地下水对隧道工程安全性的影响分析
贺学海,张德强,邵景力,李慈君中国地质大学,北京
摘要:地下水是影响隧道工程安全性的重要因素之一。本文结合工程实例,论述了地下水在隧道工程中的作用及对隧道工程安全性的影响,分析了隧道中地下水病害产生的原因及存在的问题,提出了加大隧道工程中地下水勘察、设计和研究的必要性。地下水;隧道工程;病害整治;地下水勘察中图分类号:P641·69文献标识码收稿日期作者简介:贺学海(1969-),男(汉族),安徽安庆人,在读博士,高级工程师目前我国修建的隧道已有1×104多座,无论是在隧道建设的过程中,还是建成后的运营维护阶段,地下水一直是一个老大难问题。如何查明地下水的分布规律,经济、合理地处理好地下水问题往往关系到隧道工程的成败。隧道中地下水病害的产生,不仅有施工方面的原因,而且与地下水的勘察、设计、研究现状有关。本文以京广线大瑶山隧道中地下水诱发的基床病害为例,探讨地下水在隧道工程中的作用及对隧道工程安全性的影响。
地下水对隧道工程的作用地下水不但影响隧道工程的施工和建成后的结构稳定,而且产生相应的隧道病害,影响隧道正常使用时的安全。当隧道通过松散岩土、岩溶裂隙发育带或断层破碎带时,往往与区域地下水和地表水有一定的水力联系。尤其当隧道穿过大型溶洞区和断层破碎带时,可将围岩分隔成几个单独的或有一定水力联系的含水单元,对隧道施工建设以及运营养护的安全产生很大的影响。在隧道施工穿过较大的断层破碎带时,施工人员往往不仅需要技术上的支持,有时还需要心理上的支持。就隧道事故而言,地下水在隧道工程地质问题的发生过程中起到至关重要的作用,地下水的活动和作用往往是形成隧道事故的主要因素,大量灾害难)性工程地质事件的发生,大都是由于地下水作用触发或诱发的。
就隧道病害而言,修建隧道时,一般以堵水为主,排水为辅,隧道衬砌承受—定的地下水压力地下水位的升高,直接增加了对隧道衬砌的压力且地下水的长期浸泡,降低隧道衬砌混凝土的力学强度。这两方面的因素均直接影响隧道工程的安全性,导致隧道衬砌裂损、腐蚀,以及混凝土中的钢筋锈蚀、道床翻浆冒泥和隧底吊空等隧道病害。京广线大瑶山隧道中的基床病害就是其中一例。大瑶山隧道概况大瑶山隧道全长14·295km,是我国目前最长的双线电气化隧道,地处南岭山脉以南,穿越其中的瑶山,隧道埋深70~910m。隧道基床病害情况由于大瑶山隧道穿过9号断层,该断层带宽破碎严重,影响范围大,围岩裂隙水丰富,大流量的水对隧道基床安全性影响严重。由于地下水的影响,大瑶山隧道在运营2a多后,发现列车通过时基床出现抽吸现象,水沟内的水位也成合拍的上下涨落,与中沟对应的侧沟内有泥沙挤出,水沟边墙与沟底出现不同程度的“吊空”,沟墙出现横纵向裂缝,沟底板挤裂破损或成块断裂,基床存在断裂,中、边沟贯通,其发展过程见图1 (A→B→。由此引发铁路轨道线路下沉的险情,轨道几何状态难以保持,严重威胁行车安全。
纵观大瑶山隧道病害发展的情况,地下水的影响已成为该隧道安全性一个重要隐患。由于地下水未彻底根治,近年来不但病害数量逐年增加,而且病害程度趋于严重,如不彻底整治病害,隧道的安全稳定性将难以保证。隧道病害原因分析施工方面就大瑶山隧道基床病害而言,根据相关资料发现,由于道床施工时浮碴未清理干净,模板被虚碴垫起而不平整,造成了中心水沟边墙的吊空,再加上基床铺底混凝土是在水中灌注,而又未采取水下灌注措施使混凝土水灰比增大,强度降低。特别是界面处泥砂未除净,混凝土与岩石的结合不良,通车后中心沟水量大、水流急,水在铺底与岩面之间的缝隙中流动,列车荷载使基床铺底发生上下振动而形成抽吸现象,造成水在缝隙中反复冲刷,不断带走混凝土中骨料和铺底下的浮碴,而形成更大的空隙。运营时间越长,冲刷时间越久,缝隙越宽“吊空”越大。最后,由活载冲击作用而发生断裂导致线路下沉而威胁行车安全