地下水对铁路隧道的危害与处理方法浅析

智宏亮 郑红飞

中铁工程设计咨询集团有限公司 北京 100070

铁路隧道的地下水问题不可忽视，如果地下水问题处理不当，不仅影响隧道的正常施工，也会危及隧道的安全运营。在隧道施工中必须采取措施对地下水进行处理，保证隧道的安全施工和正常运营。

1 地下水对隧道工程的影响

1.1 地下水对围岩的作用分析

地下水对围岩的作用一般分为物理作用、化学作用和力学作用三种，会改变围岩的物理性质、物理环境以及力学性质，主要体现在以下三个方面：

（1）软化围岩：围岩长期受地下水侵蚀，物理特征会发生改变，导致围岩发生软化和强度降低，尤其对软岩影响更为明显，对于土体则可能使其产生液化或流动，但对于坚硬的围岩影响较小。

（2）软化结构面：在有软弱结构面的岩体中，水会冲走结构面中的充填物，还可使夹层发生软化，从而减小夹层间的摩擦阻力，促使围岩产生滑动。

（3）承压水作用：围岩中的承压水可以增加岩块间的滑动力，促使围岩失稳[1]。

1.2 地下水产生的危害

（1）对隧道施工的危害。在隧道施工中地下水的处理长久以来都是备受重视的问题，一旦不能妥善处理则会对隧道的施工质量产生严重的影响。在隧道施工中，地下水处理不当会渗透涌入隧道的施工甬道内，破坏甬道内存放的施工材料，涌水还会带来大量的泥沙，这些泥沙并非施工可用的材料，势必会对施工材料的质量造成不利的影响，从而影响隧道的建设质量，留下安全隐患。

隧道未开始施工之前，地下水和山体的岩石在自然力的作用下，两者已经形成了动态的平衡。隧道开始施工后必然会对这种平衡状态造成破坏，加大围岩之间的缝隙，甚至造成围岩的崩塌。岩石的崩解会对其周围的岩石环境或其他的地质环境造成巨大的影响，从而在隧道施工中产生很多不确定性因素，加大施工难度。

地下水的水压力会加大围岩承重，一旦负荷过载就会加快隧道坍塌的速度，更不利于后期的隧道施工。

（2）对隧道运营产生的危害。在隧道的运营过程中，地下水的主要危害就是其腐蚀性和溶解性。这一危害特征会严重加大隧道运营的难度和危害。比如，地下水的腐蚀性会影响到隧道洞体内的结构，为行车安全带来威胁，同时也会对隧道的其他设施造成损坏，更严重的则会对隧道周围的其他建筑或者地质造成危害。

经过长期的地下水腐蚀，围岩的坚固性和强度都会有所降低，会严重影响到隧道整体的稳定性。另外，一旦电力系统遭受到地下水的渗入，会对隧道的照明系统以及其他的供电体系造成破坏，导致电力故障，影响隧道的行车安全和服务质量，严重的话隧道将会被禁用。再者，如果地下水渗漏到地面，则会发生打滑现象，不利于行车安全，严重的话会造成行车事故。

综上所述，在隧道施工中必须深切认识到地下水对隧道运行带来的危害，如果不加重视就会为施工、运营都带来巨大的安全隐患，引发安全事故[2]。

2 地下水的处理方法

在隧道施工中，防排水一般采取 “以排为主，防排结合”的原则，即隧道施工中地下水处理常以排水为主，防水和排水相结合的方法。

2.1 防水法

隧道防水主要有结构自防水，即隧道二次衬砌采用防水混凝土；防水层防水，即隧道复合式衬砌初期支护和二次衬砌之间设置由防水板加无纺布组成的全封闭或者半封闭的防水层；接缝防水，即隧道纵向施工缝、环向施工缝和变形缝设置由止水带、止水条和密封材料等材料组成的防水措施。如果隧道掌子面前方存在富水区，隧道开挖存在突水和突泥的风险时，可以采用注浆法进行防水，特殊情况下还可采用冻结法和隔断壁法进行防水。

（1）注浆法是一种降低围岩的渗透性，改善围岩强度，促使掌子面稳定的一种工法。例如：超前帷幕灌浆和全断面深孔超前预注浆等技术。进行注浆时，应该根据地质条件选定注浆材料和注浆方式，其中注浆材料最好选择以水泥浆为主，注浆浆液应选择对环境污染小、对人体无害的材料。

（2）冻结法。冻结法是利用人工制冷技术使地层中的水冻结，通过把天然岩土变成冻土达到增加土体强度和稳定性的目的，同时隔断地下水和隧道工程之间的联系，然后在冻结壁的保护下进行隧道施工的一种方法，例如：冻结法常用在地铁施工中，主要有垂直孔冻结技术和水平孔冻结技术[3]。

（3）模袋和索囊法。模袋和索囊是采用尼龙、聚酯或者聚丙烯等材料，经过特殊纺织工艺织成的高强度织物，具有强度高、整体性好、析水固结性能好、柔软性好等特性。注入水泥浆的模袋和索囊常常用来封堵岩溶及特殊岩溶的地层中大流量、高流速情况下的地下水。

2.2 排水法

隧道排水系统包括地表截排水沟，隧道洞内侧沟与中心沟，拱墙衬砌背后设置环向、纵向排水盲管，边墙设置通往侧沟的泄水孔等措施。特殊情况下，例如在隧道内埋深大，涌水量大时，可以采用钻孔排水、坑道排水和井点排水等措施。

（1）钻孔排水法。钻孔排水是一种在隧道掌子面前方进行超前钻孔，降低掌子面到达前的地下水位的方法。

（2）坑道排水法。坑道排水是通过开挖排水洞或者泄水洞连接溶洞，在隧道主洞开挖前先行排出地下水的一种方法，其适用于隧道存在岩溶、暗河，隧道涌水量大的情况下。

（3）井点排水法。井点排水是指在地表施工管井，用水中泵排出地下水的方法，它具有能够在隧道施工前施工、易于管理等优点，其中真空井点降水法的排水能力较高[4]。

3 结束语

隧道施工中地下水会对施工和运营都将产生不利的影响。为了更好地提高隧道施工安全以及运营的安全性，技术人员必须正视地下水的危害，并结合现代技术手段对地下水处理设备进行改进，同时还要不断创新地下水处理技术，从而对地下水进行科学的处理，为隧道施工和隧道运营提供安全保证，为我国隧道建设事业做出努力。