□文/朱亞坤

天津地鐵5號線基坑降水試驗分析

□文/朱亞坤

通過不同工況下的降水試驗，觀測水位降深、出水量的變化，得到試驗數據。根據與試驗場地相適應的水文地質條件，建立抽水試驗數值模型。通過抽水試驗實測數據曲線與數值模擬取得的數據曲線進行擬合，查明了第一承壓水的水文地質參數。將水文地質參數用于模型驗證，得到群井抽水條件下第一承壓水的降深云圖，可滿足最大開挖條件下的控制安全水位。

地鐵；基坑；降水

1　工程概況

天津地鐵5號線職業(yè)大學站主體結構為2層三跨矩形框架結構，采用明挖法施工，基坑圍護結構采用800 mm厚地下連續(xù)墻。車站標準段明挖基坑深度16.4 m，寬度20.5 m。

2　抽水試驗

根據降水設計方案，場地在圍護結構、樁、降水井成井施工完后進行抽水試驗。

2.1試驗目的

1）觀測第一承壓含水層的初始水位；核算基坑抗承壓水突涌穩(wěn)定性。

2）監(jiān)測基坑圍護內外地下水水力聯(lián)系。

3）結合數值計算，檢驗減壓降水效果。

4）檢驗設計方案的合理性，更好指導后期降水運行。

2.2試驗布置

本次試驗井完成情況見表1和圖1。

表1　降水井及觀測井參數統(tǒng)計

圖1　試驗井平面布置

3　降水試驗過程

1）第一階段：疏干井單井試驗。選取坑內降壓井Y9、Y10和疏干井J15～J17為試驗井。抽水試驗期間，J16的單井穩(wěn)定出水量約2.1 m3/h。試驗過程中觀測井內的水位降深統(tǒng)計見表2；抽水期間觀測井水位隨時間變化曲線見圖2。

表2　J16單井抽水11 h期間的觀測井內水位降深m

圖2　J15、17、Y9、1O號觀測井水位變化曲線

J16抽水11 h后，觀測井J15、J17、Y10水位下降幅度均＜0.5 m，水位基本穩(wěn)定；Y9水位下降0.67 m后趨于穩(wěn)定。

2）第二階段：疏干井群井試驗。開啟坑內8口疏干井，疏干井內下泵深度為17 m，待所有疏干井開啟后全部運行3 d（具體以水位穩(wěn)定的時間為準），保留1口水位觀測井不下泵抽水，同步觀測坑內靜水位和出水量等數據。選取坑內降水井及坑外所有觀測井為試驗井。井抽水3 d后，觀測井水位情況及變化曲線圖見表3-表4及圖3-圖4。

疏干井群井抽水3 d后，其坑內觀測井J16水位降深為7.30 m（標高-8.6 m）；根據圖3曲線變化趨勢可知，若繼續(xù)抽水，觀測井水位還會繼續(xù)下降。

表3　群井試驗坑內觀測井J16水位標高m

表4　群井試驗坑外觀測井水位埋深m

圖3　坑內觀測井J16水位變化曲線

圖4　坑外觀測井QG2～QG5、YG3水位變化曲線

在抽水試驗期間，基坑內靜止水位能夠控制在開挖面以下1 m左右，能夠滿足基坑開挖對水位的要求。基坑內抽水期間，坑外觀測井水位水位下降幅度均＜0.5 m，水位基本穩(wěn)定。說明基坑開挖面以上范圍內圍護封閉性較好，沒有明顯的滲漏點。

3）第三階段：降壓井單井試驗。擬建場區(qū)選取工程降壓井Y8～Y10共3口降壓井作為試驗井。抽水試驗期間，Y9的初期單井穩(wěn)定出水量約8.6 m3/h。試驗過程中觀測井內的水位降深見表5；抽水期間坑內觀測井水位隨時間變化曲線見圖5。

表5　Y9單井抽水期間的觀測井內水位降深m

圖5　Y9單井抽水試驗期間觀測井Y8、Y1O水位埋深與時間關系曲線

單井抽水8 h后，其相鄰同一承壓含水層觀測井Y8和Y10水位降深分別為1.67、4.20 m；根據圖5曲線變化趨勢可知，若繼續(xù)抽水，觀測井水位還會繼續(xù)下降。

