隧道工程地下水

1、研究生課程考核試卷（適用于課程論文、提交報(bào)告）科目：姓名：專業(yè)：上課時(shí)間:隧道工程教師：靳曉光杜帥學(xué)號：20111602136土木工程類別：*2011年10月至2012年 1月考生成績:卷面成績平時(shí)成績課程綜合成績閱卷評語：閱卷教師（簽名）重慶大學(xué)研究生院制地下水對隧道的影響以及應(yīng)對摘要 ：隧道建設(shè)與地下水環(huán)境有著密切聯(lián)系，隧道開挖過程中地下水將涌入隧道， 大量隧道涌、突水將對隧道造成嚴(yán)重影響，隧道運(yùn)營階段地下水的滲漏則對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、洞內(nèi)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)等造成影響，文章就地下水對圍巖的作用機(jī)理做了深入淺出的分析探討，對正確處理隧道中的地下水問題有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞： 地下水、作用、腐蝕、隧道1、引言

2、：隧道建設(shè)與地下水環(huán)境有著密切的聯(lián)系。一方面由于地下水滲流影響，隧道開挖過程中地下水將涌人隧道。少量的涌水對隧道施工影響不大，但是大量的隧道涌、 突水將對隧道建設(shè)造成嚴(yán)重影響，甚至掩埋施工人員和機(jī)具。隧道運(yùn)營階段，地下水的滲漏則對隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、洞內(nèi)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)、行車安全等，產(chǎn)生諸多不良影響甚至威脅。另一方面地下水對隧道產(chǎn)生影響的同時(shí)，隧道建設(shè)及運(yùn)營也會給地下水環(huán)境造成嚴(yán)重影響。隧道的長期排水將引起地下水疏干導(dǎo)致地下水位下降進(jìn)而引起地面沉降、重要水源斷流等，形成環(huán)境災(zāi)害。2、研究現(xiàn)狀2.1、 隧道建設(shè)階段地下水影響研究現(xiàn)狀在隧道建設(shè)過程中涌水災(zāi)害的研究方面，主要集中在如何準(zhǔn)確的預(yù)測涌水量、 涌水位置

3、和關(guān)鍵的水文參數(shù)滲透系數(shù)的研究方面。最早的涌突水預(yù)測是從定性開始的，隨著技術(shù)水平和施工要求的提高，基于定性分析的隧道涌水量預(yù)測研究發(fā)展成為隧道涌水的定量計(jì)算。國外已有許多學(xué)者根據(jù)地下水動力學(xué)中以裘布依公式(1 875)為代表的穩(wěn)定流理論和以泰斯公式(1 935)為代表的非穩(wěn)定流理論， 提出了許多隧道涌水量預(yù)測的經(jīng)驗(yàn)量化公式，比較常見的有：日本的左藤邦明公式、落合敏朗公式；前蘇聯(lián)的科斯嘉可夫(A H KOCT IKOB訟式、吉林斯 基(H - K- FHpHHCKHf於式、福希海默(Forcheimer F冶式等。20世紀(jì)60年代 開始，人們著手從事裂隙水滲透性的簡單試驗(yàn)研究，Louis(196

4、7， 1970)、Knnehko(1975> Neuzzl(1981 W計(jì)herspoon(1981)、Moreno(1988)先后提出了粗 糙面單裂隙中地下水滲流公式。1982年，Noorishad等對非連續(xù)節(jié)理巖體滲流與 應(yīng)力耦合進(jìn)行了分析，提出了以節(jié)理元為基礎(chǔ)的有限元法。1985 年， Barton 對工程巖體地下水滲流場、應(yīng)力場與溫度場之間的耦合作用進(jìn)行了初步的探討性研究， 但只是針對工程巖體的穩(wěn)定性和凍土地區(qū)隧道涌水問題進(jìn)行了個(gè)別應(yīng)用研究引。 1986 年 Oda 運(yùn)用滲透率張量和應(yīng)力張量法，提出了巖體滲流場與應(yīng)力場耦合分析的等效連續(xù)介質(zhì)模型。2.2、 隧道運(yùn)營階段地下水影響研

