七里溝地鐵車站基坑地下水控制措施研究

賈 茁

（中鐵十六局集團有限公司， 北京 100018）

0 引言

隨著時代發展，國內深基坑工程深度及規模在不斷增大，而降水工程對于深基坑的安全開挖具有非常重要的影響。在深基坑施工時，若采取的處理地下水方法不當，會導致基坑出現安全隱患，從而影響基坑的施工進度[1-5]。地下水帶來的危害有地下水突涌、基坑支護體系失穩、地基承載力降低、地面沉降和周圍建筑物傾斜開裂、基坑開裂、坍塌等現象[6]因此，在基坑開挖時，對基坑承壓水減壓降水分析和設計是必需的，車站建設更需要解決承壓水疏降可行性問題。

本文根據水文地質抽水試驗，將場區進行分區預測涌水量，設計合理的降水方案，并建立模型，擬合抽水試驗成果，采用地下水分析軟件Feflow模擬單井抽水試驗及降水井降水效果，論證疏降水的可行性。

1 承壓水控制措施

1.1 抽水試驗內容

對場區的承壓水選擇合理的降水方案是控制地下水的重點也是難點，為給降水提供合理方案，對場區進行抽水試驗，通過試驗獲得各水力參數。在場區進行巖石抽水試驗時，巖石抽水觀測孔中水位沒有明顯變化，故改用單孔的穩定流抽水試驗。三組試驗孔深均揭露到灰巖巖溶水，并進行了上部土層止水。本次實驗場地上部土層分布有相對土隔水層，基巖溶蝕裂隙水為承壓水，結合場地巖性特征可確定場地地下水為紊流影響下的承壓井流，基巖含水層厚大于40 m，巖石抽水孔過濾器長為6 m，符合《水利水電工程鉆孔抽水試驗規程》附錄B中吉林斯基的過濾器長小于0.3倍含水層厚度的承壓水非完整孔公式[7]，計算公式如下：

式中K：滲透系數，m/d；R：影響半徑（m）；Q：涌水量，m3/d；Sw：水位降深，m；lw：有效進水段長度，m，取6 m；rw：抽水孔半徑，m，取0.0625；a：根據規范取值1.6；

① CS00孔單井抽水試驗水文地質參數

CS00孔單井抽水試驗計算結果如表1所示

表1各孔單井抽水試驗計算參數

計算得到每個孔的滲透系數平均值分別為CS00=9.55 m/d，CS01= 16.39 m/d ，CS02=4.39 m/d，各孔單井抽水試驗Q-Sw曲線圖如圖2所示

圖2 各孔抽水試驗Q-Sw曲線圖

對三個Q-Sw曲線類型計算判斷為拋物線曲線，可以得出各自的擬合方程，表示隨著抽水試驗的進行，從承壓到無壓的轉變。當各孔降深為10 m時，根據計算各孔的涌水量可判斷出三個孔所揭露的含水層均為為中等富水性。各孔數據如表2所示

表2 各孔涌水量計算

1.2 Feflow軟件模擬

考慮上覆潛水層與承壓水之間有深厚的隔水層，故本次模擬主要針對巖溶水，利用建立模型的手段，對抽水試驗的過程進行模擬，以此來驗證所得水文地質參數準確性，建模過程中將場區范圍進行加密，模型采用定水頭的邊界條件，并按照抽水試驗的滲透系數予以分區賦值，根據模擬抽水試驗所得到的影響范圍與模擬所得到的影響范圍對比，來確定劃分區域的準確性。

圖3 CS00孔抽水試驗降深模擬

圖4 CS01孔抽水試驗模擬

圖5 CS02孔抽水試驗模擬

如圖3-5所示，模擬當三個井孔各自將承壓水降到基坑開挖下1 m即降深12.4 m時，降水井周圍的地下水降深和水頭情況，當降深到設計開挖深度下1 m時，各孔分別產生了以孔為中心半徑約為400 m，480m，300m圓形降水曲線漏斗。

抽水試驗驗證了基巖的承壓含水層與上覆土體的潛水無水力聯系，基坑整體為中等富水性，基坑的中部較車站其他區域具有滲透系數大、涌水量大的特點，基坑南側次之，基坑北側相對較小，巖溶裂隙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，與巖溶裂隙分布圖相吻合。

