深层地铁隧道开挖中的地下水位控制与影响

摘要：本论文探讨了深层地铁隧道开挖过程中地下水位的测量方法、地下水位控制技术及其对工程的影响。通过综合分析井孔法、岩芯测定法、地电法与电阻率法等测量手段，以及降水井与井点设置、地下水位控制剂选择与评估等技术，阐述了地下水位对隧道工程地下结构稳定性、建筑材料及周边环境的潜在影响。本研究旨在为深层地铁隧道工程提供科学有效的水文地质管理方案，确保工程安全稳定的实施。

关键词：深层地铁隧道、地下水位、测量方法、控制技术、影响

一、地下水位的测量方法

1.1 井孔法

井孔法是一种传统而可靠的地下水位测量方法，通过在地下钻取井孔并测定水位高度，实现对地下水位的实时监测。在深层地铁隧道工程中，井孔法的优势在于其相对简便可行，但在实践中需特别注意孔壁的稳定性，以免因地层松散而导致井孔坍塌，影响水位测定的准确性。该方法适用于不同地质条件下，提供了一种经济而有效的水文地质监测手段。

1.2 岩芯测定法

岩芯测定法通过获取地层岩芯样本，分析其中的水含量，从而推断地下水位。在深层地铁隧道工程中，这种方法能够深入了解地质结构，并为工程设计提供重要的水文地质信息。然而，岩芯样本的获取相对复杂，需要钻探设备和技术的支持，同时分析过程对实验室条件有较高要求。

1.3 地电法与电阻率法

地电法基于地下介质的电导率差异，通过在地表布设电极，测量电流传播的方式来推断地下水位的分布情况。这种方法具有较高的实时性和空间分辨率，尤其适用于复杂地质条件下的水文地质研究，能够全面掌握地下水位的动态变化。而电阻率法则是通过测量地下介质对电流的电阻，根据不同地质结构对电阻率的敏感性来推断地下水位的变化情况。

二、地下水位控制技术

2.1 降水井与井点

1.井点的设置与布置

根据地质勘探结果和水文地质特征，合理确定井点的位置，以确保对目标水文地质单元的有效监测。井点的密度应根据地下水位变化的复杂性而定，考虑水流方向、水位梯度等因素，实现对整个工程区域水位的全面覆盖。井点的布置应依据地层结构、水文地质特征和工程要求，以最大程度地提高水位监测的精确性和时效性。通过科学合理的井点设置与布置，可以更有效地获取地下水位数据，为后续的地下水位控制提供准确的基础信息。

2.降水井的设计与施工

降水井是深层地铁隧道工程中主要用于地下水位控制的设施，其设计与施工直接关系到控制效果和工程安全。在设计阶段，需要综合考虑井深、井径、井筒材料以及井孔的排水能力等因素，确保降水井在不同水位条件下都能发挥有效的降水作用。降水井的施工需要遵循工程规范，采用合适的钻孔设备和降水井筒的材质，以确保井孔的稳定性和长期有效性。在井点设置的基础上，降水井的科学设计与施工将为地下水位控制提供有力保障，确保隧道工程的施工和运营阶段水文地质风险的有效控制。

2.2 地下水位控制剂

1.引水剂的选择与应用

在深层地铁隧道工程中，需要综合考虑地层渗透性、孔隙结构、水质特征以及引水剂的化学性质。合适的引水剂应具备较高的渗透能力，以有效引导地下水体流动。引水剂的应用需要结合实际情况，采取科学合理的注入方式，确保剂量和频率的调整符合地下水位变化。在引水剂的选择上，考虑环保性是至关重要的，以减少对地下水质的不良影响。通过严谨的引水剂选择和应用，可以实现地下水位的精准控制，为深层地铁隧道工程的水文地质管理提供可靠的技术支持。

2.地下水位调控剂的效果评估

建立合理的监测体系，包括地下水位、引水剂浓度、周边环境变化等方面的监测。其次，对监测数据进行综合分析，评估引水剂的引水效率、地下水体的稳定性以及对隧道结构的影响等方面。在评估中，需关注引水剂的长期效果，并针对可能出现的季节性和工程阶段性变化进行动态调整。通过不断优化引水剂的使用策略，可以实现地下水位的持续控制，确保深层地铁隧道工程的水文地质环境长期稳定。

