地下水對(duì)鐵路隧道的危害與處理方法淺析

智宏亮 鄭紅飛

中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司 北京 100070

鐵路隧道的地下水問題不可忽視，如果地下水問題處理不當(dāng)，不僅影響隧道的正常施工，也會(huì)危及隧道的安全運(yùn)營(yíng)。在隧道施工中必須采取措施對(duì)地下水進(jìn)行處理，保證隧道的安全施工和正常運(yùn)營(yíng)。

1 地下水對(duì)隧道工程的影響

1.1 地下水對(duì)圍巖的作用分析

地下水對(duì)圍巖的作用一般分為物理作用、化學(xué)作用和力學(xué)作用三種，會(huì)改變圍巖的物理性質(zhì)、物理環(huán)境以及力學(xué)性質(zhì)，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）軟化圍巖：圍巖長(zhǎng)期受地下水侵蝕，物理特征會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致圍巖發(fā)生軟化和強(qiáng)度降低，尤其對(duì)軟巖影響更為明顯，對(duì)于土體則可能使其產(chǎn)生液化或流動(dòng)，但對(duì)于堅(jiān)硬的圍巖影響較小。

（2）軟化結(jié)構(gòu)面：在有軟弱結(jié)構(gòu)面的巖體中，水會(huì)沖走結(jié)構(gòu)面中的充填物，還可使夾層發(fā)生軟化，從而減小夾層間的摩擦阻力，促使圍巖產(chǎn)生滑動(dòng)。

（3）承壓水作用：圍巖中的承壓水可以增加巖塊間的滑動(dòng)力，促使圍巖失穩(wěn)[1]。

1.2 地下水產(chǎn)生的危害

（1）對(duì)隧道施工的危害。在隧道施工中地下水的處理長(zhǎng)久以來都是備受重視的問題，一旦不能妥善處理則會(huì)對(duì)隧道的施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在隧道施工中，地下水處理不當(dāng)會(huì)滲透涌入隧道的施工甬道內(nèi)，破壞甬道內(nèi)存放的施工材料，涌水還會(huì)帶來大量的泥沙，這些泥沙并非施工可用的材料，勢(shì)必會(huì)對(duì)施工材料的質(zhì)量造成不利的影響，從而影響隧道的建設(shè)質(zhì)量，留下安全隱患。

隧道未開始施工之前，地下水和山體的巖石在自然力的作用下，兩者已經(jīng)形成了動(dòng)態(tài)的平衡。隧道開始施工后必然會(huì)對(duì)這種平衡狀態(tài)造成破壞，加大圍巖之間的縫隙，甚至造成圍巖的崩塌。巖石的崩解會(huì)對(duì)其周圍的巖石環(huán)境或其他的地質(zhì)環(huán)境造成巨大的影響，從而在隧道施工中產(chǎn)生很多不確定性因素，加大施工難度。

地下水的水壓力會(huì)加大圍巖承重，一旦負(fù)荷過載就會(huì)加快隧道坍塌的速度，更不利于后期的隧道施工。

（2）對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的危害。在隧道的運(yùn)營(yíng)過程中，地下水的主要危害就是其腐蝕性和溶解性。這一危害特征會(huì)嚴(yán)重加大隧道運(yùn)營(yíng)的難度和危害。比如，地下水的腐蝕性會(huì)影響到隧道洞體內(nèi)的結(jié)構(gòu)，為行車安全帶來威脅，同時(shí)也會(huì)對(duì)隧道的其他設(shè)施造成損壞，更嚴(yán)重的則會(huì)對(duì)隧道周圍的其他建筑或者地質(zhì)造成危害。

經(jīng)過長(zhǎng)期的地下水腐蝕，圍巖的堅(jiān)固性和強(qiáng)度都會(huì)有所降低，會(huì)嚴(yán)重影響到隧道整體的穩(wěn)定性。另外，一旦電力系統(tǒng)遭受到地下水的滲入，會(huì)對(duì)隧道的照明系統(tǒng)以及其他的供電體系造成破壞，導(dǎo)致電力故障，影響隧道的行車安全和服務(wù)質(zhì)量，嚴(yán)重的話隧道將會(huì)被禁用。再者，如果地下水滲漏到地面，則會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象，不利于行車安全，嚴(yán)重的話會(huì)造成行車事故。

