地下水位变动对地下工程的影响

一、地下水位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2.华北平原典型区地下水动态变化趋势
地下水位变化情况
图3.东京承压地下水位历年变化曲线
地下水位变动成因
ห้องสมุดไป่ตู้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。
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；
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
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。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。
补救措施：
针对上述情况，采取灌浆止水，设置积水桶等临时性措施以及二次 衬砌的永久性措施。
地下水下降对地下工程的影响
一、地下水位下降导致地面沉降 二、地下水位下降导致地面塌陷 三、地下水位下降引发海水入侵
一、地下水位下降导致地面沉降
地面沉降：地面沉降是粘性土层的压缩变形和含水砂层弹性变 形共同作用的结果，它是一种累进性的缓变地质灾害，其发展 过程是不可逆的，一旦形成便难以恢复。地面沉降的形成，主 要是由于承压含水层中地下水的大量开采，使得地下水位下降， 导致相邻的粘土层产生压缩变形，土层压密；砂砾石含水层因 抽水作用致使其颗粒排列紧密，间隙减小所致。
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 3.7104 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。
注明：考虑到高承压水 条件下的止水问题。专 门研发出来世界首创的 具有止水性能的永久性 锚杆系统。
三、地下水位上升导致结构物漏水
二、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。 危害：结构物发生失稳破坏，影响结构的正常使用。
实例：河北省由于深层地下水超采，致河北平原地区出现地裂缝482 条，最长的达到8km,最深10m,影响到近7个地区的近70个县市。秦皇岛市 地面塌陷面积达到34万平方米，较易引起岩溶地面塌陷和地裂缝。另据 调查，沧州，邢台等城市相继出现地面塌陷、地裂缝。各类地裂缝穿越 民居，厂矿，农田，横切道路，水管及各种公共设施，致使建筑物破损、 开裂。
总结
地下水位变动对地下工程建设的警示意义？
二、地下水位上升导致结构物抗浮力不足
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。
地下水上升对地下工程的影响
一、地下水位上升导致挡墙隆起开裂 (①.隆起开裂，②.湿陷变形）
二、地下水位上升导致结构物抗浮力不足
三、地下水位上升导致结构物漏水
案例分析
东京地下水位上升对地下 工程的危害
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。 1.1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。
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198 3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。
危害：土体不均匀的沉降，将导致防护结构的失稳，建造物地 基下沉，甚者引发建筑物开裂、倾斜或倒塌的风险。
二、地下水位下降引发地面塌陷
地面塌陷：是指地面垂直变形破坏的另一种形式在自然条件下产生的。 岩溶地面的地面塌陷是指覆盖在溶蚀洞穴发育的可溶性岩层之上的松散土 石体在外动力因素作用下向洞穴运移而导致的地面塌陷。
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年代后期开始，出现隧道漏水、轨道腐蚀、钢筋 锈蚀等问题。
三、地下水位下降引发海水入侵
海水入侵：滨海地区人为超量开采地下水，引起地下水位大幅度下 降，海水与淡水之间的水动力平衡被破坏，导致咸淡水界面向陆地方向 移动的现象。海水入侵定义最核心的东西是“人为超量开采地下水造成 水动力平衡的破坏”。
实例：河北省沿海城市的区域地下水水位大幅下降，导致海水入侵 地下水。海水入侵淡水受到不同程度的污染，使淡水水质变咸，破坏了 咸淡水天然平衡状态，进一步削弱了原来短缺的淡水资源，还造成土地 次生盐碱化。秦皇岛海水倒灌已有55平方千米，许多工业冷却设备被大 量腐蚀。
****科技大学 ****学院
地下水位变动对地下工程的影响
汇报人：****** 导 师：****** 专 业：建筑与土木工程
目录
背景及其现状 地下水位变化趋势 地下水位变化成因及其对地下工程影响 案例分析 总结
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。