地下水对地铁工程影响及防治对策

摘要：地铁工程的施工周期较长，工程量较大，且施工地点的地质环境各不相同，线路大多在地下水位之下。而在地铁工程建设中，地下水会对隧道的稳定性，及隧道管涌、隧道底隆起稳定等造成较大的影响，尤其是在地质环境复杂、地下管线密集的地方，更是会增加施工的难度，并造成地面的沉降，对施工周边的其他建筑物造成较大的威胁。所以，在地铁工程建筑中，需要对施工地点加强地质勘查，并做好相关的地下水防治措施，对地下水资源及施工周边的建筑物进行维护，确保地铁建施工效益得到体现。

关键词：地下水；地铁工程；影响；防治

中图分类号：K826.16 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）013-000-02

一、前言

在城市人口的不断增加下，城市用地越来越短缺。当前，各城市都出现了不同程度的交通拥挤、人口膨胀的问题。为了解决城市的交通问题、缓解地面矛盾，地铁工程得到了大力的推广与应用。但在地铁工程的建筑过程中，常常由于地下水问题，对整个工程的建筑质量造成了较大的影响，并对地下水、施工周边环境造成了一定的污染。因此，在地铁施工前，首先要了解施工地点的地下水类型、储蓄条件、运动形式，尽量避免施工中与地下水形成交锋，并作出相应的防治措施，确保地下水问题得到合理的解决。

二、地下水的基本类型

地下水主要是指存储于地面下岩石空隙内的水，也就是地下水面及饱和含水层内的水。地下水是生产与生活中重要的供水来源之一，尤其在干旱、半干旱地区，人们的生活用水更是来源于地下水。但在地铁工程及各种建筑工程中，地下水又会对项目工程的质量及其安全性、稳定性造成较大的影响，并导致工程病害的发生。其中，建筑工程中的基坑、滑坡活动价、冻胀变形、隧道涌水、基础沉陷等问题，就与地下水的活动有着最直接的关系[1]。地下水通常可以按照岩石中的物理力学性质、水与岩土间的关系分为六种形态，即：强结合水、薄膜水、气态水、毛细水、固态水、重力水。

为有效利用地下水，并对地下水的某一特征加以研究，可对地下水进行分类探析。在地铁工程建筑中，由于研究及利用地下水的目的、要求各不相同，所以，为了方便研究，可将地下水分为两大类型，一类是结合地下水的某一特性及几个方面的因素，对其加以分析，如按照地下水的温度分类、硬度分类、总矿度分类、PH值分类；另一种类型则是尽量全面地对影响地下水特性的各因素进行综合的分类，如按照埋藏条件、含水层性质等分类，而地下水的埋藏条件又可分为潜水、滞水、承压水三类。另外，含水层的性质分类主要包含孔隙水、岩溶水、裂隙水三类[2]。

三、地下水对地铁工程的影响

1.地下渗流的影响

（1）地下水的外力压力对衬砌的影响

地下水的渗流会对地铁结构造成较大的影响，尤其是在地下水的外水压力下，更是会对围岩、衬砌等造成严重的影响。由于地铁的隧道在开挖之后会形成二次应力场，使得原有的地下水渗透分布、地应力场分布等发生改变，而地层的地下水运动，需要以动水压力、渗流体积力形式，作用于支护结构及围岩之上。很多地铁工程施工中所出现的地下水事故，多是由于地下水渗流所形成的压力而导致。在地铁的隧道施工中，会形成一定的隧道失水，再加上开挖前若出现降水现象，变会导致储存于土体孔隙内的孔隙水压力发生较大的变化，而对土体的应力应变形态造成直接的影响，并改变着土体的孔隙比，使其渗透系数也发生着变化，这就和容易导致施工过程中，工程结构不稳定而对工程质量造成威胁[3-5]。

地铁隧道所承受的静态作用力，通常为地层压力及围岩水压力，而支护结构及围岩接触点的排水条件，直接对隧道衬砌所承受的作用力产生影响。在不排水状态下，隧道衬砌承载的作用力主要为水压力及围岩地层压力，接触点产生的水压力，会致使隧道围岩发生衬砌变形，而需要承受附加的荷载；在完全排水状态下，接触点水压力为零主要是由于衬砌承受分作用力仅为地层围岩的压力。所以，在这种条件之下所存在荷载，主要由支护结构向地层围岩转移，以免支护结构承受较大的载荷，而出现水体渗漏现象，并对真个工程造成较大的影响。