5、究現(xiàn)狀對運(yùn)營隧道滲漏水防治這一領(lǐng)域，日本曾在1996 年對隧道滲漏水情況做過統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)總長4870KM 的隧道，隧道總數(shù)的58出現(xiàn)滲漏，其中49的隧道出現(xiàn)在拱部，23的隧道出現(xiàn)在邊墻，28的施工縫及變形縫出現(xiàn)滲漏水，國外研究者還開發(fā)了相應(yīng)的監(jiān)測軟件來共同維護(hù)隧道質(zhì)量，如日本在對病害現(xiàn)象和造成病害原因進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，開發(fā)了專門的隧道管理軟件（TMS）,通過實(shí)際檢測和軟件來共同監(jiān)控、維護(hù)隧道的質(zhì)量狀況，結(jié)合軟件的理論推測和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可以更好的解釋襯砌背后許多不可見的缺陷如空洞、土的坍塌、積水等的部位，在此基礎(chǔ)上，還可以分析出其它缺陷產(chǎn)生的原因，如表面裂縫的產(chǎn)生、塌方后危險(xiǎn)程度的評估和應(yīng)該采取的修

6、補(bǔ)措施。Toshihiro， 2003 年分析地應(yīng)力破壞引起壓力不平衡，由于地面沉降的原因?qū)е滤淼罎B漏水的情況。Zwierzchowska， 2003分析了隧道防排水工程措施的排水管安放不當(dāng)造成隧道滲漏水，并利用AZ 01數(shù)學(xué)模型最優(yōu)化管在排水溝中的安放方法，其根據(jù)安放的準(zhǔn)確程度、埋深、 土壤的類型、地下水的水位等分析了適合于不同條件的13 種安放排水管的方法。在寒區(qū)隧道滲漏水病害防治研究方面，K okada 提出的一種在襯砌內(nèi)表面鋪設(shè)絕熱層來預(yù)防寒區(qū)隧道滲漏的方法以及 Y. M. Lai等進(jìn)行寒區(qū)隧道滲流場和溫度場耦合問題的非線性分析和對寒區(qū)隧道滲流場和溫度場以及應(yīng)力場耦合問題的非線性分析，

7、J. Yoshimura研究了寒區(qū)公路隧道防水防凍措施，并提出了內(nèi)外襯砌 問隔熱層的簡化設(shè)計(jì)方法，JEJaby分析了用于隧道防排水隔熱層的材料，施工以及費(fèi)用；E. sandegren”考察了在鐵路隧道中塑料保溫防止結(jié)冰的效果等 A Lindberg 以及L Niel Plummert 討論的長期的水巖相互作用，對隧道滲漏水的影響。3、地下水對圍巖的作用山嶺隧道施工中，地下水的問題是老大難問題，為了保證施工質(zhì)量，處理好地下水就成了不可回避的問題。因此， 十分有必要對地下水對巖石的作用機(jī)理有個(gè)清楚的認(rèn)識。3.1、 地下水對隧道圍巖的物理作用地下水對隧道圍巖的物理作用主要是軟化、分割、潤滑、泥化、崩

8、解、凍融和熱融等，一般表現(xiàn)為地下水對巖土的綜合軟化效應(yīng)。3.1.1、 軟化作用當(dāng)巖石受水浸濕后，水分子改變了巖石的物理狀態(tài)，使巖石內(nèi)部顆粒問的表面發(fā)生了變化，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，加劇巖層移動過程。由試驗(yàn)得知，當(dāng)水份增至4時(shí)，砂巖強(qiáng)度可降低50，本來支撐力不大的砂礫土可完全失去支撐力。特別對于一些粘土礦物，由于顆粒細(xì)、親水性強(qiáng)，水會在粘土礦物之間形成極化的水分子層，而這些水分子層又可以不斷地吸水?dāng)U層； 同時(shí)水分予還可以進(jìn)入礦物品 胞層間，形成礦物的內(nèi)部層間水層。這兩種水層中，前者導(dǎo)致粘土礦物外部膨脹， 后者導(dǎo)致內(nèi)部膨脹。這種膨脹就導(dǎo)致了巖石的強(qiáng)度降低，即軟化作用。軟化作用 還與巖石膠結(jié)成分和膠結(jié)強(qiáng)度有

