王波

随着我国城市经济发展速度不断加快，城市化进程也在不断加快。然而，随着城市人口密度的增加，城市交通拥堵、环境污染等问题日趋严重。然而，修建地铁隧道对地下水有着较高的要求。首先，隧道施工过程中会产生大量的地下水；其次，地下水位埋深较浅时会产生承压水；最后，在特殊地质条件下可能会产生突水、涌砂、涌泥等不良地质现象。这些都是地下水对地铁隧道工程产生影响的重要原因。本文首先阐述了地铁隧道工程中地下水对隧道的影响；然后针对地下水对地铁隧道工程的影响提出了防治措施；最后对文章进行了总结。

随着我国经济的发展，城市化进程的加快，城市人口密度越来越大，交通拥挤、环境污染等问题日趋严重。为了缓解城市交通压力，修建地铁隧道成为解决城市交通问题的重要途径。然而，地下水对地铁隧道工程具有很大影响，包括对隧道结构安全、施工安全和运营安全等方面的影响。因此，如何防治地下水对地铁隧道工程的影响，就成为亟待解决的问题。

一、地下水对地铁隧道工程的潜在影响

在地下隧道施工过程中，地下水的存在可能导致隧道变形、失稳、渗漏，从而影响隧道结构的安全性和耐久性。由于地下水在隧道开挖过程中的渗流作用，会导致隧道围岩应力重新分布，从而使得围岩产生应力释放，导致围岩产生变形。另外，在隧道开挖过程中，地下水的存在可能会导致衬砌背后土体失稳，从而导致衬砌结构破坏。随着地下水水位的不断变化，在不同区域可能会出现不同类型的突水现象。当突水发生时，地下水会沿着裂缝向隧道内渗透，引起突水点周围的地层产生裂隙、鼓胀、隆起等现象。而在突水发生区域附近的地面还可能会产生裂缝、沉陷等现象。同时，突水还可能会沿着裂缝进入隧道内，引起地表沉降，从而影响地铁隧道的正常使用。

二、地下水对地铁隧道工程的影响

1.地下水对隧道稳定性的影响

地下水的存在对地铁隧道施工有一定的影响，主要表现为以下几个方面：

（1）在隧道开挖过程中，地下水的存在会增大开挖面的最小水平位移，对开挖面附近的土体产生压缩变形，导致隧道周边土体发生位移，从而降低隧道周边土体的稳定性。

（2）地下水对隧道施工产生的影响主要包括：①地下水位线以下的承压水可以使隧道结构受到不同程度的破坏；②承压水在隧道中形成承压水头，造成围岩应力增大；③地下水会对支护结构造成一定程度的破坏，使支护结构发生变形；④地下水还会降低围岩的自稳性。

（3）在盾构法施工中，盾构施工产生的地下水主要为承压水，地下水位埋深较浅时会形成承压水头。当采用管片衬砌结构时，会使衬砌周围土体产生应力集中现象。当隧道拱顶处发生突水时，会使拱顶位置产生一定程度的变形。

2.地下水对隧道结构材料的腐蚀作用

在地铁隧道工程中，围岩本身可能存在大量的孔隙，这些孔隙中含有大量的水分，而地下水会通过这些孔隙渗入隧道结构，并溶解围岩中的各种物质。在长期的地下水作用下，围岩中的各种物质发生化学反应，从而导致围岩发生膨胀、软化、崩解等一系列变化。当围岩中出现这种变化时，隧道结构将受到很大的影响。

隧道结构的抗渗能力与其所使用材料有着密切关系，其中混凝土的抗渗透能力最强。然而，混凝土自身也是一种多孔材料，具有一定的抗渗能力。在地下水作用下，当隧道结构中出现裂缝时，地下水就会沿着这些裂缝渗入隧道结构内部。由于地下水具有一定的腐蚀性和渗透性，因此在地下水作用下，裂缝周围的混凝土会发生溶解反应。同时，当地下水渗入到混凝土中后，会破坏混凝土内部结构、降低混凝土强度、减少混凝土与钢筋之间的黏结力、降低钢筋强度等。另外，当隧道结构出现较大裂缝时，还可能导致混凝土剥落现象发生。

地铁隧道工程中所使用的各种材料都具有一定的腐蚀性和渗透性。在实际工程中，必须要根据材料本身特性选择合适的防水材料。例如：在钢筋混凝土中加入一定比例的钢筋阻锈剂可以有效防止钢筋生锈；在使用防水卷材时，要采用高粘接接头；在施工过程中要保证防水施工质量和施工进度；在衬砌结构和地面之间使用密封剂可以有效防止地下水渗透到衬砌结构内部。然而，在实际工程中，由于各种因素的影响以及施工技术水平等问题，可能会导致隧道结构材料遭受腐蚀的现象。

