地下水对隧道的危害ppt课件

地下水对隧道的危害及解决方法 一 地下水按埋藏条件可分为三大类 包气带水 潜水 承压水 二 根据含水层的空隙性质 地下水可分为三个亚类 孔隙水 裂隙水 岩溶水 地下水的类型 一 包气带水包气带水处于地表面以下潜水位以上的包气带岩上层中 包括土壤水 沼泽水 上层滞水以及基岩风化壳 粘土裂隙 中季节性存在的水 包气带水的主要特征是受气候控制 季节性明显 变化大 雨季水量多 旱季水量少 甚至干涸 包气带水对农业有很大意义 对建筑工程有一定影响 二 潜水埋藏在地表以下第一层较稳定的隔水层以上具有自由面的重力水叫潜水 潜水的自由表面 承受大气压力 受气候条件影响 季节性变化明显 春 夏季多雨 水位上升 冬季少雨 水位下降 水温随季节而有规律的变化 水质易受污染 潜水的补给来源主要有 大气降水 地表水 深层地下水及凝结水 大气降水是补给潜水的主要来源 三 承压水地表以下充满两个稳定隔水层之间的重力水称为承压水或自流水 由于地下水限制在两个隔水层之间 因而承压水具有一定压力 特别是含水层透水性愈好 压力愈大 人工开凿后能自流到地表 因为有隔水顶板存在 承压水不受气候的影响 动态较稳定 不易受污染 承压水的形成与所在地区的地质构造及沉积条件有密切关系 只要有适宜的地质构造条件 地下水都可形成承压水 适宜形成承压水的地质构造大致有两种 一为向斜构或盆地 称为自流盆地 另一为单斜构造亦称为自流斜地 四 裂隙水埋藏在基岩裂隙中的地下水叫裂隙水 这种水运动复杂 水量变化较大 这与裂隙发育及成因有密切关系 裂隙水按基岩裂隙成因分类有 1 风化裂隙水 2 成岩裂隙水 3 构造裂隙水 五 岩溶水赋存和运移于可溶岩的溶隙溶洞 洞穴 管道 暗河 中的地下水叫岩溶水 我国岩溶的分布比较广 特别在南方地区 因此 岩溶水分布很普遍 水量丰富 对供水极为有利 但对矿床开采 地下工程和建筑工程等都会带来一些危害 因此研究岩溶水对国民经济有很大意义 根据岩溶水的埋藏条件可分为 1 岩溶上层滞水 2 岩溶潜水 3 岩溶承压水 六 泉水泉主要是地下水或含水层通道露出地表形成的 因此 泉是地下的主要排泄方式之一 泉的实际用途很大 不仅可做供水水源 当水量丰富 动态稳定 含有碘 硫等物质时 还可做医疗之用 同时研究泉对了解地质构造及地下水都有很大意义 泉的类型按补给源可分为三类 1 包气带泉 主要是上层滞水补给 水量小 季节变化大 动态不稳定 2 潜水泉 又称下降泉 主要靠潜水补给 动态较稳定 有季节性变化规律 按出露条件可分为侵蚀泉 接触泉 溢出泉等 3 自流水泉 又叫上升泉 主要靠承压水补给 动态稳定 年变化不大 主要分布在自流盆地及自流斜地的排泄区和构造断裂带上 地下水不但影响隧道工程的施工和建成后的结构稳定 而且产生相应的隧道病害 影响隧道正常使用时的安全 当隧道通过松散岩土 岩溶裂隙发育带或断层破碎带时 往往与区域地下水和地表水有一定的水力联系 尤其当隧道穿过大型溶洞区和断层破碎带时 可将围岩分隔成几个单独的或有一定水力联系的含水单元 对隧道施工建设以及运营养护的安全产生很大的影响 在隧道施工穿过较大的断层破碎带时 施工人员往往不仅需要技术上的支持 有时还需要心理上的支持 地下水对隧道的危害 一 地下水与隧道围岩的相互作用主要有三个方面 即水岩物理作用 水岩的力学作用 水岩的化学作用 1 地下水与隧道围岩的物理作用 主要是软化 分割 润滑 泥化 崩解 冻融和热融等 一般表现为水对岩土的综合软化效应 2 地下水与隧道围岩的力学作用 主要表现为地下水对岩土体骨架产生的两种压力即孔隙水压力和渗透压力 3 地下水与隧道围岩化学作用 对于隧道等地下工程的影响很大 主要的影响有溶解与溶蚀作用 水解 离子交换等 二 就隧道病害而言修建隧道时 一般以堵水为主 排水为辅 隧道衬砌承受一定的地下水压力 地下水位的升高 直接增加了对隧道衬砌的压力 且地下水的长期浸泡 降低隧道衬砌混凝土的力学强度 这两方面的因素均直接影响隧道工程的安全性 导致隧道衬砌裂损 腐蚀 以及混凝土中的钢筋锈蚀 道床翻浆冒泥和隧底吊空等隧道病害 解决方法 1 隧道选址应充分考虑到地下水的影响 尽量避开岩溶发育剧烈区和大面积的软弱破碎带 隧道走向应避开岩溶管道 地下暗河与地下岩溶潭 2 对于富水岩层的隧道设计应当摒弃 以排为主 的设计思路 建立 防 排 截 堵结合 因地制宜 综合治理 的设计思路 并且应该结合隧址区生态环境的承受能力和施工经济条件两方面因素控制隧道的涌水量 保持地下水环境的相对平衡 我国铁道部颁布的 铁路隧道设计规范 TBl0003 2005 规定 隧道防水应遵循 防 排 截 堵结合 因地制宜 综合治理 的原则 