9、密切關(guān)系。 具有高強(qiáng)度的結(jié)晶巖，水對其的軟化 作用很小，而硅質(zhì)膠結(jié)、泥質(zhì)膠結(jié)、鐵質(zhì)膠結(jié)和有機(jī)質(zhì)膠結(jié)的軟巖受水的軟化作 用很大。軟化程度可以用軟化系數(shù) a表示即：Rs（巖石飽和狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度）"=:Rd（巖石干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度）一般軟巖的軟化系數(shù)在0. 6以下，有的甚至在0. 3以下，如軟弱糜棱巖的 軟化數(shù)為0. 14。軟化作用對一些軟巖尤為重要，特別是某些特殊的軟巖，在天 然狀態(tài)下較為完整、堅(jiān)硬，力學(xué)性能良好，遇水后短時(shí)間內(nèi)迅速膨脹、崩解和軟 化，造成力學(xué)性質(zhì)快速大幅度下降。3.1.2、 分割作用水能分隔巖石的節(jié)理，而承壓水又可減小巖石表面之間的有效法向應(yīng)力，因 而減小了由磨擦而可

10、能產(chǎn)生的潛在抗剪力， 導(dǎo)致最終減小巖體的抗壓抗剪切力強(qiáng) 度這一后果。所以節(jié)理極為發(fā)達(dá)巖層為水的浸入創(chuàng)造條件。3.1.3、 潤滑作用水對巖土體的潤滑作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是充滿水的裂隙面上的摩阻 力減小，二是水壓力導(dǎo)致裂隙面上正應(yīng)力降低， 使巖石的抗剪強(qiáng)度降低。據(jù)報(bào)道， 地下水的上浮力使巖石摩擦阻力的降低可以超過 37%或更多。3.1.4、 崩解與泥化作用對以高嶺石、伊利石為主的粘土礦物的軟巖研究，得出垂直層理方向自由膨 脹率為0. 562%,平行層理方向的自由膨脹率為 0. 197%,膨脹呈現(xiàn)明顯的各 向異性。由于這種膨脹的各向異性，在膨脹過程中巖層中就可能產(chǎn)生偏斜應(yīng)力， 當(dāng)該應(yīng)力到達(dá)巖石

11、極限強(qiáng)度時(shí)，巖石就會破壞，即崩解。但是自然環(huán)境是不斷變 化的，巖石在浸水一段時(shí)間后有可能失水， 而失水也會導(dǎo)致軟巖的崩解，如天生 橋一級電站左岸巖體為泥巖，因?yàn)槭澜獬善扑閴K體。而有些巖石在干燥后 二次浸水條件下，崩解更加厲害。如南陽褐黃色泥質(zhì)膠結(jié)的泥巖，在含水量低于 2. 5%時(shí)，浸水后崩解非常敏感，最后成為泥狀。蘇永華等研究表明：軟巖的崩 解是一個(gè)時(shí)間過程，在崩解的過程中軟巖的組份不斷變化，其分?jǐn)?shù)維也不斷變化。 在不同的試驗(yàn)條件下，崩解的速度不同，分?jǐn)?shù)維的變化快慢不同，但崩解達(dá)到一 定程度時(shí)，顆粒級別達(dá)到穩(wěn)巖的相互作用，以及地下水引起隧道工程主要定， 膨 脹崩解最終趨于停止，分?jǐn)?shù)維值趨

12、于一個(gè)穩(wěn)定值。3.1.5、 凍融與熱融作用對一些溫度經(jīng)常在 0c左右波動的地區(qū)，凍融作用尤為明顯。巖體中的水在 0c以下結(jié)冰，體積發(fā)生膨脹，使巖體的裂隙擴(kuò)展，甚至使巖體崩解，巖體強(qiáng)度 隨之降低。而處于寒區(qū)的隧道結(jié)構(gòu)周圍通常存在融化圈，解凍后使襯砌外側(cè)積聚承壓水，在寒季凍結(jié)又產(chǎn)生巨大凍脹力，對隧道混凝土結(jié)構(gòu)及防水板接縫產(chǎn)生破 壞，形成出水通道；而且排水系統(tǒng)只能季節(jié)性排水，使得巖體內(nèi)的地下水無法及 時(shí)排走而富集，不但使巖土體由于長時(shí)間的浸泡而軟化， 而且增加了巖土體內(nèi)的 靜水壓力，使巖土體的穩(wěn)定性降低。這樣溫度的反復(fù)變化使得巖土體體積不斷地 進(jìn)行“膨脹一縮小一膨脹”循環(huán)，進(jìn)而加劇了巖土體的崩解。3