（2）地下水渗漏对于地铁与周围土体的影响

在地铁工程施工中，由于受施工管理及施工工艺的限制，常会引发不同程度的地下水渗透，而导致流土、流沙、基底隆起等问题的出现[6]。同时，降水中形成的水流，会带走大量的沙土，进而导致土体的坍塌及地面的沉陷，加之动水压力，很容易造成连续墙接缝处的砂土流失，使得围护结构的外侧土层发生较大的变形。地铁在修建时，难免会经过不同的水文地质，特别是建筑在穿过含水层时，极有可能由于人为原因，对原有地下水渗透条件产生破坏，引发地下水水流涌入隧道，稀释并降低泥浆的浓度，使得地铁丧失了护壁的作用。

2.地下水对于基础工程的施工影响

地下水对边坡的稳定性有着直接的影响，而地铁的基坑工程，通常在地下水位以下，因此会对基坑工程造成一系列的影响。若在施工过程中，没有对地下水问题进行充分的考虑，对于地下水的运动状况不了解，就会导致地下水流流入基坑，淹没作业面，在恶化基坑的开挖条件同时，会对开挖质量及开挖效率产生影响，并由于坑内的排水，使得基坑周围分地面发生变形与沉降，严重时甚至会导致地铁施工周边的建筑物发生变形、沉降、倾斜、开裂等，如：上海地铁建筑中的地下水事件便是典型的代表。同时，若在开挖时，基坑开挖减小了含水层隔水层的厚度，会造成基坑的突涌现象，并大大增加基坑的支护费用及施工难度。还需要注意的使，地下水会导致岩土发生软化，从而大大降低了岩石的强度，导致围堰的软弱夹层发生泥化，而减小的层间的阻力，使石膏、高岭土、岩盐等岩石发生膨胀、溶解及变形[7]。另外，若地下水内还含有有害的化学物质，如：硫酸、二氧化碳、氯元素、钴元素等，也会对地铁工程的混凝土结构及钢结构形成侵蚀，使得建筑物的使用年限大大的缩短。

四、地铁工程的防治措施

依据地下水的防治技术，可分为主动防水与被动防水两种类型。其中，主动防水，主要是通过引流及降水方式，将地铁施工区域的地下水进行降低与转移，进而确保地下水不被地铁工程产生破坏，而地下水也不对地铁工程产生影响；被动防水主要是通过布置及围护结构，来实现被动的防治。

1.被动防治措施

被动防治技术，通常可分为材料防水及结构防水，两者间最大的差异为是否承受荷载。防水结构是地铁工程的结构，既承受围岩荷载，又起着防水结构的作用；而防水材料是指地铁工程结构，只起到防水作用，而不承担围岩荷载。

（1）结构防水

在地铁工程中，一般使用混凝土及钢筋混凝土作为围护结构，并将围护结构的防水性能视为永久性的防水线。结构防水在地铁车站的施工中，使用频率最高的施工技术有：旋喷桩堵水，也就是在基坑的支护桩坡施工完成之后，在支护桩不连续间的部位，插补一定的旋喷转来封堵地下水，需要注意的是，这种方法只适用于渗透系数较小的含水层；连续墙堵水，主要是指利用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，来实现堵水效果；深层搅拌挡墙土及水泥土来达到防水效果也是常用的一种方式，这种方式主要是通过土层与水泥的搅拌混合，来提高土层的防水能力及承载能力，实现堵水效果。

同时，在地铁工程的防水建筑中，浅埋暗挖也是通过混凝土衬砌来实现的防水。这种复合衬砌分为内外两层，首先需要进行隧道及车站的衬砌，也就是在隧道开挖完成之后，及时用喷射混凝土来配合网构钢架、超前小导管注浆、挂钢筋网来形成前期的支护。而盖挖法的车站修建，则是通过连续墙或是钻孔桩围护结构，通过反复的检测检验对初期的围岩支护稳定性进行确定，才能够铺设防水隔离层。在这当中，防水隔离层应使用表面光滑，且不透光的塑料板材，并浇筑防水混凝土形成二次衬砌。