防 是指衬砌抗渗和衬砌外围防水 排 是指使衬砌背后空隙及围岩不积水 减少衬砌背后的渗水压力和渗入量 截 是在地下采取导坑 泄水洞 井点降水等截水措施 将水从地面截走 减少地面水下渗 堵 采用注浆 喷涂 等方法堵住渗水裂缝 空隙 工程实例 大瑶山隧道 一 大瑶山隧道概况 大瑶山隧道全长14 295km 是我国目前最长的双线电气化隧道 地处南岭山脉以南 穿越其中的瑶山 隧道埋深70 910m 1 水文地质条件大瑶山隧道地处粤北山区 属亚热带气候 雨量充沛 年降雨量1100 2087mm 隧道穿越大小断层14条 其中9号断层规模最大 9号断层位于隧道中部 是施工时最重要的险 难地段 主断层为隔水层 分隔上 下盘为2个不同的水文地质单元 上盘强富水 下盘次之 主断层带宽70m多 在隧道洞身内的影响宽度400m多 垂直断距达100m以上 力学性质以压性为主 兼具扭性 隧道施工时最大涌水量曾达到30000m d 9号断层的涌水量占全隧道涌水量的90 2 防排水务件大瑶山隧道采用夹有塑料板防水层的复合衬砌 围岩裂隙水大部分由边墙下端泄水孔进入隧道 为使地下水尽快汇集不致于漫流于隧道道碴底面 排水方式采用中心水沟为主 双侧水沟为辅 中沟与侧沟用横沟连通 全隧道水沟内流量因季节及降雨量的不同 在8000 40000m d之间变化 一般在5 6月间水流量较大 3 隧道基床病害情况由于大瑶山隧道穿过9号断层 该断层带宽 破碎严重 影响范围大 围岩裂隙水丰富 大流量的水对隧道基床安全性影响严重 由于地下水的影响 大瑶山隧道在运营2a多后 发现列车通过时 基床出现抽吸现象 水沟内的水位也成合拍的上下涨落 与中沟对应的侧沟内有泥沙挤出 水沟边墙与沟底出现不同程度的 吊空 沟墙出现横纵向裂缝 沟底板挤裂破损或成块断裂 基床存在断裂 中 边沟贯通 由此引发铁路轨道线路下沉的险情 轨道几何状态难以保持 严重威胁行车安全 4 病害整治措施大瑶山隧道位于京广线上 每日开行列车百对以上 用于养护 维修的 天窗 时间短 难以采用封锁线路 破底重修的传统方法进行整治 为了确保行车安全 当线路发生下沉以后 工务部门立即采用 扣轨 等方式来加固线路 并限制行车速度 才确保了行车安全 然后经过反复试验 研究和分析 最终应用聚合物锚桩一灌浆法 通过锚桩的桩侧摩阻力和桩端阻力将上部竖向荷载传递到基床底部岩层内 从而将扣轨拆除 利用基床灌浆施工 成功地整治了大瑶山隧道基床病害 恢复了隧道的正常运营 纵观大瑶山隧道病害发展的情况 地下水的影响已成为该隧道安全性一个重要隐患 由于地下水未彻底根治 近年来不但病害数量逐年增加 而且病害程度趋于严重 如不彻底整治病害 隧道的安全稳定性将难以保证 二 大瑶山隧道病害原因分析1 施工方面就大瑶山隧道基床病害而言 根据相关资料发现 由于道床施工时浮碴未清理干净 模板被虚碴垫起而不平整 造成了中心水沟边墙的吊空 再加上基床铺底混凝土是在水中灌注 而又未采取水下灌注措施使混凝土水灰比增大 强度降低 特别是界面处泥砂未除净 混凝土与岩石的结合不良 通车后中心沟水量大 水流急 水在铺底与岩面之间的缝隙中流动 列车荷载使基床铺底发生上下振动而形成抽吸现象 造成水在缝隙中反复冲刷 不断带走混凝土中骨料和铺底下的浮碴 而形成更大的空隙 运营时间越长 冲刷时间越久 缝隙越宽 吊空 越大 最后 由活载冲击作用而发生断裂 导致线路下沉而威胁行车安全 2 勘察 设计和研究方面长期以来 不论在理论上还是在实践中 工程界对地下水的勘察 设计和研究都是有限的 在勘察过程中 对地下水的认识仅限于通过钻孔观测水位 许多大型隧道工程含水区段没有进行专门的水文地质试验 对水文地质条件没有作系统分析 含水层的渗透系数 入渗系数 给水度等水文地质参数 一般勘察资料只提供相对大小的论述或范围值 没有具体数值和结论 水文地质分区非常简单 虽然近lO多年来 随着电子计算机的广泛使用 渗流计算的数值方法有了飞速发展 描述地下水的各向异性 非均质及随时间变化的特性已成为可能 但由于工程勘察时提供的水文地质参数不足 难以满足地下水数值计算及隧道工程安全稳定性评价的精度要求 结语地下水是造成隧道病害发生及影响隧道安全稳定性的主要诱导因素之一 水荷载作用在隧道衬砌上 直接降低隧道结构的稳定性 水的长期活动 导致隧道衬砌混凝土被水饱和 软化 降低了强度参数 因此 治水通常成为隧道病害整治的首选措施 且大量事实证明是经济有效的 目前存在的问题是 隧道水文地质条件非常复杂 而相关规范对水文地质方面的要求又不太全面 不能满足计算分析的需要 甚至不能量化排水措施的效果 使排水这一行之有效的措施仅作为一种安全储备 致使隧道整治特别是大型隧道的整治很不经济