淺談富水石灰巖地層基坑涌水量的計算

王金龍

中鐵十六局集團有限公司 北京 100018

1 工程基本概況

七里溝站位于梨園路路中，沿梨園路南北向布置；車站東側為豐和園小區和三官廟農貿市場、車站西側葉語田園小區和新泉佳苑小區；車站位于道路中間，梨園路規劃道路寬40m。

車站為11m站臺地下二層島式車站，車站結構采用半蓋挖法施工。車站起點里程為K14+203.81，終點里程為K14+662.41，車站長度約458.4m，車站寬度約19.7～23.8m，底板埋深約16.61m。車站共設8個出入口，3個安全出口，4組風亭。

1.1 工程地質

根據鉆探所揭示的地層情況，再結合地貌特征，勘察場區地層自上而下依次為：

1-1層雜填土（Q4ml）：雜色，松散，含建筑垃圾、生活垃圾、塊石、碎石等，該層土人為隨意性較大，均一性差，多為欠壓密土，結構疏松，具強度較低、壓縮性高、荷重易變形等特點，工程性質差，為I 級松土。車站范圍內普遍分布，該層厚度：0.9～6.9m，平均厚度：2.31m，層底標高：25.59～31.95m。

1-2層素填土（Q4ml）：褐黃色，松散，以粉土素填土為主，含植物根系等，該層土成分不一，厚薄多變，固結程度低，壓縮性高等特點，工程性質差，為I 級松土。該層厚度：1.2～1.8m，平均厚度：1.6m，層底標高：28.86～29.53 m。

2-3-1層淤泥質黏土（Q4al）：褐灰色，流塑，具腥臭味，土質不均，為Ⅱ級普通土，僅D2S13XZ50孔揭露。該層厚度：0.5m，平均厚度：0.5m，層底標高：28.08 m。

2-3-2層黏土（Q4al）：灰褐色～灰黃色，軟塑～可塑，土質不均，夾粉土薄層，為Ⅱ級普通土，該層厚度：0.3～4.0m，平均厚度：2.04m，層底標高：25.56～29.84 m。

2-5-3層粉土（Q4al）：灰褐色～灰黃色，中密，很濕，切面粗糙，含云母粉，搖震反應迅速，為Ⅱ級普通土，該層厚度：0.3～3.1m，平均厚度：1.51m，層底標高：27.44～30.20 m。

5-3-4黏土（Q3al）：褐黃色，硬塑～堅硬，有光澤，含鈣質結核（砂姜），為Ⅲ級硬土，鈣質結核分布無規律，直徑約0.5～4cm左右，含量5%～20%不等，局部富集。該層厚度：4.9～12.2m，平均厚度：8.87m，層底標高：14.31～21.82 m。

11-2-2層強風化石灰巖（O1m+x）：灰白色～青灰色，巖芯風化呈塊狀，母巖成分已基本蝕變，巖體基本質量等級為Ⅴ級，僅部分鉆孔揭露。巖層產狀為NE123°∠50°～75°。

11-2-3層中風化石灰巖（O1m+x）：灰白色～青灰色，中厚層狀構造，隱晶質結構，夾白云質灰巖，較硬巖，巖體較完整，TCR=70%～95%，巖體基本質量等級為Ⅲ級。該層鉆孔未揭穿。巖層產狀為巖層產狀為NE123°∠50°～75°。

11-2-3A層破碎中風化石灰巖（O1m+x）：破碎～較破碎，灰白色～青灰色，中厚層狀構造，隱晶質結構，較硬巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。部分鉆孔揭露。

1.2 水文地質

本車站勘察期間觀測到的地下水類型分別為潛水（孔隙水）和承壓水（碳酸鹽裂隙巖溶水）。

潛水：為第四系松散層孔隙水，水位埋深1.8～3.50m，水位標高29.35～30.45m，觀測時間2015年7月和2015年10月，含水層主要為粉土2-5-3層及雜填土1-1層，局部位于黏土2-3-2層里。主要接受大氣降水補給和側向徑流補給，以蒸發、側向徑流、人工開采方式排泄。地下水動態季節性變化顯著，一般在每年的5月下旬至6月上旬，達到最低點；7、8月是降雨高峰期，地下水位迅速上升達到最高點，變化幅度約為1.0～2.0m。

承壓水：屬于碳酸鹽巖裂隙巖溶水，主要貯存于灰巖裂隙中。本次設置兩個觀測孔，觀測結果顯示，D2S13XZ16號孔該層地下水穩定水頭埋深6.35m，穩定水頭標高25.93m，D2S13CZ10未觀測到水位。說明場地內裂隙巖溶水的透水性和富水性取決于基巖裂隙的發育程度和裂隙的充填情況。裂隙巖溶水補給來源主要是大氣降水入滲補給和側向徑流補給；徑流在丘陵區受地形控制，由高處流向地處平原區，但在平原區受人工開采影響，巖溶水表現為由四周流向開采降落漏斗中心的匯流型徑流，水力度較大；排泄以人工開采為主。地下水動態一般每年雨季降水高峰期后一到兩個月（8、9月）巖溶水達到最高點，隨后水位逐漸下降，至次年旱季末（4、5月）水位下降至最低點，年變幅在5.0～10.0m。根據場地分布水文地質實驗井，場地內承壓水特點表現為分布不均勻。

