七里沟地铁车站基坑地下水控制措施研究

贾 茁

（中铁十六局集团有限公司， 北京 100018）

0 引言

随着时代发展，国内深基坑工程深度及规模在不断增大，而降水工程对于深基坑的安全开挖具有非常重要的影响。在深基坑施工时，若采取的处理地下水方法不当，会导致基坑出现安全隐患，从而影响基坑的施工进度[1-5]。地下水带来的危害有地下水突涌、基坑支护体系失稳、地基承载力降低、地面沉降和周围建筑物倾斜开裂、基坑开裂、坍塌等现象[6]因此，在基坑开挖时，对基坑承压水减压降水分析和设计是必需的，车站建设更需要解决承压水疏降可行性问题。

本文根据水文地质抽水试验，将场区进行分区预测涌水量，设计合理的降水方案，并建立模型，拟合抽水试验成果，采用地下水分析软件Feflow模拟单井抽水试验及降水井降水效果，论证疏降水的可行性。

1 承压水控制措施

1.1 抽水试验内容

对场区的承压水选择合理的降水方案是控制地下水的重点也是难点，为给降水提供合理方案，对场区进行抽水试验，通过试验获得各水力参数。在场区进行岩石抽水试验时，岩石抽水观测孔中水位没有明显变化，故改用单孔的稳定流抽水试验。三组试验孔深均揭露到灰岩岩溶水，并进行了上部土层止水。本次实验场地上部土层分布有相对土隔水层，基岩溶蚀裂隙水为承压水，结合场地岩性特征可确定场地地下水为紊流影响下的承压井流，基岩含水层厚大于40 m，岩石抽水孔过滤器长为6 m，符合《水利水电工程钻孔抽水试验规程》附录B中吉林斯基的过滤器长小于0.3倍含水层厚度的承压水非完整孔公式[7]，计算公式如下：

式中K：渗透系数，m/d；R：影响半径（m）；Q：涌水量，m3/d；Sw：水位降深，m；lw：有效进水段长度，m，取6 m；rw：抽水孔半径，m，取0.0625；a：根据规范取值1.6；

① CS00孔单井抽水试验水文地质参数

CS00孔单井抽水试验计算结果如表1所示

表1各孔单井抽水试验计算参数

计算得到每个孔的渗透系数平均值分别为CS00=9.55 m/d，CS01= 16.39 m/d ，CS02=4.39 m/d，各孔单井抽水试验Q-Sw曲线图如图2所示

图2 各孔抽水试验Q-Sw曲线图

对三个Q-Sw曲线类型计算判断为抛物线曲线，可以得出各自的拟合方程，表示随着抽水试验的进行，从承压到无压的转变。当各孔降深为10 m时，根据计算各孔的涌水量可判断出三个孔所揭露的含水层均为为中等富水性。各孔数据如表2所示

表2 各孔涌水量计算

1.2 Feflow软件模拟

考虑上覆潜水层与承压水之间有深厚的隔水层，故本次模拟主要针对岩溶水，利用建立模型的手段，对抽水试验的过程进行模拟，以此来验证所得水文地质参数准确性，建模过程中将场区范围进行加密，模型采用定水头的边界条件，并按照抽水试验的渗透系数予以分区赋值，根据模拟抽水试验所得到的影响范围与模拟所得到的影响范围对比，来确定划分区域的准确性。

图3 CS00孔抽水试验降深模拟

图4 CS01孔抽水试验模拟

图5 CS02孔抽水试验模拟

如图3-5所示，模拟当三个井孔各自将承压水降到基坑开挖下1 m即降深12.4 m时，降水井周围的地下水降深和水头情况，当降深到设计开挖深度下1 m时，各孔分别产生了以孔为中心半径约为400 m，480m，300m圆形降水曲线漏斗。

