淮南市中央公園下穿隧道抗浮地下水位分析

趙華宏 沈洪波 李昊煜

(安徽省交通規劃設計研究院，安徽合肥 230088)

隨著現代化城市建設發展，地下空間不斷開發利用，而對一些無上部建筑且自重荷載較小、開挖埋置較深的地下結構，諸如地下車庫、商場、下沉式廣場、下穿隧道、水池等，這些結構物的抗浮設計是一個關鍵問題，抗浮設計的關鍵是抗浮地下水位的確定、浮力計算及抗浮措施設計三部分，其中抗浮地下水位的確定是基礎，且直接關系到工程建設的安全經濟性。以下就淮南市山南新區南緯六路下穿隧道抗浮地下水位確定加以分析，以供該地區同類工程參考。

1 工程概況

南緯六路下穿隧道其道路類別為城市次干道，雙向四車道，設計行車速度為40 km/h，隧道凈寬:凈—2×8.25 m，隧道限高:凈—4.5 m;防洪設計采用100年的重現期。隧道總長度為1135 m，其中敞開段360 m，暗埋段775 m。暗埋段頂部設一人工下挖景觀湖，湖底距隧道洞頂距離1.0 m～2.0 m，設計湖水位標高45.50 m。隧址區位于淮南市山南新區，場區區域地貌屬江淮丘陵組成部分，所處地貌類型以丘陵坡地為主，標高在48.20 m～54.33 m之間。路線走向為東西向。

2 水文地質與工程地質條件

建設場地為江淮分水嶺波狀平原，地表主要分布第四系上更新統(Qal+pl3)粘性土，有弱～中等膨脹潛勢，工程地質性質一般;局部低凹地段分布薄層第四系全新統(Qal+pl4)沖洪積粘性土及砂土，工程地質性質一般。下覆基巖為第三系(E)砂質泥巖、砂巖互層，埋深20 m～30 m，巖性軟弱，工程地質性質較好，下穿隧道位于上更新統粘性土中。

隧址區經過地區氣候溫暖，四季分明，雨量充足，無霜期較長，屬暖濕性亞熱季風氣候。全市年平均降水量1000 mm～1200 mm，季節性變化大，年平均氣溫15.7℃。隧址區沿線地表水為附近溝、塘所蓄積的水，其來源主要為大氣降水及上游河流徑流補給。地表水位與流量的變化與降水有密切關系，夏季雨量充沛，水位高，流量大;冬季降雨稀少，水位低，流量小。地下水類型主要為分布于亞粘土層中的潛水及基巖全風化砂質泥巖層中的裂隙水。勘探期間測得的地下水位(靜止)埋深為0.70 m～3.20 m，相應的地下水位(靜止)標高為47.20 m～51.13 m。

地表粘性土層為弱～微透水層，具體各層土滲透系數見表1。

表1 滲透系數統計表 cm/s

3 抗浮水位分析確定

地下結構(整體或局部)埋置到地下水位以下巖土層中，結構除受土壓力外，還受到地下水滲透壓力，當結構底板受到向上水壓力大于結構及上覆土重量時，結構會上浮。由于沿途滲流計算受水文地質條件、巖土體介質等因素影響，計算復雜，考慮工程應用，我國現行規范簡化為阿基米德浮力原理計算，計算簡單，而對不同巖土層考慮不同的安全系數。

勘察報告中一般會給出:勘察期間的水位、歷史最高水位，甚至于近3年～5年的地下水位;不能直接用作抗浮設防水位，要求設計人員進一步綜合分析，根據地區經驗或附近工程類比綜合確定。合理確定建筑結構設計中的基礎抗浮設防水位非常困難，但又非常重要，是關系到工程質量和工程造價的關鍵問題。

3.1 山南新區地下水位控制因素分析

根據區域長期水文地質觀測資料，江淮坡狀平原區地下水位主要受大氣降水及河、湖、溝、塘補給，水位季節性變化大。綜合分析本工程場地地下水位主要控制因素為大氣降水及場地周邊地表水體補給控制。具體結合工程場區建設規劃分析，主要影響地表的水體有:城市內澇、景觀湖建設以及本區域水文地質工程地質條件。

3.1.1 城市內澇水分析

山南新區地勢北部高，南部低，中間高，東西部低。新區附近淮河流域田家庵水文站的設防水位是20.0 m，警戒水位為23.3 m。規劃區內的地勢均高于30 m，規劃區北邊是舜耕山，淮河洪水很難入侵。東西兩側分別是地勢較低的高塘湖和瓦埠湖湖區，瓦埠湖50年一遇設計洪水位24.5 m，高塘湖汛期最高水位21.0 m。按照地形，外來洪水不會對規劃區產生影響，區內暴雨洪水將會排向兩個湖區，湖區作為規劃區降雨的承泄區，不會對規劃區洪水產生頂托。即山南新區地勢相對較高，外來洪水對規劃區基本不產生影響，區內主要的洪澇災害是本地暴雨產生的內澇。地下水位不會受到河湖洪水位頂托上升。