綜上所述，在隧道施工中必須深切認(rèn)識(shí)到地下水對(duì)隧道運(yùn)行帶來的危害，如果不加重視就會(huì)為施工、運(yùn)營(yíng)都帶來巨大的安全隱患，引發(fā)安全事故[2]。

2 地下水的處理方法

在隧道施工中，防排水一般采取 “以排為主，防排結(jié)合”的原則，即隧道施工中地下水處理常以排水為主，防水和排水相結(jié)合的方法。

2.1 防水法

隧道防水主要有結(jié)構(gòu)自防水，即隧道二次襯砌采用防水混凝土；防水層防水，即隧道復(fù)合式襯砌初期支護(hù)和二次襯砌之間設(shè)置由防水板加無紡布組成的全封閉或者半封閉的防水層；接縫防水，即隧道縱向施工縫、環(huán)向施工縫和變形縫設(shè)置由止水帶、止水條和密封材料等材料組成的防水措施。如果隧道掌子面前方存在富水區(qū)，隧道開挖存在突水和突泥的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以采用注漿法進(jìn)行防水，特殊情況下還可采用凍結(jié)法和隔斷壁法進(jìn)行防水。

（1）注漿法是一種降低圍巖的滲透性，改善圍巖強(qiáng)度，促使掌子面穩(wěn)定的一種工法。例如：超前帷幕灌漿和全斷面深孔超前預(yù)注漿等技術(shù)。進(jìn)行注漿時(shí)，應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)條件選定注漿材料和注漿方式，其中注漿材料最好選擇以水泥漿為主，注漿漿液應(yīng)選擇對(duì)環(huán)境污染小、對(duì)人體無害的材料。

（2）凍結(jié)法。凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)使地層中的水凍結(jié)，通過把天然巖土變成凍土達(dá)到增加土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性的目的，同時(shí)隔斷地下水和隧道工程之間的聯(lián)系，然后在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行隧道施工的一種方法，例如：凍結(jié)法常用在地鐵施工中，主要有垂直孔凍結(jié)技術(shù)和水平孔凍結(jié)技術(shù)[3]。

（3）模袋和索囊法。模袋和索囊是采用尼龍、聚酯或者聚丙烯等材料，經(jīng)過特殊紡織工藝織成的高強(qiáng)度織物，具有強(qiáng)度高、整體性好、析水固結(jié)性能好、柔軟性好等特性。注入水泥漿的模袋和索囊常常用來封堵巖溶及特殊巖溶的地層中大流量、高流速情況下的地下水。

2.2 排水法

隧道排水系統(tǒng)包括地表截排水溝，隧道洞內(nèi)側(cè)溝與中心溝，拱墻襯砌背后設(shè)置環(huán)向、縱向排水盲管，邊墻設(shè)置通往側(cè)溝的泄水孔等措施。特殊情況下，例如在隧道內(nèi)埋深大，涌水量大時(shí)，可以采用鉆孔排水、坑道排水和井點(diǎn)排水等措施。

（1）鉆孔排水法。鉆孔排水是一種在隧道掌子面前方進(jìn)行超前鉆孔，降低掌子面到達(dá)前的地下水位的方法。

（2）坑道排水法。坑道排水是通過開挖排水洞或者泄水洞連接溶洞，在隧道主洞開挖前先行排出地下水的一種方法，其適用于隧道存在巖溶、暗河，隧道涌水量大的情況下。

（3）井點(diǎn)排水法。井點(diǎn)排水是指在地表施工管井，用水中泵排出地下水的方法，它具有能夠在隧道施工前施工、易于管理等優(yōu)點(diǎn)，其中真空井點(diǎn)降水法的排水能力較高[4]。

3 結(jié)束語

隧道施工中地下水會(huì)對(duì)施工和運(yùn)營(yíng)都將產(chǎn)生不利的影響。為了更好地提高隧道施工安全以及運(yùn)營(yíng)的安全性，技術(shù)人員必須正視地下水的危害，并結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)手段對(duì)地下水處理設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)還要不斷創(chuàng)新地下水處理技術(shù)，從而對(duì)地下水進(jìn)行科學(xué)的處理，為隧道施工和隧道運(yùn)營(yíng)提供安全保證，為我國(guó)隧道建設(shè)事業(yè)做出努力。