抽水试验验证了基岩的承压含水层与上覆土体的潜水无水力联系，基坑整体为中等富水性，基坑的中部较车站其他区域具有渗透系数大、涌水量大的特点，基坑南侧次之，基坑北侧相对较小，岩溶裂隙水的透水性和富水性取决于基岩裂隙的发育程度和裂隙的充填情况，与岩溶裂隙分布图相吻合。

2 涌水量的计算

根据佛尔赫依麦尔在渗流槽的实验成果[8-9]，有效带厚度的取值与水位降深和抽水时滤水管有效进水长度有关，场区涌水量的预测采用“大井法”，即用一口井来等效的代替相同结构的井群，其抽水量为所有井的和，采用承压～潜水非完整井进行预测涌水量。

式中：

Q：水位降到设计深度时的涌水量（m3/d）；

K：渗透系数（m/d）；

H：静水位到承压含水层的距离（m）；

M：扎马林有效带含水层厚度（m）；

h1：基坑设计降深至承压含水层底面的距离（m）；

R：降水影响半径（m）；

r0：等效圆半径（m），η取值如表3；

L、B：基坑长、短边长度（m）；

表3 η取值范围

根据所获得三组不同水力参数将场区划分为不同的区域，划分区域如图所示。

图6 场区分区示意图

其中A区采用渗透系数为4.39 m/d，B区为16.39 m/d，C区为9.55 m/d，分区域计算的参数及其计算结果如表4所示。

表4 各区域计算结果

根据所划分的三个，对不同区域的疏降性进行评价，针对各区域的补给强度和岩溶水的疏降可行性进行合理的降水方案设计。

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

B区E为1.13，C区为1.92，E≤2，表明B、C区域的补给很强，属于难以疏降范围；A区为4.1，E＞4，表明A区补给较弱，易于疏降。

2.1 降水方案的选择

本次降水选择管井降水的方法，场区潜水层被止水帷幕隔断，通过计算总涌水量有7258 m3，承压含水层富水中等，涌水量为29443.4 m3/d，场区内渗透系数为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将有针对的进行布置。

表5 降水设计表

确定降水井位置后，需要知道按此降水方案进行降水是否可以将场区的承压水有效的降到基坑设计开挖下0.5 m ～ 1 m，故采用Feflow软件按照降水井布设位置、抽水量进行模拟，预测其降水效果是否满足降水设计要求。

图7 基坑降水模拟

模拟时采用定水头的边界条件，上覆土体视为隔水边界，降水井埋深至25 m，模拟当各降水时场区及周围的地下水情况，由图可知，采用此降水方案进行降水后，基坑降水最深至26.8 m，位于基坑中部，基坑边界处降深值最低在南北两侧为17.3 m ～ 18.6 m，基坑设计开挖深度为16.6 m，满足降水要求，故采用此降水方案可有效地降低地下水，保证基坑的顺利施工。七里沟车站原降水设计方案为降水井 28口，均布于基坑中部，相对于原基坑降水设计方案，本降水设计方案降水井数量为 24口且更具有针对性，尤其是降水井的布设，本章的降水井的布设是根据地下水的富集的区域进行局部加密降水井的数量，地下水不富集的地方适当减少降水井的布设，本降水设计比七里沟车站所采用的降水设计井口的布设更具有针对性，可有效的降水至设计降水深度，且井口数量减少4口，节省了成本。

3 结论

本文根据场区内的岩溶发育规律和分布情况初步将场区进行划分成三个区域，对各区域分开进行单井抽试验，通过对抽水试验的数据处理，得出不同的区域的渗透系数、影响半径等水文地质参数，主要结论有：区域整体呈中等富水性，各区域的涌水量分别为A区4324.24 m3/d，B区15821.94 m3/d，C区9297.22 m3/d，对各区域进行疏降可行性评价，B、C区域的补给很强，属于难以疏降； A区补给较弱，易于疏降。本文提出的降水设计更针对于车站所存在的岩溶水不均匀分布情况，较原设计方案降水井的数量减少4口，且根据地下水的赋存情况及水力参数更有针对的进行布设。