（2）防水材料

在地铁工程的防水建筑中，光靠结构防水显然不能满足建筑物的防水需求，因此，需要通过附加的防水层，形成防水隔离线，确保地铁工程的隔水作用更加显著，并补偿增加结构防水的效果。通常，在浅埋暗挖施工中，材料防水都需要首选柔性外包装的防水层，构成地下车站的辅助防水层，将其设置于初期的支护结构表面，并包裹在二次衬砌的外表面。在材料的使用中，可以利用高分子树脂板，如：EVA、ECB等板材，来形成防水隔离层。同时要注意，盾构隧道中的材料防水，需要通过管片外防水进行。而管片外防水主要由防水防腐层与管片外注浆构成。

2.主动防治措施

主动防治措施一般包含降水、引流、区域水流转移三种。

其中，降水只要是指在基坑深挖及隧道开凿中，对这个过程中产生的基地及侧面渗水进行拦截，并结合实际施工状况，增加边坡及侧壁的稳定性，来预防基层土壤及侧壁土壤的流失。另外，在施工中还需要注重减轻隧道内的空气压力及侧桩、隧道初期支护压力，并对基坑与填土相应的砂土特作出改变，防止基地隆起或产生破坏，进而加固基坑及隧道侧壁的土体稳固性。降低地下水一般有井点降水及集水明排两种[8]。其中，集水明排主要是在基坑内，开挖集水沟或集水井，通过泵抽水的方式来对地下水进行疏干；而井点降水则是通过增加压力的方式，迫使地下水体的排出，从而降低地下水的水位。考虑到水源为何及环境保护问题，在实际施工过程中，需要在降水的同时，强化回灌措施，确保地下水资源得到有效的保护。

而引流主要是指在地铁的隧道开挖支护中，利用排水管及排水沟的形式，将地下水从地势较高的地方引向地势较低的地方，并利用水泵将水流排出，实现无水施工的过程。

区域性水流转移主要充分利用大自然的规律性，尽量在枯水期进行地铁工程的建设，进而有效减小施工压力，确保地铁工程的防水性能得到充分的发挥。

五、结束语

地铁工程的建筑，由于点多、线长、面广，且大多位于地下水以下，使得地下水的平衡会遭到一定程度的破会，并发生水体运动状况的改变。若在建筑过程当中，不注重对地下水进行探测，并做好相关的防治措施，就会导致在实际施工过程或指地铁营运期间，出现地面的不均匀沉降，继而对地铁工程，乃至地铁工程周边的建筑物造成严重的破坏，并形成水资源的破坏。因此，为了有效防止地下水渗透，减轻地铁工程对于地下水环境造成的不良影响，需要在施工前，对地下水的分布情况、运动状况、运动规律等进行深入的了解，对隧道地下水的径流、补给、排泄等状况进行彻底的清查，确保防水措施的科学、有效，以免建筑过程中出现施工问题，而造成无可挽回的经济损失。

参考文献：

[1]颜景生.山东省地面沉降防治研究工作进展及典型区地面沉降规律分析[J].中国人口.资源与环境，2014，（S3）：194-198.

[2]马荣田，仇鹏.季节性冻土区铁路客运专线路堑路基冻害成因分析及对策研究[J].铁道建筑，2014，（06）：101-106.

[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，（03）：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，（02）：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，（04）：49-51.

[6]严涛.浅谈沉降槽对西安地铁设计的影响及对策[J].铁道建筑技术，2012，（01）：20-24.

[7]杨逾，周小科.黑龙江哈尔滨地下输水管道突然破裂对地铁隧道的影响[J].中国地质灾害与防治学报，2012，（02）：55-58+82.

[8]袁长安.地铁施工安全事故分析及防治对策研究[J].建材与装饰，2015，（50）：16-17.

作者简介：赵子瞻（1987-），男，汉族，上海人，硕士学位，副科级职位，中级工程师职称，研究方向：地铁及地下工程。