2 涌水量的計算

根據佛爾赫依麥爾在滲流槽的實驗成果[8-9]，有效帶厚度的取值與水位降深和抽水時濾水管有效進水長度有關，場區涌水量的預測采用“大井法”，即用一口井來等效的代替相同結構的井群，其抽水量為所有井的和，采用承壓～潛水非完整井進行預測涌水量。

式中：

Q：水位降到設計深度時的涌水量（m3/d）；

K：滲透系數（m/d）；

H：靜水位到承壓含水層的距離（m）；

M：扎馬林有效帶含水層厚度（m）；

h1：基坑設計降深至承壓含水層底面的距離（m）；

R：降水影響半徑（m）；

r0：等效圓半徑（m），η取值如表3；

L、B：基坑長、短邊長度（m）；

表3 η取值范圍

根據所獲得三組不同水力參數將場區劃分為不同的區域，劃分區域如圖所示。

圖6 場區分區示意圖

其中A區采用滲透系數為4.39 m/d，B區為16.39 m/d，C區為9.55 m/d，分區域計算的參數及其計算結果如表4所示。

表4 各區域計算結果

根據所劃分的三個，對不同區域的疏降性進行評價，針對各區域的補給強度和巖溶水的疏降可行性進行合理的降水方案設計。

式中Q：疏降范圍的涌水量，m/m3·min-1；Sw：疏降范圍的水位降深值，m；

B區E為1.13，C區為1.92，E≤2，表明B、C區域的補給很強，屬于難以疏降范圍；A區為4.1，E＞4，表明A區補給較弱，易于疏降。

2.1 降水方案的選擇

本次降水選擇管井降水的方法，場區潛水層被止水帷幕隔斷，通過計算總涌水量有7258 m3，承壓含水層富水中等，涌水量為29443.4 m3/d，場區內滲透系數為4.39 m/d～16.49 m/d，降水深度12.4 m，故在基坑降水井布置是將有針對的進行布置。

表5 降水設計表

確定降水井位置后，需要知道按此降水方案進行降水是否可以將場區的承壓水有效的降到基坑設計開挖下0.5 m ～ 1 m，故采用Feflow軟件按照降水井布設位置、抽水量進行模擬，預測其降水效果是否滿足降水設計要求。

圖7 基坑降水模擬

模擬時采用定水頭的邊界條件，上覆土體視為隔水邊界，降水井埋深至25 m，模擬當各降水時場區及周圍的地下水情況，由圖可知，采用此降水方案進行降水后，基坑降水最深至26.8 m，位于基坑中部，基坑邊界處降深值最低在南北兩側為17.3 m ～ 18.6 m，基坑設計開挖深度為16.6 m，滿足降水要求，故采用此降水方案可有效地降低地下水，保證基坑的順利施工。七里溝車站原降水設計方案為降水井 28口，均布于基坑中部，相對于原基坑降水設計方案，本降水設計方案降水井數量為 24口且更具有針對性，尤其是降水井的布設，本章的降水井的布設是根據地下水的富集的區域進行局部加密降水井的數量，地下水不富集的地方適當減少降水井的布設，本降水設計比七里溝車站所采用的降水設計井口的布設更具有針對性，可有效的降水至設計降水深度，且井口數量減少4口，節省了成本。

3 結論

本文根據場區內的巖溶發育規律和分布情況初步將場區進行劃分成三個區域，對各區域分開進行單井抽試驗，通過對抽水試驗的數據處理，得出不同的區域的滲透系數、影響半徑等水文地質參數，主要結論有：區域整體呈中等富水性，各區域的涌水量分別為A區4324.24 m3/d，B區15821.94 m3/d，C區9297.22 m3/d，對各區域進行疏降可行性評價，B、C區域的補給很強，屬于難以疏降； A區補給較弱，易于疏降。本文提出的降水設計更針對于車站所存在的巖溶水不均勻分布情況，較原設計方案降水井的數量減少4口，且根據地下水的賦存情況及水力參數更有針對的進行布設。