2 基坑抽水試驗

為了確?；娱_始施工安全，我們針對此車站地下水豐富的特點，在車站開挖前做了模擬降水試驗，本次試驗布置3組水文地質試驗。

技術要求

（1）抽水試驗前，應對各抽水井及觀測井地面標高及測點標高進行測量；對各井孔靜止水位進行觀測；

（2）抽水水位觀測：

觀測時間按開泵后抽水井中的水位觀測時間為：1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、90、120分鐘，以后每隔30分鐘觀測一次，至480分鐘后每間隔60分鐘觀測一次，至1200分鐘后每間隔2小時觀測一次。抽水井與觀測井同步觀測；抽水試驗井的水位測量應讀到厘米，觀測井的水位測量應讀到毫米，水位量測用電水位計。

抽水試驗時，水位下降的次數宜為3次，其中最大下降值可接近孔內的設計動水位，其余2次下降值宜分別為最大下降值的1/3和2/3。

（3）抽水水量觀測：采用流量表讀數。流量觀測次數與地下水位觀測同步。在整個抽水試驗的過程中，抽水井的出水量應保持常量，在正式抽水之前，進行試抽水，同時選取合適的水泵，以保證抽水井的水位不致被抽干或沒有明顯的水位降，盡量減小流量的變化。

（4）抽水試驗延續時間

抽水試驗的穩定標準，在抽水穩定延續時間內，抽水孔出水量和動水位與時間關系曲線只在一定范圍內波動，且沒有持續上升或下降的趨勢。

延續時間：根據抽水過程中所繪制的水位降深(S)與時間(t)的曲線所顯示的抽水階段來決定。當曲線出現水平直線段時，顯示達到穩定，再延長8小時抽水試驗就可結束。根據試驗過程中的具體情況，延續時間可適當調整。

（5）恢復水位觀測：停止抽水后，應觀測恢復水位，觀測頻率與抽水時頻率一致，直到穩定。

（6）水質取樣：試驗開始后半小時采取水質分析樣一件，在抽水結束前再采取水質分析樣一件，以了解含水層地下水水質狀況及抽水過程中水質的變化。

2.1 抽水試驗過程

抽水試驗過程是：成孔→洗孔→下泵→測量靜水位→開泵→S1→S2→S3→水位恢復→提出孔內水泵。

2.2 抽水試驗結果

（1）抽水試驗成果依據《水文地質手冊》，選用穩定流承壓水非完整井公式計算，公式如下：

式中： K—滲透系數（m/d）Q—抽水孔涌水量（m3/d）

Sw—抽水孔水位下降值（m）

M —計算含水層厚度（m）

R —影響半徑（m）

r—抽水井半徑（m）

l—過濾器的長度（m）；

計算時先假設影響半徑為100m，利用迭代法，經過3次迭代。根據上述方法分別對三個點試驗，巖溶裂隙水單位涌水量q=0.297～1.483L/s.m，巖石滲透系數為3.42-20.40m/d，平均10.11m/d。

3 基坑涌水量計算

根據《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012附錄E基坑涌水量計算，分別采用以下兩種方法。

（1）承壓水-潛水完整井：基坑跨越隔水層和承壓水含水層，基底位于承壓水含水層中，降水井打穿全部承壓水含水層，涌水量可按下式計算：

式中：H0 ----承壓含水層的初始水頭

其中k取10.11m3/d，M取50m，s取12m，R取20m（由現場觀測井實際觀測得出），可以算出每日基坑涌水量Q=115990方。

（2）承壓水非完整井：基坑位于隔水層中，降水井未打穿承壓水含水層，涌水量可按下式計：

其中k取10.11m3/d，M取50m，Sd取13m，R取20m（由現場觀測井實際觀測得出），L取12m，ro取54.128m，可以算出每日基坑涌水量Q=48494.7方。

4 結束語

巖溶裂隙水單位涌水量q=0.297～1.483L/s.m，巖石滲透系數為3.42～20.40m/d，平均10.11m/d，其停泵后水位可在10～20s內恢復，說明揭露的灰巖巖溶裂隙水水量大，連通性好，補給迅速，單井的出水能力平均為q0=296.7m3/d；石灰巖中溶蝕裂隙發育及石灰巖中的其他結構面等在橫向、縱向上寬度、大小及發育程度不均且無規律，同時上更新統中在不同區域砂姜含量變化較大，且水量大小、補給速度與其相關。結合現場試驗數據算得基坑涌水量為48494.7～115990立方每天，針對此類基坑涌水量較大的情況，我們做好圍護結構止水帷幕，提前做好基坑開挖前的降水工作，確保基坑開挖的安全。