13、.2、 圍巖與地下水的力學(xué)作用巖土體應(yīng)力應(yīng)由于滲流場的變化而產(chǎn)生了變化。 首先，由于隧道大量疏干地 下水，造成地下水位下降，飽和巖土層中孔隙水壓力降低， 不飽和區(qū)域負(fù)孔隙水 壓力區(qū)隨之?dāng)U大。在總應(yīng)力不變的情況下有效應(yīng)力上升。 其次，由于滲流場被隧 道改變，地下水的滲流方向全部改變?yōu)樾滤μ荻认碌南蛩淼乐行狞c(diǎn)流動，其方向是向下的。這樣隨著滲流方向的改變地下水滲流力亦隨之改變，增大了豎直向下的應(yīng)力，總應(yīng)力上升。在孔隙水壓力減小的情況下更增大了巖土體有效應(yīng)力。 隨著有效應(yīng)力上升土體發(fā)生新的沉降直至達(dá)到新的動態(tài)平衡。水一巖的力學(xué)作用主要表現(xiàn)為地下水對巖土體骨架產(chǎn)生的兩種壓力，即孔隙水壓力和滲透壓力。3

14、.2.1、 孔隙水壓力當(dāng)巖土孔隙被重力水飽和時(shí)，水對固體骨架產(chǎn)生一種正應(yīng)力，其矢量指向孔隙壁 面，這個(gè)力就是孔隙水壓力?？紫端畨毫Φ闹涤伤^值決定，孔隙水壓力pw為pw = P w * g *h ,根據(jù)有效應(yīng)力原理，孔隙水壓力的增大會導(dǎo)致有效應(yīng)力的減 小，其表達(dá)式為= o- - pw式中（T ' 一有效應(yīng)力；CT 一總應(yīng)力；Pw 一孔隙水壓力。由莫爾.庫侖破壞準(zhǔn)則有式巧="tan巾+c與上式結(jié)合可得tf =（y-pw）tan巾+c式中：即pf 巖土體抗剪強(qiáng)度；c、也一分別為巖土體粘聚力、內(nèi)摩擦角。從此式可知，孔隙水壓力增大，巖土體抗剪強(qiáng)度降低。通過做莫爾一庫侖強(qiáng) 度包線圖，可

15、以得到同樣的結(jié)論。由于 E和63都減去Pw所以莫爾圓的直徑 不變，但是會向左側(cè)移動。當(dāng)移動超過一定距離 （即孔隙水壓力Pw超過某一值） 時(shí)，莫爾圓將會與強(qiáng)度包線相切甚至相交，即表示巖土體破壞。3.2.2、 滲透壓力滲透壓力就是巖土體中的水在滲透過程作用在土粒骨架上的力，其方向與滲流方向一致，大小取決于水力梯度的大小，其表達(dá)式為f = -Yw ? =YwJdif-滲透壓力；J-水力梯度；丫 w一水的重度。因?yàn)闈B透壓力是滲流所遇到的阻力的反力，所以它對巖土體有一種拉曳作 用。由于這種作用，在土體滲流出口附近容易產(chǎn)生管涌或流土的滲透破壞。當(dāng)巖土體內(nèi)出現(xiàn)管涌或流土?xí)r，土體中的小顆粒隨著水流不斷地排到土

16、體外， 在土體 內(nèi)形成“空腔”。當(dāng)“空腔”達(dá)到一定程度時(shí)，“空腔”上部巖土在重力作用下 發(fā)生垮塌。3.3、 水化學(xué)作用1）水對巖石的作用不僅是從有效應(yīng)力原理方面簡單考慮的水對受力巖石的 力學(xué)效應(yīng)，還是一種復(fù)雜的應(yīng)力腐蝕過程。地下水化學(xué)（水文地球化學(xué)）異常， 是指地下水因溶解礦體或其它原因而使其所含的某些組分，顯著不同于周圍水體背景特征的現(xiàn)象，地下水化學(xué)異常對隧道圍巖、混凝土襯砌的影響及防治具有十 分重要的意義。對于巖石力學(xué)，水巖化學(xué)作用指水溶液與巖石（體）在巖石固相線 下的溫度、壓力范圍內(nèi)進(jìn)行的所有化學(xué)反應(yīng)和物理化學(xué)作用。水一巖化學(xué)作用導(dǎo)致巖石變形、破壞的差異性表現(xiàn)的是其宏觀上的特征， 而這種

