中国建筑第四工程局有限公司 广东广州 510006
摘要：地下水位的变化必然会对地铁隧道的使用功能和安全性产生影响，本文结合工程实践，采用有限元分析模型，分析地下水位变化对地铁安全运营的影响情况，得出一些初步结论。
关键词：地下水位；有限元；地铁安全运营
Study of the impact on Metro safety under the change of groundwater level
Zhang Yang，Sun Lifeng，Kou Lifu
（China Construction Fourth Engineering Division Co.，Ltd，Guangdong Guangzhou 510006，china）
Abstract：Abstract The safety and the performance in use of the tunnels will be influenced by the change of groundwater level.In this paper，based on the engineering practice，with finite element analysis model，analyzing the Metro safety under the change of groundwater.Some priliminary conclusions are obtained.
Keywords：groundwater level；finite element；Metro safety
1引言
由于地铁的建设，带动了地铁沿线的经济发展及房地产的开发，越来越多的基坑工程出现在地铁隧道附近。基坑工程大面积卸土造成的岩土体的应力释放和地层变形以及基坑开挖抽排水造成的地下水位变化必然会对邻近的地铁隧道产生一定的影响。国内外不少学者对基坑开挖及地下水位变化对地铁隧道的影响进行了一系列的研究。但这些研究普遍具有局限性，只针对某一特定项目进行的特定研究，不具有普遍性，无法将其研究成果推广使用。
目前，国内外已有许多相关学者对该问题进行了研究和探讨。文献[1]分析了地下水水位上升对地铁隧道结构的影响。在分析北京地区地下水水位上升情况的基础上，采用FLAC数值模拟方法，以拱顶埋深6 m、直径10 m的地铁隧道为例，研究地下水水位逐步回升情况下，隧道结构在位移、变形、内力（弯矩和轴力）、塑性区等方面的变化趋势和分布规律。文献[2]通过收集和现场实测的石太客运专线特长隧道水文地质资料，建立了隧道围岩的水文地质概念模型，通过对国内部分具有代表性的南、北方运营隧道渗漏水状况的调查，建立了运营隧道渗漏水病害评价指标体系。文献[3]提出了基坑开挖对临近地铁隧道影响的两阶段分析方法；该文首先计算出基坑开挖作用在地铁隧道上的附加荷载，然后基于Winkler地基模型建立地铁隧道纵向变形影响的基本微分方程，根据Galerkin方法将该方程转换为一维有限元方程进行计算，同时研究了不同隧道埋深、距离基坑开挖现场远近、不同地基土质和不同隧道外径等因素对隧道纵向变形的影响。
由以上分析可见，众多学者大部分研究都集中在基坑开挖对其邻近地铁隧道的影响，关于地下水位变化对地铁隧道的影响情况的分析比较鲜见。本文以广州某实际工程为例，采用MIDAS-GTS 三维有限元软件对水位变化情况进行模拟，并结合工程施工工况和实际监测数据，得出一些结论。
2工程概况
2.1工程介绍
本文以广州地铁九号线为背景，广州地铁九号线呈东西走向，经广州市花都区和白云区，线路西起飞鹅岭，经花都风神汽车城、广州北站、花都区政府、机场商务区等重点地段，至三号线北延段工程高增站止，线路大致沿风神大道、农新路、秀全西路、秀全大道、公益大道、迎宾大道敷设。线路全长约20.2km，全部为地下线，共设9座地下车站。
2.2工程地质及水文地质情况
广州地铁九号线地铁隧道的围岩性质总体较差，砂层巨厚（最厚处达20m），砂层透水性好，且场地灰岩地层的溶洞发育，区间溶、土洞多为无充填或半充填状态，部分为全充填状态。溶、土洞空隙中充满了地下水，局部与上部覆盖的砂层连通，地下水补给充裕，水量很大。隧道附近的地下水位非常容易受到周边房地产开发和地下工程施工的影响而变化，特别是在隧道附近开挖深基坑时，由于砂层直接覆盖在灰岩面上给止水带来了较大困难，且基岩岩溶裂隙水丰富，基坑开挖过程中基岩岩溶裂隙水涌入基坑，止水帷幕在砂层与岩面交界处漏水的可能性较大，基坑大量抽排地下水必然会影响隧道受力状态，进而可能影响地铁安全运营。
3理论分析
依据达西渗流定理计算出不同埋深“降水点（井）或降水面”，不同岩土层的渗透半径，确定地下水位变化的影响范围；
达西分析了大量实验资料，发现土中渗透的渗流量q与圆筒截面积A及水头损失△h 成正比，与截面间距l 成反比，即
利用MIDAS-GTS 三维有限元软件，通过控制变量法，分析不同情况，得到地下水位变化对隧道变形及内力影响的变化规律。
5结论
（1）由上述理论分析和有限元分析可以得出：地下水位的变化会造成地铁隧道内部的应力集中。
（2）因为地下水的原因使得地铁隧道的正常工作出现问题，如果地下水位上升的太大，极有可能使得车站周围的土体剪切破坏，最后使得地铁隧道的结构破坏。
参考文献（References）
[1]罗富荣，刘赪炜，韩煊. 地下水水位上升对地铁隧道结构的影响分析[J].中国铁道科学.2011（01）
[2]潘海泽. 隧道工程地下水水害防治与评价体系研究[D].西南交通大学 2009
[3]唐仁，林本海.基坑工程施工对邻近地铁盾构隧道的影响分析[J].地下空间与工程学报，2014，05：1629–1634.
论文作者:张杨,孙丽锋,寇立夫
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/8
标签：隧道论文; 地铁论文; 基坑论文; 地下水论文; 地下水位论文; 工程论文; 水位论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;