地下水对城市地下空间工程施工安全影响*

高 岩 钟春玲

(吉林建筑大学土木工程学院,长春 130118)

地下水作为天然形成的地下水质,广泛地存在于地表岩土之中,阻碍地下工程及地上工程基础工程施工,对建筑工程的影响较大.地下水分布较为复杂,它不仅受一般规律影响,还受到岩土性质、地理环境条件与季节变换、结构形式、人类活动等不同因素的相互影响,各种因素可能单独影响,也可能多个因素共同影响.

1 地下水对城市地下空间工程施工的影响

城市地下空间工程施工时，遇到胶结差的砂岩泥岩等稳定性差的软弱围岩,一旦遇到涌水,岩体崩溃,可能伴有突泥、流砂事故发生易埋没结构,影响作业面安全.地下空间工程开挖时破坏含水层或含水的破碎带、断层、大溶洞容易发生较大的集中涌水,水量大流速快,会迅速增加地下工程空间内的积水,设备及施工人员的安全受到威胁.当地下水通过流砂层、胶结性差的长石砂岩、断层破碎带、充填泥化粘土的大溶洞等地质条件时,携带大量的泥砂涌入隧道或地下施工作业面内,形成淤积.如果涌水量大,排水设备不足,导致施工作业区长期积水,不仅降低围岩稳定性,也严重威胁结构的自身安全.大量携带泥砂的地表水、地下水流入施工结构空间内,使地表水位迅速下降,降低了可利用水位,在重力、真空吸蚀和冲蚀作用下,造成地面塌陷或产生地面陷穴、地面裂缝.

地下水位的变化,对城市地下空间工程施工影响很大.水位上升,会对地下结构物有浮托作用,降低地基承载力.就建筑物结构本身而言,当基础底面下压缩层内水位上升,水浸湿和软化岩土,使地基土的强度降低,压缩性增大,建筑结构易产生沉降,导致地基发生严重的变形,因此也要高度重视水浮力对工程的作用[1].

地下水一方面改变着岩土体的物理、化学和力学性质,另一方面也改变着地下水自身的物理、力学性质以及化学成分.地下水的水质对城市地下空间工程结构产生较大影响,为尽量减少腐蚀性地下水对地下结构的影响,我们应该深入分析地下水腐蚀的机理、腐蚀因素,以便于更好地采取有效措施降低地下水对城市地下空间工程结构的腐蚀,增强结构的安全性、耐久性、防水性.

城市地下空间工程降水施工时细小土粒易随着地下水流动、同时使软弱土层产生固结下沉, 破坏土的承载情况.地层扰动引起施工区域一定作用范围内不同程度的工程地质环境变化.若处理不当,将会对临近建(构)筑产生位移、沉降、倾斜、裂缝破坏, 对已有地下建筑物、地下贮水池、停车场、人防工程等产生沉降、变形、位移和倾斜等,容易使各种地下排水排污、输气输电的管沟开裂和错位,影响地上周边的正常生活.

2 城市地下空间工程安全事故及事故原因分析

搜集了(2003～2011)国内近十年由地下水引发的城市地下空间开发重大事故,多发生涌水、渗水、流砂等事故共9项,如表1所示.事故不仅给工程造成巨大的经济损失、人员伤亡,也给社会造成严重的负面影响,足以引起人们的关注.需要加大对地下水的研究力度,找出合理有效的事故防治措施及事故处理措施,以便于减少事故的发生率,降低损失.