17、宏觀上的差異與其 微觀結(jié)構(gòu)的改變是密切相關(guān)的，從微觀上說，巖石是顆?；蚓w膠結(jié)或粘結(jié)在一 起的聚集體，包含有大量孔隙、微裂隙和裂隙。巖石在天然溶液的滲透、化學(xué)作 用的影響因素多且復(fù)雜，而這種復(fù)雜作用的微觀過程是巖體變形破壞的關(guān)鍵所 在。2）地下水對隧道圍巖以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的腐蝕地下水沿著巖石的孔隙、裂隙或溶隙滲流過程中，能溶解巖石中的可溶物質(zhì)， 而具有復(fù)雜的化學(xué)成分，從而地下水對隧道圍巖以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的混凝土產(chǎn)生腐蝕 作用。硅酸鹽水泥遇水硬化，并且形成Ca（OH）2、水化硅酸鈣CaOSiO212修。 水化鋁酸鈣CaO- AI2Q6乩0等，這些物質(zhì)往往會受到地下水的腐蝕。根據(jù)地 下水對隧道圍巖體以及建

18、筑結(jié)構(gòu)材料腐蝕性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將腐蝕類型分為三種：分解類腐蝕碳酸鹽類巖石（石灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)灰?guī)r和泥灰?guī)r）、硫酸鹽類巖石（石 膏、芒硝）以及鹵鹽類巖石（巖鹽和鉀鹽）等可溶性巖石在運(yùn)動于其中的侵蝕性 地下水的作用下發(fā)育成巖溶。水對碳酸鹽類巖石的腐蝕能力，主要取決于水中的游離的CQ的含量。碳酸 鹽在純水中溶解度極低，當(dāng)水中含有 CQ時(shí)，能加速碳酸鹽的溶解，如 CaCO在 純水中的溶解度僅有11.5mg/L,而當(dāng)水中含有1mg/L的游離CQ時(shí)，溶解度增 至5060mg/Lo巖溶過程化學(xué)反應(yīng)式：CaCO+H2 O+CO = Ca(HCO3) 2在水不斷運(yùn)動時(shí)，被溶解的CaCQ經(jīng)過水和過量的CQ作用后生成

19、Ca2+和 HCO3+離子狀態(tài)隨水不斷流走，使裂隙逐漸擴(kuò)大成為溶洞。富含CQ的大氣降水 及地表水不斷入滲補(bǔ)給和更新地下水， 可以保持水的侵蝕性，溶蝕作用就能迅速 進(jìn)行。水的交替條件是巖溶發(fā)育過程中最為重要的因素，故地下徑流愈強(qiáng)烈，侵蝕性CO2含量愈多，巖溶就愈發(fā)育。地下水中含有 CQ,和HCQ-, CO 2與混凝土 中的Ca (OH) 2作用，生成碳酸鈣沉淀CaCO+CO = CaCO J +H2 O由于CaCO不溶于水，它可以充填混凝土的孔隙， 在混凝土周圍形成一層保護(hù)膜，能防止 Ca(OH)2的分解。但是當(dāng)?shù)叵滤械腃Q 的含量超過一定的數(shù)值，而 HCO3離子的含量過低，則超量的 CO再與

20、CaCO反 應(yīng)重碳酸鈣Ca(HCO3)并溶于水，即 CaCO+H2O+CO=Ca(HCO) 2如果地下水的 酸度過大，即PH值小于某一數(shù)值時(shí)，那么混凝土中的 Ca(OH)2也要分解，特別 是當(dāng)反應(yīng)生成物為易溶于水的氯化物時(shí)，對襯砌混凝土的分解更加強(qiáng)烈。結(jié)晶類腐蝕如果地下水中SQ離子的含量超過規(guī)定的值 SO42-離子將與混凝土中的 Ca(OH)2起反應(yīng)，生成二水石膏晶體 CaSO 2H2 O,這種石膏再與水化鋁酸鈣 CaO- Al 2O3 6H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣，這是一種鋁和鈣的復(fù)合 硫酸鹽，習(xí)慣上稱為水泥桿菌。由于水泥桿菌結(jié)合了許多的結(jié)晶水，因而其體積比化合前增大很多，約為原體

