地水下对地铁工程的影响分析

韦秀燕

（中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300308）

1 引言

近十几年来，我国地铁工程一直保持高速发展，其中地铁工程以地下工程为主，地下水对工程的影响一直是工程界解决的难题，大部分的工程事故都与地下水有关。有关地下水对工程的影响研究及对策，一直是工程界的工程师们研究的课题。蒋小红[1]从地下水的渗流、对基础的影响及对策进行了研究；郑阳明[2]从地下水对工程成本、质量的影响，建立防水管理、防水技术及防水队伍的角度分析地下水的影响对策；魏燃[3]从地下对水工程的危害及有效防治的角度阐述地下水的影响；刘延辉[4]从地下水的物理化学性质分析对工程的影响，并提出防方案；刘鑫[5]以天津地铁地下水的腐蚀性进行分析评价，并提出防治方案。以上从事地铁工程的工程师对地下水对城市轨道交通的影响进行分析，并提出防治方案，但他们大部分是施工后进行的总结。本文以工程勘察的角度，从地下水水力学的影响、物理的影响及化学的影响全面分析地下对地铁工程的影响，为地铁设计、施工提供准确合理的防治措施。

2 工程概况

根据现场勘探，共本车站揭露地下如下：

杂填土①、粉质黏土③1、淤泥质粉质黏土⑥2、粉土⑥3、粉质黏土⑥4、粉质黏土⑧1、粉土及粉砂⑧2、粉质黏土⑨1、粉土及粉砂⑨2、粉砂⑩2、粉砂11○4、粉质黏土12○1、粉土12○2、粉砂12○3、粉质黏土13○1等主要地层，其中部分黏性土中夹有粉土或粉砂层，粉土或分砂中夹有黏性土层。

在勘察深度范围内揭露潜水含层粉土⑥3、第一承压含水层⑧2、第二承压含水层⑨2、第三承压含水层11○4，但三个承压含水层之间没有连续隔水层，承压含水层相互连通。潜水水位0.2～2.14m，承压水0.5～2.34m。

3 地水下对地铁工程的影响

地下对对地铁工程的影响主要有三个方面：地下水水力学影响、地下水物理影响、地下水化学影响。

3.1 地下水水力学影响

地下水水力学影响一般包括：渗透变形、基坑突涌、对结构的浮力、对边坡的影响等。

（1）渗透变形

渗透变形有两种主要形式，一是流土（砂），二是管涌，主要出现在单一土层地基中。

流土（砂）：是指在渗流作用下，某处土体表面的隆起、浮动或同一颗粒群同时浮动而流失的现象。

管涌：是指在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的骨架中发生流动，逐渐形成通道的现象。

土的渗透变形的判别一般有下列内容：

①土的渗透变形类型的判别；

②管涌与流土（砂）的临界水力比降的确定；

③土的允许水力比降的确定。

管涌与流土（砂）判别、临界水力比降一般按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录 G[6]进行确定。

（2）基坑突涌

基坑突涌：当基坑下分布承压水含水层，开挖基坑减小了承压含水层上覆隔水层的厚度，在厚度不断减小，到某个厚度时，承压水的的水头压力能顶破基坑底板，发生了基坑突涌。

基坑突涌根据《建建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）附录G判别[6]。

基坑突涌采用以下公式验算：

Dγ/hwγw≥Kh

式中：

Kh——突涌稳定安全系数；Kh不应小于1.1。

D——含水层顶面至基坑底的隔水层厚度（m）。

γ——含水层顶面至基坑底的土层天然重度（kN/m3）；对多层土，取土层厚度加权平均天然重度。

hw——承压含水层顶面的压力水头高度（m）。

γw——水的重度（kN/m3）。

图1 基坑底突涌验算图

图中：1-截水帷幕；2-基底；3-承压水水位；4-承压含水层；5-隔水层

（3）对结构的浮力

勘察报告中该参数主要提供抗浮设防水位。

抗浮设防水位一般采用以下方法综合确定：

①如有长期观测水位时，抗浮设防水位可采用该层地下水实际测量最高水位和工程运营期间地下水的可能变化来确定，缺乏长期观测水位时，按勘察期间实际测量最高稳定水位并结合地下水补给、排泄条件、场地地形地貌等因素综合确定。

②场地有潜水与承压水，且有水力联系时，应实测承压水水位并考虑其对抗浮设防水位的影响。

（4）对边坡的影响

①静水压力对结构物或支护结构的作用；

②黏性土中超孔隙水压力的影响。

3.2 地下水的物理作用

（1）对软质岩、强风化岩、残积土、湿陷性土、膨胀岩土和盐渍土，评价地下水聚集和散失所产生的软化、崩解、湿陷、胀缩和潜蚀等有害作用。

（2）冻土地区，评价地下水对土的冻胀和融陷的影响。

3.3 地下水的化学作用

对地下水位以下的工程结构，评定地下水对建筑材料的腐蚀性。

本站腐蚀性评价：

表1 地下水腐蚀性化学指标统计表

表2 地下水腐蚀性判别表

4 结论

通过多条地铁勘察的经验，并以天津滨海B1线某车站为例，从岩土工程勘察的角度分析地下水对地铁工程的影响，得出几点结论。

（1）大部分地铁工程事故都与地下水有关，工程师们一直在进行研究。

（2）地下水对地铁工程影响主要有地下水水力学影响、地下水物理影响及地下水化学影响。

（3）从岩土工程勘察的角度应对地下水对工程的影响进行分析评价，提供高质量勘察成果。