地下工程结构稳定性与防水技术研究进展

引言

地下工程作为现代城市基础设施的重要组成部分，其设计与施工正面临更高的技术要求。受复杂地质条件、水文环境、荷载变化等因素影响，地下结构极易出现变形、开裂、渗漏等问题，直接威胁工程安全。与此同时，防水问题始终是地下工程施工与运维中的难点与重点，传统防水技术在适应性与耐久性方面仍存在诸多局限。近年来，随着新型材料、信息化监测和数值模拟技术的发展，为解决结构稳定与防水难题提供了新的思路与手段。本文围绕地下工程结构稳定性与防水技术的研究进展展开分析，旨在为相关工程建设与科学研究提供参考依据。

一、地下工程结构稳定性研究进展

（一）地下结构稳定性影响因素分析

地下结构的稳定性受多种复杂因素共同作用，包括地质条件、水文环境、施工方法和荷载变化等。岩土体的物理力学性质决定了地下空间围岩的变形特征与稳定风险，而地下水的渗流作用会引发土体软化、结构浮力增大或局部塌方。施工扰动产生的应力重分布也会诱发开挖面或支护结构的位移变化，对整体稳定构成威胁。长期运营中交通荷载、地面沉降和温度变化等也可能引起附加应力和结构疲劳。在不同建设阶段，各种因素的叠加与耦合作用导致结构稳定状态动态演变，因此需要全过程跟踪与动态评估来确保工程安全。

（二）常用支护结构形式与适用条件

支护结构是确保地下工程稳定运行的关键组成，其形式选择需根据围岩等级、开挖方式和使用功能综合考虑。喷锚支护因施工便捷、适应性强广泛应用于软弱围岩和浅埋隧道中，而钢支撑与混凝土衬砌则适用于高地应力或地下水丰富区域。地连墙在深基坑与城市地铁中应用广泛，可有效隔水止土，增强侧向支撑能力。复合支护技术将不同结构形式组合使用，提高适应复杂地质条件的能力。

（三）数值模拟与信息化监测技术应用

数值模拟技术可在施工前预测地下结构在各种荷载和工况下的应力分布、变形趋势与稳定性变化，为结构设计与施工提供科学依据。基于有限元方法的建模工具如FLAC3D、ANSYS 等广泛应用于隧道、基坑及地下空间分析，通过不同边界条件与参数设置探索失稳机制。信息化监测则实现对结构实时状态的动态掌控，包括位移、应力、渗压等多类传感器的数据采集与分析。通过物联网平台与自动报警系统构建风险预警机制，为施工决策提供支持。

二、防水技术的分类与演变路径

（一）地下工程防水体系结构分析

地下工程防水体系由防水层、防水构造节点与排水设施等多个要素构成，是确保结构使用寿命与功能完整性的基础。完整的防水系统通常分为外防水层、结构自防水和内防水措施，通过多重防护降低渗漏风险。结构自防水依靠混凝土本体的密实性及施工质量实现基本抗渗能力，而外包防水层作为第一道防线承担绝大部分水压。排水系统的合理布局能及时导排结构周边渗水，缓解内外水压差，减轻防水层受力。

（二）常用防水材料与施工工艺发展

常用地下工程防水材料包括高分子防水卷材、聚氨酯涂膜、防水砂浆与自粘型胶膜等，它们在防渗能力、延展性和施工适应性方面各有优劣。卷材类材料凭借良好的抗水压性能和耐久性适用于多水压力环境，涂膜型材料因施工灵活更适应异形结构区域。防水砂浆与结构自防水材料在节省成本与施工整合方面具有优势。随着施工技术发展，热熔铺设、机械固定、湿铺法等新工艺不断成熟，提升了施工效率与接缝密封效果。不同材料与工艺组合应用可以提升防水系统整体性能。材料选型与施工技术需与地下工程结构、环境条件及耐久性要求相匹

配。

（三）新型防水技术及未来发展方向

新型防水技术不断推动地下工程防护水平的提升，包括自愈型防水材料、纳米复合涂层、高性能卷材系统等新材料的研发与应用。自愈型材料在受到微裂缝或穿孔后可自动填充修复，提升系统长期可靠性。纳米材料赋予防水层更高的抗渗透性与柔韧性，适应复杂变形条件。结合 BIM 与数字建造理念，防水系统的设计、施工与维护正向信息化、智能化方向演变。可追溯性施工记录与智能感应系统提升运维效率。未来防水技术将更注重系统整体性、施工环保性与材料可持续性，为智慧城市与绿色建造提供更高水平的地下空间保障。

三、典型工程案例分析与综合对策探讨

（一）城市地铁工程中的结构与防水技术实践

地铁工程作为典型的浅埋大型地下结构，在复杂地质条件下对结构稳定性和防水能力提出较高要求。在软土、富水区域常采用地连墙加内支撑联合支护体系，提升围护结构的稳定性。为应对列车运行引起的振动与动荷载，隧道衬砌结构需具备良好的刚度与变形协调性。防水方面普遍采用“结构自防水+外包防水层+排水系统”组合模式，通过多道防线提高抗渗能力。实际施工中通过盾构法、明挖法等工艺实现安全快速施工。

（二）隧道与地下空间工程的综合治理案例

隧道与地下空间工程多处于山区或城市密集区，施工过程中面临高地应力、岩爆、涌水等多重挑战。某高速铁路隧道项目中，通过分部开挖与超前支护相结合的方式有效控制围岩失稳风险，同时采用预注浆技术对突水带进行预处理，增强围岩抗渗性能。在地下综合体工程中，为应对高地下水位带来的水压问题，构建了集止水帷幕、排水沟、柔性防水层为一体的复合系统。通过 BIM 技术对施工进度、防水节点与材料交接进行全过程可视化管理。

（三）结构稳定与防水一体化设计对策建议

结构稳定性与防水能力在设计阶段需进行统筹规划，实现功能与施工的同步匹配。建议将支护结构与防水系统协同设计，考虑施工阶段与使用阶段不同工况下的变形与渗水行为，避免防水层受力破坏。结构选型应充分评估围岩响应，选择变形协调能力强的柔性衬砌或复合衬砌结构以适应地基沉降。在防水设计中，应注重节点构造的处理和材料兼容性，减少接缝泄漏风险。推广基于风险的设计理念，结合数值模拟与现场试验验证防水与结构安全边界。

结论

地下工程结构稳定性与防水性能是保障工程质量与使用功能的基础，其重要性随着工程规模和复杂度的提升日益凸显。当前研究已在岩土体稳定性分析、支护体系优化、新型防水材料与系统构建等方面取得了显著成果，但在应对极端环境、提高长期耐久性与施工适应性方面仍面临挑战。未来应加强多学科融合与科技创新，推动结构与防水一体化设计理念的落地，注重施工过程质量控制与后期维护管理。通过不断完善技术体系和实践经验，将为地下工程的安全、绿色、可持续发展提供有力支撑。

参考文献

[1]荆少东.地下水封洞库施工质量检测及管理工作改进探讨[J].长江科学院院报,2023,40(10):142-147.

[2]苏雅.岩质隧道原生结构稳定性分析方法研究[D].湖南大学,2022.

[3]刘永胜,洪开荣,卓越,等.巨跨超扁平地下洞库建设方法及实践[J].隧道建设(中英文),2022,42(04):532-539.