21、積的 221.86%,于是在混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使初期支護(hù)以及二襯混凝土結(jié)構(gòu) 遭受破壞。結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕當(dāng)?shù)叵滤蠳H +、NO3-、Cl - Mg2 + 離子的含量超過一定的數(shù)量時(shí)，與混 凝土中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，例如：MgSO+ Ca(OH)2 =Mg (OH ) 2+CaSO (石膏)MgCl2 + Ca (OH) 2 =Mg(OH ) 2 +CaCl2Ca(OH%與鎂鹽作用的生成物中，除 Mg(OHh不易溶解外，CaC%則易溶于 水，并隨之流失；硬石膏CaSOA方面與混凝土中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水泥桿 菌：3CaO- Al2O3 - 6H2O3+3CaSO+25H2O=3

22、CaO Al 2 O3 - 3CaSO - 31H2O另一方面，硬石膏遇水后生成二水石膏：CaSO4 +2H2 O=CaSO4 +2H2 O二水石膏在結(jié)晶時(shí)，體積膨脹，破壞支護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)。綜上所述，地下水對圍巖以及支護(hù)混凝土的腐蝕是一項(xiàng)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對建筑材料的耐久性影響很大。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)指出，除了上述五中作用外， 孔隙、 微裂隙中的水的軟化作用和在凍融時(shí)的脹縮作用對巖石力學(xué)強(qiáng)度破壞很大。4、通過研究地下水與隧道圍災(zāi)害的研究，可以得到以下結(jié)論：(1)地下水與隧道圍巖的相互作用主要有三個(gè)方面：即水巖物理作用，水巖的力學(xué)作用，水巖的化學(xué)作用，地下水與隧道圍巖的

23、物理作用主要是軟化、分割、潤滑、泥化、崩解、凍融和熱融等，一般表現(xiàn)為水對巖土的綜合軟化效應(yīng)；地下水與隧道圍巖的力學(xué)作用主要表現(xiàn)為地下水對巖土體骨架產(chǎn)生的兩種壓力即孔隙水壓力和滲透壓力；地下水與隧道圍巖化學(xué)作用對于隧道等地下工程的影響很大，主要的影響有溶解與溶蝕作用、水解、離子交換等。(2)通過對地下水引起的隧道主要災(zāi)害的研究，結(jié)合建立的隧道工程與水環(huán)境相互作用鏈，并從斷鏈的角度出發(fā)，論文將主要針對隧道建設(shè)階段的斷鏈措施，即如何防治隧道涌水，提出合理的防排水措施，以及對工程措施安全有效性進(jìn)行研究， 在隧道的運(yùn)營階段，主要針對如何防止和治理隧道滲漏水的斷鏈措施，即如何合理的預(yù)測和評價(jià)滲漏水的等級，

24、找出影響隧道滲漏水的原因，使得施工和設(shè)計(jì)單位能夠根據(jù)成因以及滲漏水的預(yù)測和評價(jià)等級來采取合適的預(yù)防和治理措施。5、隧道滲漏水病害成因分析及應(yīng)對隧道開挖使地下水滲流場發(fā)生改變，隧道周邊的地下水集中向隧道方向排泄，隧道開挖后，在隧道周圍一定范圍內(nèi)形成了圍巖松動區(qū)，在此范圍內(nèi)，由于地層原始地應(yīng)力的調(diào)整，圍巖產(chǎn)生變形，裂縫張開，從而使地下水沿張開裂縫流入隧道， 長期以來，人們對隧道滲漏水病害的危害性認(rèn)識不足，在隧道設(shè)計(jì)上存在重結(jié)構(gòu)，輕防水的傾向；另外隧道防排水設(shè)計(jì)上存在的諸多漏洞，隧道施工質(zhì)量控制不佳等都是造成隧道滲漏水的主要因素。隧道與地下水環(huán)境是隧道工程中較為復(fù)雜且難以處理的問題，其影響大、后果嚴(yán)

25、重，在隧道建設(shè)中應(yīng)當(dāng)盡量妥善處理好隧道與地下水環(huán)境的關(guān)系。根據(jù)以上對隧道與地下水環(huán)境相互影響的成因分析，可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)處理建議：(1)隧道選址應(yīng)充分考慮到地下水的影響，盡量避開巖溶發(fā)育劇烈區(qū)和大面積的軟弱破碎帶。隧道走向應(yīng)避開巖溶管道、地下暗河與地下巖溶潭。結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)水文資料盡可能探明沿線的地下水文情況，做到對可能出現(xiàn)的復(fù)雜巖層有充分的準(zhǔn)備和施工預(yù)案。(2)對于富水巖層的隧道設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)摒棄“以排為主”的設(shè)計(jì)思路，建立“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的設(shè)計(jì)思路。并且應(yīng)該結(jié)合隧址區(qū)生態(tài)環(huán)境的承受能力和施工經(jīng)濟(jì)條件兩方面因素控制隧道的涌水量，保持地下水環(huán)境的相對平衡。隧道建設(shè)與地下水