三、地下水位变化对地铁隧道工程的影响

3.1 地下水位变化对地下结构稳定性的影响

高水位条件下，隧道周边土层可能受到较大的水压力影响，导致土层软化，岩层溶解，从而增加了地下结构受到涌水和地质变形的风险。这种情况下，需要在工程设计中采取一系列的支护措施。首先，可以通过提高隧道衬砌的密封性，防止水分渗透到隧道结构内部，减缓土层软化的速度。其次，选择适当的支护工艺，如密集锚杆、注浆桩等，以加强地下结构的稳定性，抵御潜在的涌水风险。此外，采用合适的支护材料，如耐水性强的混凝土和防水涂层，有助于提高地下结构对高水位的适应能力。

在低水位条件下，地下结构周边可能面临沉降风险，尤其是在含水层下降的情况下。为了降低沉降的风险，应在工程设计阶段考虑使用适当的地下支护手段。例如，采用地下支撑桩或地下连续墙等手段，增强地下结构的抗沉降能力。此外，通过灵活运用排水系统，调整地下水位的变化速率，有助于减缓沉降过程。

3.2 地下水位变化对隧道建筑材料的影响

地下水位的变化对隧道建筑材料可能带来复杂而重要的影响，尤其在高水位条件下，这些效应需要在设计和施工阶段充分考虑以确保隧道结构的耐久性和安全性。高水位条件下，地下水中的溶解氧、二氧化碳等溶解气体含量增加，可能导致混凝土中的钢筋发生腐蚀。此时，必须选择具有良好抗腐蚀性的建筑材料，如耐蚀性较强的钢材或具备防腐涂层的材料，以减缓腐蚀速度。采用防护措施是不可或缺的，例如，在混凝土表面施工防水涂层，以阻止地下水中的有害物质侵入混凝土内部。此外，还可考虑使用耐化学侵蚀的特殊混凝土，以增强整体结构的抗腐蚀性。

在实际施工中，除了选择适宜的建筑材料和防护措施外，还应进行定期监测和维护。通过监测建筑材料的腐蚀情况，及时采取修复措施，如更换受损的材料、修复防护层等，以确保隧道结构的长期使用寿命。

3.3 地下水位变化对周边环境的影响与应对措施

地下水位变化可能引发地表沉降，这可能对周边建筑物和基础设施造成影响，导致地面不均匀沉降，甚至影响到地面交通和排水系统。地下水位的波动可能对周边地表河流或湖泊的水位产生影响，进而影响生态系统的平衡和周边自然环境的稳定性。

针对这些潜在的影响，需要在工程规划和实施中充分考虑环境因素。建立系统化的监测体系，包括地表沉降监测、地下水位监测和周边水域水位监测等，以全面了解地下水位变化对周边环境的实际影响。针对监测结果采取相应的治理措施。例如，在地表沉降方面，可采取填充补偿或地面工程处理等措施来减缓地表沉降的速度和影响范围。对于周边水域水位变化，可通过水资源管理和调节来平衡地下水位变化对水域的影响，维持生态系统的稳定。

结束语

深层地铁隧道工程中的地下水位控制是保障工程安全、稳定和可持续发展的重要环节。通过对地下水位的测量方法、地下水位控制技术以及地下水位变化对工程的影响进行全面研究，可以为深层地铁隧道工程的水文地质问题提供科学的解决方案。在实际工程中，应结合具体地质条件和工程要求，采用综合性的水文地质管理措施，以确保地下水位的长期稳定控制，从而保障地铁隧道工程的安全、高效建设。

参考文献

[1]刘世武.邻近地铁隧道基坑监测分析及变形预测[J].低温建筑技术，2023，045（007）：140-144.

[2]张世民，冯婷，张世瑕.下穿地铁深基坑开挖影响的监测分析[A].in：第九届全国基坑工程研讨会 论文集[C].2016.00000772-00000778.

[3]ZHANG Shimin，张世民，FENG Ting，冯婷，LI Zhehui.下穿地铁深基坑开挖影响的监测分析[A].in：第四届全国工程风险与保险研究学术研讨会论文集[C].2016.00000674-00000682.