4）第四階段：降壓井群井試驗。擬建場區(qū)選取工程降壓井Y7～Y12共6口降壓井作為試驗井。試驗過程中各觀測井內的水位降深統(tǒng)計見表6；坑內觀測井動態(tài)水位隨時間變化見圖6。

表6　群井抽水試驗期間備觀測井內的水位降深m

圖6　群井抽水試驗期間觀測井Y1O、YG-2的水位埋深與時間關系曲線

5口降壓井（編號Y7、Y8、Y9、Y11、Y12）抽水12 h后，其同一承壓含水層坑內觀測井Y10水位降深約為13.8 m（水位絕對標高-15.75 m），基本滿足最大開挖條件下的控制水位標高-12.75～-16.08 m的安全要求；根據圖6曲線變化趨勢可知，若繼續(xù)抽水，觀測井水位還會繼續(xù)下降。群井試驗期間，基坑外承壓水水位下降約2 m后保持穩(wěn)定，可以得知由于止水帷幕未隔斷第一承壓含水層，坑內降水對坑外環(huán)境具有一定的影響。

4　地下水三維滲流模型求解水文地質參數

4.1地下水三維滲流模型建立

用地下水滲流連續(xù)性方程及其定解條件來描述地下水的三維非穩(wěn)定滲流規(guī)律。根據與本場地相適應的水文地質條件，可建立下列與之相適應的地下水三維非穩(wěn)定滲流數學模型。

對整個滲流區(qū)進行離散后，采用有限差分法將上述數學模型進行離散，就可得到數值模型，模型計算平面區(qū)域見圖7。照計算的平面范圍、地層概化以及初始條件、邊界條件，同時考慮抽水井、觀測井以及在離散模型中的空間位置，對計算區(qū)域進行離散，建立三維計算數值模型。在網格剖分中，對計算區(qū)域進行了局部加密，離散后的水文地質模型見圖8。

圖7　模型平面計算苑圍

圖8　離散模型

4.2水文地質參數反演與校核

1）將Y9單井抽水得到的數據代入到建立的抽水試驗數值模型中，通過Y8和Y10在抽水試驗中實測觀測數據曲線與數值模擬取得的數據曲線進行擬合，見圖9和圖10。

圖9　單井試驗Y8水位觀測與計算擬合

圖1O　單井試驗Y1O水位觀測與計算擬合

由圖9和圖10可以看出，擬合效果較好。

2）將群井抽水試驗取得的數據代入到利用單井試驗調好的模型中，通過Y10抽水試驗實測數據曲線與數值模擬取得的數據曲線進行擬合，見圖11。

圖11　群井試驗B3水位觀測與計算擬合

由圖11可以看出，擬合效果較好。綜合看來，模型基本反映了場地的水文地質特征，可用于后期降水預測。

根據擬合好的模型計算可知整體基坑開啟11口降壓井，水位降深約為15.5 m，最大降深約為16.1 m，可滿足最大開挖條件下的控制安全水位。

5　結論

1）通過抽水試驗數據可以判斷，在目前工況下，基坑圍護內外地下水無明顯水力聯(lián)系，未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏點，圍護結構封閉性較好。

2）通過抽水試驗，查明了第一承壓水的地質參數。用模型擬合驗證，得到群井抽水條件下第一承壓水的降深云圖，可知開啟11口降壓井，水位降深約為15.5 m，最大降深約為16.1 m，可滿足最大開挖條件下的控制安全水位。

3）基坑開挖到臨界開挖深度前需減壓降水，降壓井開啟情況根據觀測水位、出水量及基坑實際情況適時調整。本基坑降壓井及觀測井水位埋深最淺2.5 m（標高-1.95 m），基坑開挖到絕對標高約為-9 m處需要考慮開啟減壓降水。

4）建議后期降水運行過程中，在滿足開挖需求的情況下，盡量防止過量抽取地下水，避免對周邊環(huán)境產生影響。降水期間需加大對坑外觀測井水位監(jiān)測。

［1］中國建筑工業(yè)出版社.建筑施工手冊［M］.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［2］薛禹群，朱學愚.地下水動力學［M］. 北京：地質出版社，1979.

TU46+3

C

1OO8-3197（2O16）O1-58-O4

2O15-12-1O

朱亞坤/男，1984年出生，工程師，碩士，天津市地下鐵道集團有限公司，從事工程技術營理工作。

□DOI編碼：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.O2O