地下水位变动对地下工程的影响.doc

地下水位变动对地下工程的影响 姓名：……. 学号：……. 指导老师：……教授 1.背景 20世纪90年代后，地下空间的开发利用向综合化、分层化、深层化、城市交通地下化、市政公用管线隧道化等方向发展。近年来，国内各大城市为缓解交通压力，大力发展地铁、地下隧道等地下工程，由此引发的问题也随之而来。据统计，在 2003～2011年间，仅在地铁施工过程中就出现由地下水引发重大事故就有9起,包括涌水、渗水、流砂等多种事故，运维阶段的经济损失更是不可估量。至此，地下水位的变动对地下工程从施工到运维的全寿命周期带来不容忽视的危害。 2.地下水变化趋势 2.1地下水概念 地下水：赋存在地表以下的岩层或土层空隙中的重力水。 按埋藏条件分：①包气带水；②潜水；③承压水。 按含水层的空隙性质分为：①空隙水；②裂隙水；③岩溶水。 2.2地下水位变化情况 不同地区地下水位的变化趋势往往存在着差异性。像中国的大部分地区，地下水位趋势呈逐年下降的趋势。如下图1所示。而近年来，日本的大部分地区由于水法的颁布，地下水呈明显上升的趋势。如下图2所示。 图1.华北平原典型区地下水动态变化趋势 图2.东京承压地下水位历年变化曲线 3.地下水位变动成因 （1）导致地下水位上升的因素： ①.施工或浇灌等人为因素； ②.气温或降雨量等水文气象因素； ③.总体岩性产状和含水层结构等地质因素。 （2）导致地下水位下降的因素： ①.自然因素：降水减少，干旱等 ②.人为因素：过量开采地下水，植被破坏致水土流失，下游水库的修建及上游筑坝劫夺地下水的补给。 3.1地下水位上升对地下工程的影响 3.1.1案例分析 东京地下水位上升概况： 与1970年前相比，东京的地下水平均至少上升15m;市中心的墨田区立花上升约45m,板桥区富士见町最大上升达到了60m。 （1）东京地层组成： 东京处于关东平原，周边山体隆起而中心部相对下降的盆地。在地形地貌是由地质构造运动、多次冰期与间冰期、海平面变动综合作用的结果。在地形地貌上可细分为丘陵、洪积扇台地和冲积低地。 图3.东京地层横断面图 东京地下水位变化走势： 下图为东京市区6个区的典型地下水位历年变化曲线。例如，江东区、墨田区的地下水位在1964年之前逐年下降，之后转为上升。1970年至1983年地下水位大幅度上升。这与1971年开始实行工业用水法，停止使用一部分工业水源井密切相关。目前仍处在上升态势，但上升趋势减缓。地下水位上升了34～49 m，现距地表以下1.5-8.2m附近。 图4.东京承压地下水位历年变化曲线 （2）危害形式 ①.地下水上升导致挡墙隆起开裂 日本东京JR武藏野线新小平车站为半地下式车站，完工于1976年。91年11月，因暴雨和地下水径流问题，导致了地下水位上升了6m-9m,导致U型挡墙隆起最大达1.3m，挡墙顶部伸缩缝张开达70cm（如下图）。其结果，大量的泥水涌入、淹没车站，铁路停运达2个月之久。 图5.半地下车站U型挡墙开裂图 ②.地下水位上升导致结构物抗浮力不足 结构物抗浮力不足概念： 地下结构物处于地面下土体中，由于土体的空隙及岩体的裂隙赋存有大量的地下水，地下水对埋置于土体中的地下结构会产生浮托力，当结构的自重及其约束力小于浮托力时将发生上拱或上浮，即为结构物抗浮力不足。其危害为：结构物发生失稳破坏，影响结构的正常使用。 地下水位上升可造成地下设施抗浮力不足而上浮、基底损伤、隧道漏水、电缆漏电等事故。 工程概况： 日本东北新干线上野地下车站坐落在东京砂砾层和江户川砂层之上，地下车站共4层，深度30m,最大宽度48m,长度840m。车站建设的当时，地下水位为GL-38m。 面临问题： 随着加强地下水的管理，1987年新干线开通时，地下水位已急剧上升到了GL-18m。94年上升至GL-14m。基础面临抗浮力不足。 补救措施： 为了针对地下水位上升、基础抗浮力的不足，期间共实施二期补救工程。 一期工程：在站台与基础之间设置了t的铁块（效果不太好） 二期工程：在地板上设置了650根永久性锚杆。如下图6所示。 图6.永久性锚杆设置示意图 ③.地下水位上升导致结构物漏水 地下水位上升可导致地下结构物渗水、漏水，并影响其结构寿命。 工程概况： 日本总武隧道建于1965年-1972年，为一并行单线洞室。施工期间，地下水位在隧道下方，所以没有实施二次衬砌。 面临问题： 铁路运营后，随着地下水开采限制条例的实行，地下水位恢复超过了隧道的拱顶。从1970年