26、環(huán)境有著密切的聯(lián)系。一方面由于地下水滲流影響，隧道開挖過程中地下水將涌入隧道。大量的隧道涌、突水將對隧道建設(shè)造成嚴(yán)重影響，甚至掩埋施工人員和機(jī)具。隧道運(yùn)營階段，地下水的滲漏則對隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、洞內(nèi)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)、行車安全等，產(chǎn)生諸多不良影響甚至威脅。另一方面地下水對隧道產(chǎn)生影響的同時(shí)，隧道建設(shè)及運(yùn)營也會給地下水環(huán)境造成嚴(yán)重影響。隧道的長期排水將引起地下水疏干導(dǎo)致地下水位下降進(jìn)而引起地面沉降、重要水源斷流等，形成環(huán)境災(zāi)害。隧道水害是指在隧道的修建或營運(yùn)過程中遇到水的干擾和危害。水害是隧道中常見的一種病害，調(diào)查資料表明，大部分隧道都存在不同程度上的水害。 水害不僅本身對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害，降低襯砌結(jié)構(gòu)的可靠

27、性，導(dǎo)致襯砌失穩(wěn)破壞， 而且還會引發(fā)其他病害，對隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響很大。隧道水害應(yīng)引起設(shè)計(jì)、施工運(yùn)營養(yǎng)護(hù)管理三方面的重視，各方應(yīng)充分做好自己的工作。針對本行業(yè)內(nèi)隧道防排水狀況，提出了相應(yīng)的防排水要求。我國鐵道部頒布的鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(TBl0003 2005)規(guī)定，隧道防水應(yīng)遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則。其中的“防”是指襯砌抗?jié)B和襯砌外圍防水； “排”， 是指使襯砌背后空隙及圍巖不積水，減少襯砌背后的滲水壓力和滲入量； “截” ，是在地下采取導(dǎo)坑、泄水洞、井點(diǎn)降水等截水措施，將水從地面截走，減少地面水下滲； “堵” ，采用注漿、噴涂、等方法堵住滲水裂縫、空隙。一般

28、情況下，從環(huán)境和地下水資源保護(hù)出發(fā)，要求摒棄“以排為主” 的設(shè)計(jì)原則，但是如果像盾構(gòu)隧道那樣做成全封堵型襯砌，襯砌將承受巨大的水壓力，致使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得十分困難。一般情況解決此問題的方法是地層注漿， 但是對于高水頭深埋山嶺隧道，也決不能做成全封堵襯砌，而仍然要在襯砌背后精心地設(shè)置地下水排導(dǎo)系統(tǒng)。一般山嶺隧道的防排水體系具有圈層構(gòu)造，可用“一堵兩排兩防”來概括，即一圈圍巖注漿堵水，噴射混凝土與防水層間、防水層與襯砌間兩圈排水專用防水層和襯砌混凝土兩層防水。現(xiàn)在用的比較多的是圍巖注漿堵水即在隧道圍巖的富水區(qū)段向地層灌漿注漿液，封堵底地層中的滲水裂隙，減少圍巖流向隧道的滲水， 圍巖注漿堵水即可在隧道開

29、挖前從地表鉆孔實(shí)施，也可在隧道開挖后通過徑向或超前向圍巖鉆孔注漿來完成，在我國， 由于指導(dǎo)思想和經(jīng)濟(jì)上的原因，在有水區(qū)段用圍巖注漿的方法進(jìn)行堵水常常被放棄，放棄圍巖注漿堵水，放任地下水的外泄可能造成以下三點(diǎn)不良后果：(1)洞內(nèi)排水會破壞地下水原有的平衡，造成地下水資源流失，如果單純以排為主， 會使地下水位的下降，影響植被生長和生態(tài)平衡，對當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不良影響。(2)地下水外泄可能沖蝕圍巖裂隙和軟弱層，不利于圍巖穩(wěn)定。(3)地下水?dāng)y帶大量泥沙，不利于隧道排水通暢。采用圍巖注漿堵水的好處在于：圍巖注漿充填圍巖裂隙，封堵滲水通道，在隧道周圍形成隔水保護(hù)圈，防止地下水#1-N 并減輕隧道結(jié)構(gòu)外壓

