隧道开挖中深部地下水渗漏的控制研究

隧道开挖中深部地下水渗漏的控制研究

陈伟威

中铁六局集团广州工程有限公司

摘要

隧道开挖作为基础设施建设中的重要环节，其对地下水资源的影响日益引起公众和专业人士的重视。深部地下水的存在可能对隧道安全构成威胁，也可能由于隧道穿越带来的地下水渗出，影响地下水系统的稳定，因此预测和控制这种地下水渗漏成为一项至关重要的技术难题。在此背景下，本文通过深入探索与分析隧道开挖对深部地下水的影响机理，提出了具体的控制策略，以期为隧道开挖过程中的地下水渗漏的控制提供理论支持和技术参考。

关键词：隧道开挖；地下水渗漏；渗漏控制

1、隧道开挖和深部地下水关系研究

1.1 隧道开挖对深部地下水的影响

隧道开挖是一项重要的地下工程活动，其施工过程中与周围地质环境相互作用，尤其是与深部地下水之间的关系十分密切。隧道开挖引起的地下水位变化和水动力压力变化等因素，会对地下水系统产生一系列的影响。

隧道开挖会破坏原有的地下水储层和渗流路径，可能导致地下水位的下降或上升，地下水位变化是影响深部地下水系统的重要因素。隧道开挖过程中，土体受力易引起孔隙水压力的释放和地下水位的变化。这会对土体深部的地下水系统造成地下水位升高或下降，进而影响到地下水的流动方向和速率。

隧道开挖引起的地下水流动会改变地下水的流动路径和速度。在隧道开挖过程中，土体的破坏和开挖带的形成会改变原有的地下水流动路径，导致地下水流线的变化。土体变形还会导致地下水流速的加快或减慢，从而进一步改变地下水系统的动态平衡。

1.2 隧道开挖中的深部地下水渗漏问题

隧道开挖过程中，深部地下水的渗漏是一个常见而严重的问题。渗漏的产生主要由地下水流向隧道开挖区域，通过土壤孔隙或裂缝进入开挖洞体内部造成。此过程不仅会增加施工风险，还可能对隧道工程的稳定性和安全性产生威胁。

在隧道开挖中，土体的破坏和变形是深部地下水渗漏的主要因素。隧道开挖过程中，土体受力状态发生变化，使原本稳定的土体结构发生破坏，孔隙和裂缝的形成使得地下水有机会渗透进入隧道。地下水位的变化和水动力压力的改变也会影响渗漏的形成与演化。

1.3 深部地下水对隧道工程稳定性的影响

地下水通过渗透和冲刷作用，使得隧道周围土体的强度和稳定性发生变化。地下水的存在会导致土壤颗粒的离散和移动，进而引起土体的塌陷和沉陷等不稳定现象。

地下水还会与隧道结构相互作用，使得隧道结构受力状态发生变化。地下水通过渗透和冲刷作用，会对隧道衬砌、围岩等结构产生侵蚀和破坏，从而导致隧道工程的稳定性受到威胁。

2、隧道开挖中深部地下水渗漏控制

2.1 深部地下水钻孔注浆技术应用

深部地下水钻孔注浆技术是隧道开挖中常用的一种控制深部地下水渗漏的方法。该技术通过在地下水位以下的地层中进行钻孔并注入特定的注浆材料，从而形成一层具有一定强度和抗渗性能的注浆帷幕，有效隔绝了地下水渗漏进入隧道内的路径。

在施工过程中，钻孔注浆技术的应用需要考虑多个因素，如注浆材料的选择、注浆孔的布置方式、注浆压力和注浆量等。选用的注浆材料应具备较好的渗透性能和抗渗性能，以确保注浆帷幕能够有效阻止地下水的渗漏。注浆孔的布置方式要科学合理，根据地下水位、地质条件和工程要求等因素确定钻孔的位置、深度和间距。注浆过程中需要控制注浆压力和注浆量，以确保注浆材料能够充分填充孔隙并形成稳定的注浆帷幕。