3.1.2 景觀湖設計水位分析

景觀湖設計為人工下挖蓄水體，且場區地形北高南低，景觀湖及規劃水系由北向南排，景觀湖設計水位采用市政府與景觀湖之間所夾南緯四路路面標高控制，推出景觀廣場設計標高，在景觀廣場設計標高的基礎上減去50 cm，得到景觀湖湖面設計標高。設計常水位為45.5，也是設計允許最高水位。

3.1.3 場地水文地質條件分析

根據巖土勘察報告和區域地質資料，擬建場地地下水類型主要為分布于粘性土層中的潛水及基巖全風化砂質泥巖層中的裂隙水。勘探期間測得的地下水位(靜止)埋深為0.70 m～3.20 m，相應的地下水位(靜止)標高為47.20 m～51.13 m。地下水主要由大氣降水及附近河流滲流補給，水位和水量受季節性影響變化較大。

本次勘察擬建場地②層粘土中普見水位，場地內賦存的地下水主要為第四系松散層中的上層滯水。由于場地地形中間低，東西兩端稍高，中間低洼段地下水埋深淺，兩側崗地段地下水位相對埋深大。且受地表溝塘補給，第四系松散層中的上層滯水水位較高，埋深在1.0 m～3.0 m。施工階段隨著基坑開挖降水，地下水位會跟著下降。②層粘土垂直滲透系數為1.28×10－5cm/s，為弱透水層，是膨脹土裂隙發育影響的。

3.1.4 工程建成后地面標高變化分析

本工程設計西段230 m及東段130 m敞開U形槽，中間775 m為暗埋段。暗埋段頂部為景觀湖，深埋于地下，U形槽兩側各設有13.5 m寬的路面及共計3 m左右寬的兩條綠化帶。西段設計路面標高總體來看低于原地面標高，外側輔道標高高于原地面標高0.5 m不等，但外側不透水路面很寬，土層滲透系數小，路面滲水少，故建成后地坪仍采用現地面標高控制合適。東段設計標高低于原地面，即建成后地坪標高用現地面標高控制。

暗埋段非湖底段地面標高控制參考景觀綠化設計圖紙，以景觀廣場地坪標高控制。

3.2 隧道抗浮設計水位取值

結合以上區域地質背景、場地水文地質、工程地質條件，及諸多地下水位控制因素分析，考慮本工程建設特點及后期運營可能遇到各種最不利工況，分段提出本工程地下水抗浮計算水位如下:

1)K0+135～K0+365西段U形槽段，位于崗地斜坡段，地表水排水順暢。勘測期間，地下水實測水位為51.13 m，在地面下3 m左右。本段靠近中規院規劃K1水系K6+900處，中規院100年設防設計水位53.25 m。本段結構均埋置在2層粘土中，為上層滯水，施工期間隨著基坑開挖降水，地下水位會下降，不考慮抗浮設防。回填建成運營后，長期地下水恢復平衡，綜合考慮上層滯水最高水位按地面下1.0 m控制，53.33 m，滿足100年設防水位控制要求。

2)K0+365～K1+140暗埋段，湖底水下段隧道采用阿基米德定律考慮，水位以最高湖水位控制;湖邊段的抗浮計算，考慮地勢低洼及排洪蓄洪要求，抗浮計算水位按建成后地坪標高控制。

3)K1+140～K1+270東段U形槽段，位于崗地斜坡段，地表水排水順暢。設計路段距規劃 K2水系 K0+050較遠(約1.0 km)，粘性土滲透系數小，可查到規劃防洪水位不能控制本段地下水位。勘測期間，地下水實測水位48.68 m，在原地面下2 m左右。本段結構均埋置在2層粘土中，地下水為上層滯水。考慮運營期降雨補給，抗浮水位采用原地面下1 m控制應該是非常安全的。

4 結論建議

1)本文綜合分析區域地質背景、場地水文地質、工程地質條件，及諸多地下水位控制因素，分段給出城市下穿隧道工程抗浮計算地下水位，能滿足工程建設運營安全要求。

2)地下水滲透運移規律復雜，且受地表水、人為影響因素較大，特別是上層滯水、潛水更甚，采用明開挖施工要做好降排水措施，防止肥槽回填不密實及腳盆效應等不利條件導致工程上浮。

3)地下水抗浮設防水位確定影響因素非常多，本文抓住主要控制因素分析，但尚缺乏該地區其他同類工程經驗及地下水長期觀測資料，需進一步積累資料分析。

［1］肖林俊，楊志英.地下結構抗浮設防水位和浮力計算［J］.河北理工大學學報(自然科學版)，2009，31(4)：111-114.

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