蘭州市地鐵2號線一期工程抗浮防滲水位取值方法分析

郭紅東，鄭 偉，徐 靜

（1.甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅水文地質工程地質勘察院，甘肅 蘭州 730020）

大型的地下停車場、地鐵站等純地下輕載構筑物，屬于超補償式基礎，基礎開挖較深，挖土卸載量較大，結構荷載很小，在地下水位較高的地區，在施工及使用階段，結構的抗浮防滲就成了關鍵問題，也是巖土勘察過程中的重點及難點問題，更是一直以來研究的熱點問題。抗浮水位取值，關系到地下構筑物是否采取抗浮措施，若取值過高，則增加大量的增加結構自重或抗拔樁等措施，若取值太低，則在構筑物修建及建成后，由于地下水浮力造成結構開裂、滲水，甚至浮起失效，國內以發生多起此類安全事故[1-6]。蘭州市地鐵2號線一期是城區的主要交通干線，起點為東方紅廣場，重點至雁北路，起到城關區雁灘片區、火車站與地鐵1號線的縱向貫通作用，城關區地下水位埋藏較淺，合理確定抗浮水位參數，是地鐵工程建設及運營中采取抗浮防滲措施的關鍵。

1 工程概況

蘭州市城市軌道交通2號線一期工程（東方紅廣場-雁北路段），起于東方紅廣場站，與1號線換乘后，轉向平涼路敷設，后繼續向南向東進入火車站東路，至火車站與3號線、5號線（新區線）換乘，之后線路經排洪南路過渡后向北轉，沿瑞德大道向北敷設，至五里鋪與1號線換乘，至雁園路與4號線換乘，至全線終點雁北路與3號線換乘，設置2、3號線聯絡線。全長9.06km，設站9座（含東方紅廣場、五里鋪）車站，設一座停車場（排洪南路停車場）（如圖1所示）。

圖1 蘭州地鐵2號線一期工程沿線地貌圖

2 地鐵2號線沿線水文地質特征

蘭州市地鐵2號線一期工程通過的地貌單元為侵蝕堆積河谷階狀平原，地勢低緩平坦，包括黃河Ⅰ～Ⅱ級階地和河漫灘，其中以Ⅱ級階地最為發育，其次為Ⅰ級階地，海拔1510～1530m左右，地下水賦存為單一潛水為主，主要含水層為砂卵礫石層。河谷沖積層孔隙潛水主要分布在黃河兩岸的Ⅰ、Ⅱ級階地及漫灘地帶。在不同的地帶，地下水的埋藏，富水性變化很大，總體趨勢自黃河階地向山前呈減弱態勢。按照微地貌類型具體劃分為：①漫灘：以雁灘分布最廣，水位埋深1～5m，砂礫石層含水，厚 8～13m，含水層滲透系數 60～70m/d，富水性變化大，為100～3000m3/d。②Ⅰ級階地：分布在東方紅場-五里鋪一帶，含水層為砂礫石，厚3～6m，水位埋深3-5m，滲透系數為22.7m/d，富水性弱，單井涌水量100～500m3/d。③Ⅱ級階地:沿火車站一帶呈東西向展布至東崗鎮，含水層為砂礫卵石，厚5～12m，階地前緣水位埋深10m左右，后緣埋深達15～20m，富水性弱，一般單井涌水量 100～500m3/d。蘭州市黃河南岸階地河谷潛水主要接受大氣降水及南部山區基巖裂隙水的補給，沿途接受城市生活用水下滲補給，自西南向北東徑流，最終排泄于黃河，構成了完整的地下水循環系統[7]。

3 地鐵2號線沿線地下水動態變化趨勢

地下水動態系指地下水水位、水量等要素隨時間和空間變化的規律。影響蘭州市地下水動態的因素，可歸納為自然因素和人為因素。如大氣降水、水文及人工開采、污水入滲等，都影響著蘭州市區地下水的動態變化。按照地鐵2號線通過的階地類型具體劃分如下：

1）漫灘。該段位于近黃河地帶的雁灘地區。該區距黃河近，地下水動態受到黃河地表水動態制約，與黃河地表水動態關系十分密切。地下水位變化幅度大，其基本特點是在地表枯水期時，地下水水位降低，豐水期黃河水位升高，地下水水位也相應升高[8]。根據已有的監測資料分析，地下水位年變幅為 2.26～3.65m。