2.2赣深铁路林寨隧道帷幕注浆设计案例

注浆加固长度为30m（不含止浆墙）。有效加固范围上半断面开挖轮廓线外8m（实际加固范围根据钻孔揭露的地质情况，如有必要向下延伸，根据实际情况进行调整），浆液扩散半径2m，单循环布设注浆孔110个。注浆压力5-6MPa。

图1  开孔孔位布置图            图2  帷幕注浆纵断面布置图

2.2 深部地下水防渗材料研究

深部地下水防渗材料的研究是为了寻找更加适用于隧道开挖中的防渗材料，以提高深部地下水渗漏控制的效果。研究的重点包括防渗材料的渗透性能、抗渗性能、力学性能和耐水性能等方面的改进和创新。

针对深部地下水渗漏的特点和要求，研究人员需要探索新型的防渗材料，使其具备更好的渗透性能，能够顺利渗透进地下水渗漏路径并形成闭合的帷幕结构。对防渗材料的抗渗性能进行改进，使其能够经受住地下水的冲击和压力，确保隧道内部的稳定性和安全性。还需要考虑防渗材料的力学性能，以满足隧道工程对强度和稳定性的要求。

固化灰浆：在深部地下连续防渗墙施工中，所含的一种新材料是固化灰浆，它具有良好的抗渗性能和力学性能，能够形成连续且致密的防渗体结构，能有效的防止地下水渗透。

渗透结晶型水泥基材料：该材料是通过自身反应生成结晶物填充结构中的孔隙，实现自愈和防渗效果，尤其适用于深部复杂地质条件下的防渗处理，能适应一定的变形并保持长期稳定的防渗性能。

聚合物合成材料：如高密度聚乙烯（HDPE）土工膜、膨润土防水毯（GCL）、环氧树脂涂料等，这些材料具有优异的耐久性、柔韧性和低渗透性，可以用于深部地下水的隔离与防渗层构建。

低弹模大应变混凝土：这类混凝土适用于承受较大变形的场合，其低弹性模量和高强度特点使得其在地下水压力变化大的深部环境中仍能保持结构稳定，同时具有较好的防渗效果。

复合防渗材料：结合不同材料的优势，开发出既能满足深部地下水防渗需求又能抵抗复杂应力环境的复合型防渗系统，比如混凝土与土工膜的组合使用，或者与特殊添加剂改性的高性能混凝土等。

未来的研究趋势可能会更加关注材料的环保性、可再生性以及施工便捷性，同时也将强化对防渗材料长期性能监测及失效机理分析等方面的工作。

2.3 深部地下水渗漏应急处理方案及实施

在隧道开挖过程中，深部地下水渗漏可能会出现意外情况，需要有应急处理方案来及时应对。针对深部地下水渗漏的应急处理，可以分为预防性措施和应急处理措施。

预防性措施主要包括提前制定并执行严格的施工方案，监测地下水位和变化趋势，采取合理的工程措施来减少深部地下水的渗漏风险。例如，在开挖过程中加强围岩的支护和加固，采用防渗措施如注浆等，以及合理配置抽水设备等。这些措施有助于降低深部地下水渗漏的可能性。

应急处理措施则是在深部地下水渗漏情况发生后，应立即执行的措施。例如，可以通过加强地下水抽排，及时排除渗漏水，减小地下水位上升造成的影响；或者采用加固措施，如喷射混凝土，以加强隧道围岩的稳定性。

结束语

本研究对影响隧道开挖中深部地下水的各个因素进行了全面的分析。同时，也提出了一系列具有实用价值的控制策略，包括注浆技术、防渗材料和渗漏应急处理方案。这些成果不仅对隧道工程来说具有重大的实用价值，也对于其他涉及到地下水渗漏的工程项目提供了重要的技术支持。

参考文献

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