合肥地鐵2號線抗浮設防水位的取值研究

李永彪 吳耀武 曹廣勇

摘要：主要依托合肥市軌道交通2號線工程，通過對2號線沿線站點地下水位動態進行實時監測，并選取祥和路站、撮鎮路站、得心路站、瑤崗路站、泉鄉路站五組典型的站點水位變化情況進行分析，并結合合肥地區不同時間段降雨量的變化，采用動態曲線比擬法對該工程地區最高地下水預測和抗浮設計水位合理取值等關鍵技術問題進行深入研究，總結出適用于合肥市地鐵2號線南沿線工程的抗浮設防水位及地下水浮力取值方法.為設計施工提供依據，以達到縮短車站施工工期、節省工程造價的目的，同時本項研究也將填補了合肥市、安徽省在地鐵領域內研究的空白，具有較大社會、技術和經濟效益.

關鍵詞：抗浮設防水位;降雨量;擬合曲線;軌道交通

中圖分類號：U231+.3 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2019）05-0099-03

合肥市抗浮設防水位尚未進行系統的科學研究工作，沒有形成一套比較完善的抗浮設防水位研究和計算體系.經調研，已建工程的設防水位多由勘察、設計單位憑經驗確定，出現了距離很近的工程但抗浮設防水位卻相差較大的現象[1].這是由于地鐵工程不同于一般民用單體建筑，整體為線狀形態，穿越城市多個水文地質單元及分區，且地鐵建成后將不同程度地改變區域水文地質環境及地下水賦存、運移條件，使抗浮設防水位確定更為復雜.此外，隨著季節和降雨量變化，結構底板的浮力荷載還存在明顯的非確定性，更加大了災害的風險程度[2].因此，開展地鐵建設中地下水抗浮問題的專項研究十分必要.柴娟提出，下水位動態受水文地質條件、降水和開采條件等因素影響，其中降雨量影響因素最大[3].王常暢認為，在計算車站抗浮之前，應先選定相應的抗浮水位，但抗浮水位的確定應根據該地區特有的地質情況做相應的計算研究[4].劉亞洲提出建筑物抗浮設防水位應取該地區歷史最高水位[5].

1 工程概況

合肥市地處中國華東地區、江淮之間，環抱巢湖，總面積11445.1平方公里（含巢湖水面770平方公里），境內有丘陵崗地、低山殘丘、低洼平原三種地貌，以丘陵崗地為主，合肥地表水系較為發達.軌道交通2號線一期工程范圍內主要有店埠等河流，少量的魚塘等地表水體.合肥市軌道交通2號線一期工程場區主體位于合肥東部，該盆地屬于中生代斷陷盆地，盆地在新生代前消亡，在整體上隆的基礎上，新生代局部繼續沉降，受活動性斷裂控制明顯，一側斷陷、另一側超覆，形成小型斷陷盆地.上層滯水主要賦存于人工填土層中，水位不連續，變化幅度大，主要接受大氣降水和地表水體的補給.

2 數據監測

2.1 試驗孔設計與施工

首先使用打樁機鉆一個寬120mm左右的孔，孔深至地下含水層，總長約為45m，打孔后用洗井機將試驗孔清洗干凈防止堵塞，洗井后在松散含水層段需安裝過濾器，隔水層段安裝套管.考慮到中生界紅層泥巖或砂巖為軟弱巖層，水穩性較差，如果鉆進至紅層地層，則該段也需安裝過濾器，同時做到在下孔管時，設置找中器以使孔管直立于孔口中心，上端口應保持水平，井管的偏斜度也不得超過1°.

鉆孔過程中，及時、詳細、準確地對對水位、沖洗液消耗量、漏水位置、孔壁坍塌、涌砂情況、地層變層深度、含水構造的起止深度等進行觀測和記錄.鉆孔結束時，應對所揭露的地層進行準確分層，并測量坐標和孔口高程.

2.2 地下水位長期監測方案

抽水試驗結束，水位恢復至抽水前靜止水位時開始進行水位長期監測.

2.2.1 監測方法

采用如圖2所示的分層沉降儀對水位進行測量，監測鉆孔中多層含水層的混合水位.每次測量水位時，應記錄觀測孔內及周邊情況.測量前對測繩伸縮性進行校核.水位觀測從固定點算起，并將讀數換算成從地面算起的水位埋深及標高.

2.2.2 監測頻率

每5-7d測量1次，測量當天上午10點各監測孔統一觀測.當遇到中雨以上降雨時，每天測量1次，直至雨后5天.

2.2.3 監測精度

水位監測數值以米為單位，應記至小數點后三位.同一測次應兩測兩次，間隔時間為3min，取兩次水位的平均值為觀測結果，兩次測量允許誤差小于10mm.

3 抗浮設防水位的確定

表1為勘察期內（2017年11月～2018年9月）對五個站點監測的數據整理，該數據為每個月五次檢測結果的最高值，對每個月地下水位監測的最高值和每個月的降水量統計分析之后進行相關性分析，以求能得出二者的擬合函數從而進行后續研究[6].

圖3為由勘察期內（2017年11月～2018年9月）的降水與地下水位監測資料制作出的統計圖.以一個月為一個統計周期來進行數據統計與圖表制作.

由圖3可以看出地下水位與降水量有明顯的線性相關性，地下水位隨降水量增加而上升，隨降水量減少而下降，降水為地下水位的重要影響因素.因此將各個站點降水量與地下水位這兩組數據擬合，進行相關性分析.

通過以上相關性分析之后得出的擬合函數即可根據以往各年的降水數據計算出同時期的地下水位，這樣便取得了往年的大致地下水位資料，基于這些地下水位資料進行后續的研究.

由于是經擬合函數計算得出的地下水位而不是實測值，所以精度不高，難免存在誤差.且因為監測期較短，地下水位監測間隔時間長，最長一次觀測間隔長達25天;監測期時跨冬季枯水期，又遇上寒流，最低氣溫達零下十幾度，可能對降水補給地下水造成影響;降水入滲補給地下水存在時間上的延后性;再者，雖然降水為影響地下水位的重要因素之一，但是由于各種原因，研究區域的諸如蒸發量等其他參數并沒有獲得，所以僅以降水推測地下水位存在一定誤差，也導致個別站點擬合出的函數的相關性不是很好.

其中WLmax應采用勘察期間的最高地下水位，且監測期一般應為一個水文年或至少包括一個水文年中出現最高地下水位的時期[7].合肥地區每年的最大降水出現在七、八月份，最大地下水位一般也出現在同時期或略有延遲.

通過對上述各站點的數據進行代入計算，得出的結果如表2所示，由所得結果可知，通過該擬合曲線計算所得抗浮水位與實際抗浮設防水位基本一致.

4 結論

本文以合肥市軌道交通2號線為研究對象，通過現場監測以及擬合分析的方法來研究工程地下抗浮設防水位的取值問題，得出如下結論：

（1）從本文選取的五個站點的分析情況來看，地下最高水位與降雨量存在非常明顯的線性關系，當達到最高降雨量時，可以通過擬合曲線計算得出相應的最高地下水位，該水位為抗浮設防水位.

（2）降雨量的多少跟季節有很大的關系，3、4、5、6月份降雨量變化較為均勻且降雨量中等，7、8月份降雨量明顯增大，且為全年最大降雨季節，因此，抗浮設防水位的選取一般以7、8月份降雨量來計算得出.

參考文獻：

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