地下水對鐵路隧道的危害與處理方法淺析

智宏亮 鄭紅飛

中鐵工程設計咨詢集團有限公司 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，不僅影響隧道的正常施工，也會危及隧道的安全運營。在隧道施工中必須采取措施對地下水進行處理，保證隧道的安全施工和正常運營。

1 地下水對隧道工程的影響

1.1 地下水對圍巖的作用分析

地下水對圍巖的作用一般分為物理作用、化學作用和力學作用三種，會改變圍巖的物理性質、物理環境以及力學性質，主要體現在以下三個方面：

（1）軟化圍巖：圍巖長期受地下水侵蝕，物理特征會發生改變，導致圍巖發生軟化和強度降低，尤其對軟巖影響更為明顯，對于土體則可能使其產生液化或流動，但對于堅硬的圍巖影響較小。

（2）軟化結構面：在有軟弱結構面的巖體中，水會沖走結構面中的充填物，還可使夾層發生軟化，從而減小夾層間的摩擦阻力，促使圍巖產生滑動。

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

1.2 地下水產生的危害

（1）對隧道施工的危害。在隧道施工中地下水的處理長久以來都是備受重視的問題，一旦不能妥善處理則會對隧道的施工質量產生嚴重的影響。在隧道施工中，地下水處理不當會滲透涌入隧道的施工甬道內，破壞甬道內存放的施工材料，涌水還會帶來大量的泥沙，這些泥沙并非施工可用的材料，勢必會對施工材料的質量造成不利的影響，從而影響隧道的建設質量，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，兩者已經形成了動態的平衡。隧道開始施工后必然會對這種平衡狀態造成破壞，加大圍巖之間的縫隙，甚至造成圍巖的崩塌。巖石的崩解會對其周圍的巖石環境或其他的地質環境造成巨大的影響，從而在隧道施工中產生很多不確定性因素，加大施工難度。

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

（2）對隧道運營產生的危害。在隧道的運營過程中，地下水的主要危害就是其腐蝕性和溶解性。這一危害特征會嚴重加大隧道運營的難度和危害。比如，地下水的腐蝕性會影響到隧道洞體內的結構，為行車安全帶來威脅，同時也會對隧道的其他設施造成損壞，更嚴重的則會對隧道周圍的其他建筑或者地質造成危害。

經過長期的地下水腐蝕，圍巖的堅固性和強度都會有所降低，會嚴重影響到隧道整體的穩定性。另外，一旦電力系統遭受到地下水的滲入，會對隧道的照明系統以及其他的供電體系造成破壞，導致電力故障，影響隧道的行車安全和服務質量，嚴重的話隧道將會被禁用。再者，如果地下水滲漏到地面，則會發生打滑現象，不利于行車安全，嚴重的話會造成行車事故。

綜上所述，在隧道施工中必須深切認識到地下水對隧道運行帶來的危害，如果不加重視就會為施工、運營都帶來巨大的安全隱患，引發安全事故[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，防水和排水相結合的方法。

2.1 防水法

隧道防水主要有結構自防水，即隧道二次襯砌采用防水混凝土；防水層防水，即隧道復合式襯砌初期支護和二次襯砌之間設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、環向施工縫和變形縫設置由止水帶、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，隧道開挖存在突水和突泥的風險時，可以采用注漿法進行防水，特殊情況下還可采用凍結法和隔斷壁法進行防水。

（1）注漿法是一種降低圍巖的滲透性，改善圍巖強度，促使掌子面穩定的一種工法。例如：超前帷幕灌漿和全斷面深孔超前預注漿等技術。進行注漿時，應該根據地質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，注漿漿液應選擇對環境污染小、對人體無害的材料。

（2）凍結法。凍結法是利用人工制冷技術使地層中的水凍結，通過把天然巖土變成凍土達到增加土體強度和穩定性的目的，同時隔斷地下水和隧道工程之間的聯系，然后在凍結壁的保護下進行隧道施工的一種方法，例如：凍結法常用在地鐵施工中，主要有垂直孔凍結技術和水平孔凍結技術[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，經過特殊紡織工藝織成的高強度織物，具有強度高、整體性好、析水固結性能好、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

隧道排水系統包括地表截排水溝，隧道洞內側溝與中心溝，拱墻襯砌背后設置環向、縱向排水盲管，邊墻設置通往側溝的泄水孔等措施。特殊情況下，例如在隧道內埋深大，涌水量大時，可以采用鉆孔排水、坑道排水和井點排水等措施。

（1）鉆孔排水法。鉆孔排水是一種在隧道掌子面前方進行超前鉆孔，降低掌子面到達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）井點排水法。井點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、易于管理等優點，其中真空井點降水法的排水能力較高[4]。

3 結束語

隧道施工中地下水會對施工和運營都將產生不利的影響。為了更好地提高隧道施工安全以及運營的安全性，技術人員必須正視地下水的危害，并結合現代技術手段對地下水處理設備進行改進，同時還要不斷創新地下水處理技術，從而對地下水進行科學的處理，為隧道施工和隧道運營提供安全保證，為我國隧道建設事業做出努力。