3.地下水对地铁设备和运营的影响

地铁隧道中的排水系统、通风系统和照明系统都是非常重要的设备。如果地铁隧道内存在承压水,将会产生较高的水头压力,从而影响排水和通风系统;若地铁隧道内存在涌水现象,则会导致照明设备受损,严重时甚至可能引发停电;若地铁隧道内存在突水现象,则可能引发严重的安全事故。此外，地铁隧道中存在地下水时还会出现渗水、漏水现象，对地铁设备的正常使用造成不利影响。

三、地铁隧道工程中的地下水防治措施

1.地下水排水和降低水位的方法

地下排水可以分为人工排水和自然排水。人工排水一般是通过在隧道内开挖排水沟，将隧道内的地下水引到隧道外进行排放。这种方法可以有效地减少基坑内的积水，但无法避免基坑外地下水的涌入，对地层的稳定性造成一定影响。因此，在具体实施过程中要结合实际情况，综合考虑各种因素后，合理选择排水方式。

降低水位可以分为开挖降水位和回填降水位两种方法。开挖降水位主要是在地下水位埋深较浅、围岩较为完整、地下水不容易透水的地段进行。通过回填降水可以有效地降低隧道坑底以下一定范围内的水位，降低地下水位对隧道的影响。但回填降水对施工条件要求较高，一般需要采取超前支护措施。

2.隧道防渗措施与材料选择

为防止隧道渗漏水对结构造成危害，地铁隧道结构施工过程中，应采取措施进行防渗处理，采用先进的防渗材料与工艺，提高隧道结构的防渗能力，保障隧道结构的正常使用。

（1）防水混凝土材料

①采用泵送混凝土。其具有良好的抗渗性能和耐久性。

②采用防水板、防水卷材或涂膜等防水材料。

③采用自粘防水卷材。

④在隧道衬砌施工中，采用注浆堵漏时，应先注浆后堵漏。

（2）接缝防渗处理

①对衬砌结构表面的缺陷进行修复。

②混凝土衬砌结构的接缝应采用热镀锌焊接工艺进行防腐处理。

③在衬砌结构表面设置排水盲管，并设置止水带和止水条。

④在隧道衬砌结构表面设置抗水压的构造层，防止地下水渗透到隧道结构内部。

（3）注浆堵水

①注浆堵漏时，应采用低压小流量的灌浆材料，压力不宜大于0.2 MPa。

②当地下水渗透到隧道结构内部时，可以采用注浆堵漏方法进行处理。

（4）复合式衬砌

采用复合式衬砌时，应采用抗渗混凝土或抗压防水混凝土作为衬砌的基层材料和保护层材料。

3.地铁隧道工程中的涵养水措施

为保障地铁隧道施工安全，防止隧道周围出现水、气、土、声等异常现象，在地铁隧道施工中要采取一定的涵养水措施。具体措施如下：

（1）基坑降水。为了有效防止隧道周围出现地下水，在地铁隧道工程中，由于地下水位存在雨水渗入的可能，需要根据基坑的实际情况采取合理的降水方案，并在开挖之前就做好降水准备工作，一般在地铁隧道的低洼处设置集水井，集水井则可以将这些积水集中起来，并通过排水管道将积水排出，避免对地铁运营造成不良影响。

（2）设置截水沟。与基坑降水原因相同，在地铁隧道施工过程中，也可以设置截水沟和集水井，主要是在地铁隧道工程周围，常常会有雨水或地下水源，在隧道的外部设置截水沟，可以将周围的水源引导到其他地方，避免进入隧道。相比与集水井设置截水沟，截水沟没有集水功能，主要用于引流。

（3）加固基坑周围的土体。地铁隧道施工中为了有效防止出现突水、涌砂、涌泥等不良地质现象，需要对基坑周围进行加固处理，并将其与地下水隔离开来，从而避免地下水流向地下隧道。加固后的基坑周围土层一般会比原来的土体高出一部分，能够有效防止基坑周围出现地下水。

（4）集水井和截水沟的设计需要考虑多个因素。一是地质条件，需要充分了解地下水位和地层情况，以便确保集水井和截水沟的设置能够有效地收集和引导水流。二是施工技术，需要采用合适的材料和工艺来确保集水井和截水沟的稳定性和耐久性。三是日常管理，需要定期清理和维护集水井和截水沟，以确保其正常运行。

四、地铁隧道工程中的地下水监测与预警

1.地下水监测指标与方法

（1）地下水监测指标

根据《建筑基坑工程质量检测技术规范》（GB 50348-2003）、《建筑桩基技术规范》（GB 51018-2013），地下水监测指标主要包括：水位高程、水位变化、水位梯度、水位对隧道结构的影响以及水位与降雨关系。

水位高程是指地下水位的绝对高度。通过测量地下水位的高程，可以了解隧道所处位置的地下水位情况。这对于确定隧道施工的水平位置以及评估施工过程中地下水位的变化至关重要。