表1 由于地下水引起城市地下空间工程施工的事故

图1 事故发生概率

城市地下空间工程施工时,较易发生涌水、渗水、流砂、涌泥、坍塌等事故.由表1可以看出:突泥事故3起,占事故发生概率的33.33 %;共发生2起涌水事故占事故发生概率的22.22 %;流砂事故共2起占事故发生概率的22.22 %;水泥浆喷涌、渗水各发生1起,分别占事故发生概率的11.11 %;图1可以更清晰地看出每个事故原因所占的概率.当城市地下空间工程施工时有时会发生涌水，涌水是由于进行地下掘进施工时破坏了含水层结构,以致地下水体所储存的能量以流体、伴随固体物质高速移动的形式，在短时间内释放而产生的一种动力破坏现象.不难看出地下水是发生这些事故的先决条件.在进行地下工程施工时,必然会破坏地下含水层、潜在含水围岩,改变了水动力条件和围岩力学平衡状态,在水头压力和其他压力综合作用下,克服了隔水层、断层、裂隙带等阻力,以突然的方式涌入施工作业范围内的现象,涌水又称之为突水.当工程施工作业范围内含有大量的砂子、泥浆、碎石时,地下水会携带大量泥砂或保水的泥砂突然涌入隧道或坑底,则称之为突泥.流砂、突泥可以看成为突水的伴生现象,施工时满足含水围岩的能量储存性能、释放性能、水动力性能和围岩稳定性能等条件时,易发生涌水、突泥事故.涌水是突泥、流砂发生的先决条件,没有地下水的动力和载体,突泥、流砂是不可能发生的.因此，我们要从根源上防止事故的发生.

围护结构、地下连续墙的连接处易发生涌水等事故,由于管衬、地下连续墙幅与幅之间的接头处存在夹泥、夹砂并且刷壁不到位造成的;少量的涌水事故发生在地下连续墙非接头处,大多因为地下连续墙水下混凝土浇注质量问题;地下连续墙未进入相对不透水层、地下连续墙深度不能满足抗管涌的要求或基底以下承压水水位未降到抗基底突涌的要求时涌水易发生于基础底面[2].

隧道及城市地下空间工程涌水、突泥的形成是一个较复杂的问题,由涌水、突泥等事故的发生条件和动态变化特征,可以看出事故原因不仅与施工条件、地下结构有关,更主要是受水文地质、地形地貌、地层岩性和地质构造等地质条件的制约.

3 防治措施分析

通过分析地下水对城市地下空间工程安全施工的影响,结合工程实际施工情况来确定防治措施.

(1) 加强施工管理. 基坑事故绝大部分与地下水有关, 建设单位和工程技术人员在基坑工程设计和施工中应该充分认识地下水的作用, 认真进行地下水的控制和治理.可以通过科学、创新、高效的方法进行施工管理,从而降低地下水在工程施工过程中的影响;

(2) 采用正确的降水施工技术. 在进行降水方案设计时, 必须全面详细了解工程情况、场地地貌单元、工程地质水文地质条件、邻近建筑物基本情况及地下管线的布设情况、施工条件、经济造价等, 防止因考虑问题不周全而导致设计有漏洞;

(3) 针对事故类型选取正确的防治措施. 根据施工现场施工条件设置反滤层、减小地下水的水力坡度、替换土质等措施堵截地下水补给源、阻碍或弱化地下水流动来防治涌水.防治流土可采用人工降水、冻结、打板桩和水下开挖等方法.防止基坑坍塌可以根据现场情况采用合理的降水、集中排水、护坡或基坑支炉等措施.采用周转式回灌、缓慢均匀地降低地下水等方法可以更好的防治地面沉降[3].

4 结语

目前,地下水是困扰城市地下空间工程建设的一大难题,若没有全面的考虑地下水对施工的影响,一旦出现涌水、流砂等险情时,就会造成结构周边地面大量沉降、围护结构失稳、坍塌等严重的后果,大量的施工人员伤亡和财产损失.应该对地下水进行深入研究,不仅包括施工方法,也要研究结构的材质,以保证结构的耐久性、安全性.加强施工管理,规范施工技术,将事故发生率及破坏程度降到最低.

参 考 文 献

[1] 颜於滕.浅析地下水对工程建设的影响及对策[J].中国高新技术企业,2009(9):186-187.

[2] 盛习德,李 柽.深基坑围护结构涌水涌砂防止技术措施[J].现代城市轨道交通,2012(4):43-45.

[3] 文振兴.地下水对工程施工影响分析及探讨[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2012(2):177-178.