水文地质环境与隧道工程

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1、水文地质环境与隧道工程　　[摘要]在修建隧道工程过程中，由于隧道施工周期长，随着水文地质条件的变化，隧道施工的环境亦随之变化。反之隧道建成后亦改变原来的隧道工程范围内水文地质环境，很容易造成各类的地质灾害，破坏周边的生态环境。为克服水文地质环境给隧道施工带来困难，降低隧道施工成本，避免或减少因修建隧道而导致的地质灾害的发生，加强隧道工程水文地质环境勘察是必要的。本文初步分析了水文地质环境对隧道工程施工的影响和隧道建成后对水文地质环境的影响，提出加强隧道水文地质勘察，隧道勘探深度应能查明地下水位，或进入相对隔水层3～5m为宜的建议。　　[关键

2、词]水文地质地面沉降砂土承载力隧道浅埋段浸没　　[中图分类号]P64[文献码]B[文章编号]1000-405X-11-12-2　　0前言　　地下水水位随气候、人类活动等因素影响发生变化，其变化幅度是没有规律的。地下水位频繁活动的部位对岩土层、对建筑工程是不利的。在岩溶地带，地下水活动强烈可加强岩溶发展；在建筑工程基础压缩层内活动时，水位下降后新增加的自重应力引起土体本身产生压缩变形，上升则软化岩土、降低地基土强度，压缩性增大，若上升过程遇湿陷性黄土、膨胀岩土、盐渍土时，而更为严重，能导致建筑物严重变形甚至失稳。地下室修建过程的上浮、游泳池空

3、池时上浮，水库坍岸，地面沉降与塌陷，均与地下水位变化密切相关。　　隧道工程相对其它工程而言，具有隐蔽性强，施工工期长，穿越地质环境复杂的特点。尤其是长隧道，从勘察到施工完毕，往往历时四、五年，而水文地质环境不是一成不变的。工程地质勘察时揭露的水文地质条件往往和施工时的水文地质环境不同，尤其是受大气降水补给的含水层水位变化大，隧址区一般难于获得当地水位变化的准确资料。勘察报告中一般都是引用当地区域水文资料，而区域水文资料大都是80年代做的工作。大多隧道勘察过程都是强调隧道涌水量，用多种方法计算涌水量，并注重隧道疏排地下水后对地表环境的影响，但

4、就地下水变化对隧道自身影响、隧道建筑后对周边环境的影响缺少重视。致使某些隧道在施工过程中往往出现底鼓，路基沉降的事故，隧道建成后引发新的工程地质问题。　　1水文地质环境变化对隧道工程的影响　　地下水位变化对地基承载力的影响　　地下水位变化对地基承载力的影响主要表现在砂类土上，尤其是细砂、粉砂。铁路、公路系统研究表明，细砂饱和状态比潮湿状态承载力降低14%～22%，粉砂在饱和状态下比潮湿状态下降低33%～53%，见下表。　　从上表分析可得出，粉砂由稍湿变为饱和时承载力虽然降低了，刚好是100kPa，相当于10m水柱的压强。但对上部构筑物而言，

5、亦受到的地下水的浮托力，浮托力的大小与水位上升高度、构筑物体积是相关的。对于奠基于粉砂、细砂中的构筑物而言，其受到地下水的浮托力可以大于砂土降低的承载力，但是也可能小于砂土降低的承载力。当地下水上升到一定高度而构筑物缺少足够自重时，会导致构筑物上浮；反之地下水上升的高底仅达到构筑物基底时，由于粉砂承载力降低会致使构筑物下沉，若构筑物建成后长期受振动荷载，下沉会有加剧的趋势。　　粉砂、细砂由饱和变为潮湿，看起来承载力是增加了，其实不然。众所周知，地面沉降、地面塌陷的主要影响因素是由于地下水下降引起。位于饱和砂土中的构筑物在地下水大幅度下降时不

6、但会失去浮托力，还增加了自重应力，沉降更加显著。按地下水中土的自重应力计算公式：　　σcz=γ’×z，　　σcz――指土的自重应力　　γ’指土的浮容重，等于饱和容重减去水的容重，水的容重取10kN/m3　　z――土层厚度。　　由该式可计算出，水位每下降1m，土的自重应力增加10kPa。　　如在建沪昆客运专线湖南段某隧道，该隧道进口明洞奠基于花岗岩残积黏质砂土中，黏质砂土工程性质与细砂相似。勘察期间钻孔未揭露地下水，但明洞施工时发现有水。该问题未引起足够重视，结果明洞基础施工过程中经历了先下沉、后上升的过程，虽然变化幅度不大，但不能满足零沉降

7、的要求。后来对地基进行了灌浆处理。经调查，勘察工作完成于XX年，该隧道明洞施工始于XX年，XX年恰是南方普遍大旱，尤以广西、贵州旱情最重，湖南旱情稍缓，隧址花岗岩残积土中地下水受大气补给，水位变化幅度超出常规，致使勘察中提出的承载力偏大。XX年明洞施工期间，访地区雨季连续60天无干旱，但由于隧道建成后壅水，地下水缓慢回升，受地下水浮托力的影响，隧道明洞部位稍有抬升，约1～2mm。一般而言，该区域地下水位变化幅度为2～3m，但实际施工过程中水位变幅多达，从勘察时无水，到注浆施工进水位高出隧道底板充分说明地下水变化幅度之大。　　地下水位变化对材

8、料的腐蚀性影响　　《岩土工程勘察规范》表、《公路工程地质勘察规范》附录指出，Ⅰ、Ⅱ类环境无干湿交替作用时，按环境类型水和土对混凝土结构的腐蚀性评价腐蚀介质硫酸盐含量数值应乘以，从