-92.

【2】孙晓锋.南京长江漫滩区地铁车站基坑降水方案研究［J］.市政技术，2013(2):63-65.

【3】吴言军，陈爱新.地铁房山线的地质、环境风险及防范措施分析[J].地下空间与工程学报，2014(3):721-726+738.

【4】唐文鹏，黄强兵.西安地铁四号线沿线地裂缝活动趋势预测及危险性评价[J].现代隧道技术，2013(2):20-25.

【5】于加新.地铁施工的地质灾害危险性与安全管理对策[J].建设监理，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

蒋海燕（1988～），女，甘肃天水人，助理工程师，从事城市轨道运输生产管理研究。