30、力，一般在滲水量或達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)段，采用各種注漿方法可使圍巖中的裂隙被充填，滲流通路堵塞，最終使地下水在圍巖之處尋求通路并建立新的平衡，使地下水位得到恢復(fù)并長期得以保持。而且注漿是較錨噴更為積極主動的加固圍巖措施。6、隧道防排水設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)6.1、 隧道防排水設(shè)計(jì)原則(1)地下水滲流以靜儲量為主時(shí)，采用以排為主的方式，當(dāng)隧道涌水量以靜儲量為主時(shí)，初期涌水量很大時(shí)，表現(xiàn)為突水，隨著時(shí)間的推移，涌水量不斷衰減，最后僅為滴水或滲水，這類涌水對隧道施工影響很大，對運(yùn)營影響相對較少，由于隧道圍巖與其他水體水力聯(lián)系較弱，涌水僅為裂隙含水，防排水設(shè)計(jì)時(shí)多采取以排為主的形式。(2)地下水滲流以動儲量為

31、主時(shí)采用以堵為主的方式，以動儲量為主的含水圍巖發(fā)生隧道涌水時(shí)，涌水量往往由小到大的變化，然后趨于動儲量相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定值。 即隧道的涌水量等于補(bǔ)給量，這類隧道涌水包括巖溶水因充填裂隙的地下水力梯度增加或沖刷加劇而逐漸貫通，并與其他水體(地表水與地下水)發(fā)生水力聯(lián)系時(shí)的涌水，以及與地表水有水力聯(lián)系的斷層破碎帶的涌水，防排水主要作用是切斷水力聯(lián)系通道，堵住地表水體補(bǔ)給，因此防排水設(shè)計(jì)的采取以堵為主的方式。(3)溶洞：如果隧道穿越的巖層中有大量溶洞的存在，在隧道施工中可能出現(xiàn)涌水、 突泥等危害性的事故。當(dāng)隧道穿越巖溶很發(fā)育的地區(qū)，隧道周圍地下水很豐富， 給隧道防排水帶來了很到的困難。隧道通過巖溶發(fā)育的地區(qū)

32、，特別是有大量溶洞存在的地區(qū)，需要采取“引”、 “堵”、 “越”、 “繞”等處理措施，此外處理后的隧道襯砌背后往往可能存在空洞等不密實(shí)的現(xiàn)象。巖溶地區(qū)隧道防排水多采用“多道防線、層層設(shè)防”的辦法，其主要工程措施有：圍巖注漿堵水、溶洞回填堵水、加強(qiáng)排水和防水。對于巖溶地區(qū)的小量巖溶地下水，以及經(jīng)過注漿、回填堵水后存在的巖溶地下水應(yīng)當(dāng)以疏排為主。(4)截：對于隧道覆蓋層地表水及坑洼等進(jìn)行處理，在隧道外面山體迎水坡設(shè)置截水天溝，目的是截排地下水，減少地表水的入滲。(5)對于涌水量大、水壓力高的斷層破碎帶，山體內(nèi)蓄水量大，且有充足地表水源供給，其表現(xiàn)為噴射狀股流，并夾有泥質(zhì)的涌水地段，一般情況下采用超前鉆孔排水、長管棚注漿堵水。(6)其他因素：隧道防排水設(shè)計(jì)中還應(yīng)綜合考慮如巖性、構(gòu)造、地貌、隧道的埋深情況、隧道上方的地表是不是有大量居民居住等因素。當(dāng)有大量居民居住在生活水源以地下水為主的隧道上方。這樣一般采用以堵為主的對策。因?yàn)橐耘艦橹鲿茐牡叵滤钠胶鈴亩绊懢用竦挠盟?。另外?dāng)隧道的埋深較深時(shí)，這時(shí)地應(yīng)力很大，一般不適合堵。6.2、 隧道防排水注意事項(xiàng)(1)富水段：周邊水壓力較高的區(qū)段，應(yīng)進(jìn)行專門的抗水壓力襯砌設(shè)計(jì)，保證隧道襯砌在水壓力作用下部開裂不發(fā)生過大的變形。(2)堵：圍巖條件較差且地下水量較大時(shí)，采用注漿止水并加固圍巖、隧道襯砌完工后