地铁建设中地下水与环境岩土体相互作用研究

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1、万方数据第40卷第16期2O09年8月人民长江Y肌gtze硒verV01．加．No．16Aug．，2009文章编号：1001—4179(2009)16—0049一04地铁建设中地下水与环境岩土体相互作用研究毛邦燕1，2许模2唐万春1杨狂兵1(1．中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610cr7l；2．成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059)摘要：地铁建设中地下水与环境岩土体相互作用会产生一系列环境岩土体问题，对这些问题展开定性研究具有十分重大的理论和实践意义。以地下水动力学为基础，利用一维固结理论探讨了地铁建设过程中疏干排水造成的地面沉降

2、问题；根据太沙基极限荷载理论对由于地铁结构造成的水位壅高给地铁沿线迎水面浅基础建筑物地基承载力带来的影响进行了研究。建立起了一套研究地铁建设过程中地下水与环境岩土体相互作用的定量化评价体系。以成都地铁2号线为例，研究成果表明，成都地铁2号线各地铁车站在施工过程中由基坑疏干排水引起的地面沉降量在0．Ol—O．07m范围内，沉降值较小；地铁车站迎水面方向由水位壅高导致的浅基础建筑物的承载力会受到一定的影响，影响最大的为东门大桥车站附近的浅基础建筑物，承载力仅为修建前的86．84％。关键词：环境岩土；工程问题；地面沉降；浅基础建筑；地下水；地铁建设中图分类号：P641．2文献标识码：A

3、随着人类社会不断向前发展，城市化的进程逐渐加快，人口向城市高度集中，交通拥挤就表现得尤为突出。地铁作为一种快速、正点、安全、舒适、运量大、能耗低、污染小⋯的交通工具应运而生，并可能成为未来城市主要的公共交通工具。而在未来的10余年内，规划在北京、上海、天津、重庆、广州、成都等15个城市建设轨道交通线路总长约l700km，总投资达到6200亿元‘2‘。但地铁建设的过程必将对人类生存的地表、浅地表环境产生较为深远的影响。而作为两类环境问题之一的环境岩土工程问题受到了人们广泛的重视"。o。资料表明，地铁建设直接或间接地干扰地下水，地下水与周围的环境岩土体相互作用(图1)，从而产生一系列

4、的环境岩土工程问题，如施工过程中隧道疏干排水引起的地表沉降，运营期内地铁隧道和车站地下结构对地下水的阻碍导致地下水位壅高给浅基础建筑物带来的安全问题等。徐则民⋯，邢崴崴‘41，庄乾城㈣，张希腾‘61，徐岩‘71等人都对地铁建设中由于地下水与环境岩土体之间相互作用而产生的环境岩土体问题进行了研究。但他们对这一问题的研究仅从宏观七进行了定性的分析与评价，没有进行定量化的研究。因此，展开地铁建设中地下水与环境岩土体相互作用研究，定量地评价由此产生的一系列环境岩土体问题具有十分重要的理论和实践意义。1疏干排水对环境岩士体作用在地铁隧道和车站施工过程中对基坑进行疏干排水是必需的，地下水被抽

5、出后将可能导致隧道及车站附近发生地面沉降。究其主要原因为m10]：①在疏干排水过程中周围含水层中的泥、沙等固体物质大量的被带出，破坏了地层结构，造成地面沉降；②水位下降使得地层孔隙中的静水压力减少，给地基土施加一个附加应力，导致土层压缩而引起地面沉降。图l地铁隧道与环境岩土体相互作用目前，对疏干排水引起地面沉降的研究已相当完善。根据文献[8～14]可以确定不同土层中由于降水引起的地表沉降值。(1)粘性土层及粉土层沉降计算。s。=∑(南觚7。珥)(1)式中S。为最终固结沉降量，cm；口i为i层粘性土或者粉土的压缩系数，MPa～；e。；为i层粘性土或者粉土的原始孔隙比；皿为第i计算土

6、层的厚度，cm；地为第i含水层的给水度；△H’；为第i计算点的水位下降值；y。为水的重度。(2)沙土层沉降计算。s：掣(2)收稿日期：2009—03一18基金项目：四川省教育厅自然科学项目重点实验室专项(07zZ

7、001)作者简介：毛邦燕，男，中国中铁二院工程集团有限责任公司，高级工程师，博士。万方数据人民长江2009年式中s为沙土层的沉降量，cm；巩为计算土层的厚度，cm；△∥为计算点的水位下降值，与△H’；意义相同；E为砂土的弹性模量E：生鱼。MPa。口2隧道结构对环境岩土体作用隧道结构的防水按文献[15，16]执行，车站及人行通道防水等级为一级，结构不允许渗水，表面无湿渍。

8、区间、辅助线隧道防水等级为二级，结构不允许漏水，表面可有少量偶见的湿渍。按照设计，隧道结构以自防水为本，采用有效措施增强混凝土的抗渗、抗裂性，减少地下水对混凝土的渗透性，且对接缝防水、注浆系统、附加防水层等都有严格的规定。因此，地铁建成后地铁隧道和车站就像植入地下含水层中的一道隔水墙，阻碍地下水的径流，造成地铁隧道和车站迎水面地下水位升高，背水面地下水位降低。从而引起地铁附近浅基础建筑物不均匀沉降，给建筑物的安全带来隐患。正确地评价这种由于地下水壅高造成的环境岩土体问题就是人们普