2）Ⅰ級階地。該區以賦存單一潛水為主，地下水類型為東崗地區黃河河谷松散巖類孔隙潛水，含水層巖性主要為砂、卵礫石，該層水的天然動態類型為滲入-徑流動態類型，主要接受大氣降水和側向徑流補給，地下水徑流條件較好，以側向徑流為主要排泄方式，最終排泄于黃河，多年來該層地下水位相對比較穩定。根據已有的監測資料分析，地下水位年變幅為1.04～1.99m。

3）Ⅱ級階地。該區段地處火車站-至排洪南路一帶的黃河南岸Ⅱ級階地區，該區以賦存單一潛水為主，地下水類型為黃河河谷松散巖類孔隙潛水，含水層巖性主要為砂、卵礫石層，該層水的天然動態類型為滲入-徑流動態類型，主要接受大氣降水和側向徑流補給，地下水徑流條件較好，以側向徑流為主要排泄方式，最終排泄于黃河，多年來該層地下水位相對比較穩定。根據已有的監測資料分析，地下水位年變幅為0.29～1.04m。

4 抗浮防滲水位的確定方法

《巖土工程勘察規范》[9]及《高層建筑巖土工程勘察規程》[10]規定：當有長期水位觀測資料時，場地抗浮設防水位可采用實測最高水位；無長期觀測資料或資料缺乏時，按勘察期間實測最高穩定水位并結合場地地形地貌、地下水補給、排泄條件等因素綜合確定。

依據相關規范，結合蘭州市地鐵2號線一期工程勘察資料，通過對地下水動態變化規律及影響因素分析，以長期動態資料中的歷史最高水位為基礎，同時考慮地表水體、地下水開采、黃河百年洪水位及地下工程建設對地下水位的影響，綜合確定抗浮水位的設計原則，具體分析如下：

1）降水滲入。根據地下水動態資料分析，潛水水位的變化與年內降水的分布密切相關，對于蘭州地鐵抗浮水位設防標準以百年降水量形成的地下水位最高值作為抗浮水位，即降水量保證頻率為1%年份時地下水位最高值為抗浮水位。根據蘭州市地下水監測成果，降水量保證頻率為25%時，地下水位高于保證頻率50%年份約2～3m。根據多年地下水動態監測數據反映，年內變化看，徑流條件較好漫灘區及傍河地帶水位變化受降水影響滯后時間較短，一般在7～9月降水量大，河流流量大，地下水表現為高水位期，3～4月份一般為旱季，降水量少，各溝谷地表水補給地下水量少，表現為低水位期。在Ⅱ級階地后緣及其高級階地區，高水位期滯后期一般出現在11～12月或翌年的1～2月份，低水位期出現在5～7月份，一般滯后期長，一般2～4個月左右。

2）河流洪水位。工程場區距黃河較近的場地，由于地下水受黃河地表水的補給，徑流條件較好，水力聯系密切，地下水與地表水具有同步漲落的特征，甚至地表水的微弱變化都能在地下水中反映出來，百年一遇的洪水對傍河地帶地下水水位有較大的影響。

3）地鐵工程的建設。蘭州地區地形南北高，中間低，地下水流向與地形基本一致，由南西向東北朝黃河方向徑流，而基本南北向展布的蘭州市軌道交通2號線的修建，將改變局部地段地下水的流向和水動力特征，集中表現在地鐵主體工程結構底板位于不透水地層時，對地下水有阻擋其徑流的作用，使地下水局部產生雍高，可通過地鐵含水層的三維滲流計算，了解蘭州地區不同時間和不同工況下潛水位的變化情況，驗證此次地鐵二號線抗浮防滲水位計算，建立數值模型來研究，選用先進、用戶界面友好的MODFLOW軟件預測水量變化，計算地下水局部雍高高度。

根據上述各區域水位動態特征，以長期觀測資料中歷史最高水位為基礎，結合工程重要性、地表水體、河流洪水位、人工開采、地下工程的建設等因素來預測場區遠期最高水位，作為蘭州市地鐵2號線一期工程的抗浮水位。

5 結論

1）建設工程抗浮防滲水位是一個非常復雜的問題，準確的評價的前提是建立大量的長期監測數據，收集歷史最高水位，通過對影響抗浮水位因素的分析，進行工程建設后的水位雍高預測，最終確定較為合理的抗浮防滲水位。

2）地鐵主題結構完成后，對基坑肥槽回填須用弱透水性材料回填密實，并按國家、地方規范的規定進行施工和質量檢驗，防止大氣降水直接入滲造成結構底板處局部壓力增大。

3）在地鐵線路工程沿線及周圍部署地下水動態監測點，進行地下水位動態監測，為施工期間和施工后有可能改變地下水位、流動方向及造成的水文地質問題做好必要的工作。