水位变化是指地下水位的动态变化情况。通过监测水位的变化，可以及时发现地下水位波动的情况，预警可能出现的渗漏或涌水问题，从而采取相应的应对措施，保证施工安全。

水位梯度是指地下水位的变化率。通过计算水位梯度，可以了解水位变化的速率和趋势，进一步判断地下水位对隧道结构的影响程度。对于具有较大水位梯度的地下水位，需要采取加固措施，以确保隧道的结构安全和稳定性。

地下水位与降雨之间存在一定的关系。监测地下水位与降雨的关系，可以了解降雨对地下水位的影响程度，从而预测可能出现的地下水位变化情况。这对于施工期间的水位控制和隧道的排水设计非常重要。

隧道施工中的地下水位监测指标包括水位高程、水位变化、水位梯度、水位对隧道结构的影响以及水位与降雨的关系。通过监测和分析这些指标，可以及时掌握地下水位的动态变化情况，从而采取相应的防护措施，确保隧道施工的安全和质量。

（2）监测方法

通过对隧道施工过程中的基坑周围土壤和地下水的水质进行监测，可以及时了解地下水的动态变化，掌握基坑周围的地下水位变化情况，并根据监测结果制定相应的地下水防治措施。通过对地下水位变化情况进行监测，可以掌握基坑周围土壤和地下水中的含水量和压力状况，从而对地下水位变化做出合理解释，为采取合理的应急措施提供科学依据。通过对地下水位变化情况进行监测，可以及时掌握地下水位变化规律和地下水位与基坑围护结构的关系。通过对地下水位变化情况进行监测，可以及时了解隧道周边土体受力状况和隧道围护墙的受力状况，从而为隧道围护结构设计提供科学依据。

2.地下水位预警系统的建立与应用

地下水位预警系统是由水位观测孔、地下水监测点、水位监测设备，以及计算机管理系统组成的监测系统，用于实时监测地下水位动态变化。地下水位预警系统的建立，能够及时有效地掌握地下水动态，并对地下水位变化进行预测，从而为工程设计提供重要依据。

某地铁隧道工程的施工过程中，地下水位发生了变化，最大变位达3m左右。为了避免突水事故的发生，在施工过程中进行了及时的地下水位预警系统的建立。该系统主要由三部分组成：（1）水文地质参数监测，包括地下水埋深、水位、承压水压力等；（2）地下水位变化与监测设备；（3）水文地质参数与监测设备之间的通信。利用这些参数与设备之间的通信，能够及时地进行地下水位预警系统的建立和运行。通过监测数据显示，地下水位变化和水文地质参数都在正常范围内，地下水位没有明显变化，承压水压力也在正常范围内，突水事故并未发生。由此可知，该地下水预警系统可以实时监测地下水位情况、承压水压力情况以及地下水变化情况等；能够及时预警突水事故发生的可能性以及突水事故发生后产生的危害。

五、地铁隧道工程中的案例分析

某地铁隧道工程是由中交一公局集团第一工程有限公司负责施工的，全长757m，总宽10.8m，设计埋深为34.6m～33.2m，是一条越江隧道。该隧道位于长江三角洲平原地区，地形平坦，地层主要为冲洪积和河漫滩相沉积物。本工程隧道线路呈东西走向，整体线路呈东西走向。本工程所处地区地下水比较丰富，在施工过程中会出现大量的涌水、涌砂、涌泥等不良地质现象。为保证施工的安全和正常运营，需要对地下水进行处理。为了防治地下水对地铁隧道工程产生的影响，该项目从以下几个方面入手：（1）地下水勘探和监测：在施工前进行地下水勘探，了解地下水位、流量和水质等信息，并在施工期间进行实时监测，及时发现和处理地下水问题；（2）地下水排水系统：建立有效的地下水排水系统，包括设置集水井和截水沟，将涌水、涌砂和涌泥等不良地质现象引导和排除；（3）整体施工中对基坑的周围进行了加固处理，将其与地下水隔离，避免地下水流向地下隧道；（4）施工技术措施：采用适当的施工方法和技术，如地下水封堵、地下水抽排等，针对不同地质条件和涌水情况进行处理；（5）紧急应对措施：建立紧急应对预案，对突发地下水问题进行及时处理，确保施工和运营的安全。通过以上措施确保了该项目在地下水资源丰富的三角洲地区顺利完工。

六、结束语

隧道施工中容易产生涌水、突水等不良地质现象，这些都是地下水对地铁隧道工程的影响。地下水对地铁隧道工程产生的影响主要包括对结构安全、施工安全和运营安全的影响，如果不能采取有效措施对地下水进行防治，就会危及地铁隧道工程的安全。因此，加强对地下水位埋深较浅地区地铁隧道工程的研究，采取相应措施防治地下水对地铁隧道工程的影响，具有十分重要的现实意义。