沈 露， 張 俊， 吳 蓉， 羅 夢

(河海大學文天學院，安徽 馬鞍山 243031)

0 引 言

地鐵隧道開挖，車站、風井的修建以及其他設(shè)施的修建過程中都難免會遇到多層的、不同類型的地下水。地下承壓水問題較復(fù)雜，需要引起足夠的重視，如處理不好將會造成較大的工程隱患。當基坑底下存在承壓水時，隔水頂板隨著基坑深度的增加而減小，當隔水頂板的厚度減小至一定值時，其承壓水所產(chǎn)生的水壓力大于土體的自重力，便會沖破基坑底板的不透水層，產(chǎn)生突涌。

深基坑降水采用的是懸掛式止水帷幕加深井降水方案[1]，懸掛式帷幕對降水的影響需要結(jié)合三維滲流理論來解決問題，利用GMS軟件中的MODFLOW模塊進行數(shù)值模擬，經(jīng)過多次試算得出合理的降水方案——懸掛式止水帷幕和深井降水結(jié)合。，與實際工程降水情況相吻合，可以滿足基坑開挖的要求。

1 工程概況

杭州地鐵1號線江陵路站臨近錢塘江，深基坑開挖時由于該地區(qū)水文環(huán)境復(fù)雜，承壓水埋深較淺，隨著基坑開挖深度的逐步加大，承壓水頂板的隔水層變薄，此種情況極易造成突涌風險。若不及時采取合理的降水方案，將對工程順利施工產(chǎn)生重大影響。

由于研究區(qū)域施工隧洞在江南及江北風井處需要穿越砂性地層，而該土層具有較強的透水性能，且本地區(qū)地下水和錢塘江水系水力聯(lián)系較大，加上承壓水水頭較高，這些因素無疑會加大盾構(gòu)進洞地基加固的施工難度，在盾構(gòu)進洞施工過程中，流砂和涌水的可能性陡增。

圖1 模型三維剖分網(wǎng)格圖

2 基坑降水數(shù)值模擬

2.1 三維滲流數(shù)學模型

結(jié)合研究區(qū)情況，連續(xù)墻穿過潛水層以及承壓水隔水頂板進入承壓水層[2]，但未到達隔水底板。連續(xù)墻把基坑內(nèi)外承壓水部分隔絕，基坑內(nèi)部井點降低底部承壓水水頭，在降水過程中，地下水呈三維流態(tài)。屬于吳林高等學者提出的第三類基坑降水墻-井作用模式，如圖1所示，需要利用三維滲流來解決問題。

圖2 承壓水位降低后的效果圖

減壓降水分析由三維滲流理論，借助數(shù)值模擬軟件GMS中的MODFLOW模塊，結(jié)合實際工程情況提出減壓降水布井方案。

地下水三維滲流數(shù)學模型如下：

(1)

式中：，Kxx，Kvv,Kzz為沿x，y，z各方向的滲透系數(shù)；W為單位體積流量；h為各時刻的水頭值；Ss儲水率；Γ1為第一類邊界條件，Γ2為第二類邊界條件，Ω為第三類邊界條件；h0(x,y,z)為初始水位；nx，nv，nz為邊界Γ2的外法線沿x，y，z軸方向單位矢量；q為Γ2上單位面積側(cè)向補給量。

2.2 三維滲流數(shù)值分析

模型的概化如下：關(guān)于邊界條件，上邊界為素填土底部作為弱透水層邊界，下邊界為全風化泥質(zhì)粉砂巖頂部作為隔水邊界，且將四周的邊界設(shè)置為定水頭邊界。由定水頭邊界應(yīng)遠離抽水井影響半徑邊界為原則，勘察報告中抽水試驗的影響半徑為239m，故模型邊界為基坑各邊界向外延伸400m，即平面尺寸為，經(jīng)過多次模擬試算該尺寸滿足計算要求。每層網(wǎng)格剖分個網(wǎng)格單元，縱向共分為五層，如圖1所示。各層的滲透系數(shù)由實際地層并結(jié)合多次試算所得，如表1所示。

表1 模型各層對應(yīng)滲透系數(shù)

通過數(shù)值模擬多次試算，當布置4口降壓井按每天抽水2500來考慮[3]，每口井深均為52m進入圓礫層中，并且濾水管設(shè)置為6m。通過最終的模擬結(jié)果可得承壓水可以滿足降低13m的要求。如圖2為承壓水降低后的效果圖，說明此降水降壓方法可行。

江南風井(深基坑)的承壓水降水方法是：懸掛式帷幕加深井降水，利用了三維滲流理論，并結(jié)合數(shù)值模擬軟件GMS中的MODEFLOW模塊，提出了基坑的降水降壓方案，在實際施工中按照此方案達到了理想的降水效果[4]，降低承壓水頭17.82m(設(shè)計要求降深13m)保證了基坑開挖的安全。

3 結(jié) 論

考慮到降低承壓水的降水難度及對環(huán)境的影響程度，江南風井可采用落入基巖的地下連續(xù)墻對坑壁進行支護止水或采用懸掛式地下連續(xù)墻，并輔以降水井進行基坑施工。后者的降水理論為三維滲流理論，按照達西定律增加路徑及減小過水斷面積[5]，在其他條件一定的情況下可以減小水量，即相同的降深可采用更少的井。前者的止水效果相對較好，但是要穿過15m厚的圓礫層，施工造價較高；后者施工難度稍小，成本相對低，止水效果略差于前者。綜合考慮各方面因素，確定江南風井的降水方法為：懸掛式止水帷幕和深井降水結(jié)合。

[1] 丁春林. 軟土地區(qū)承壓水基坑突涌穩(wěn)定計算法研究綜述[J].地下空間與工程學報,2007,(2):147-152.

[2] 王建秀,郭太平,吳林高,等.深基坑降水中墻井作用機理及工程應(yīng)用[J].地下空間與工程學報,2010,(3): 130-136.

[3] 成都勘測設(shè)計研究院.水電水利工程鉆孔抽水試驗規(guī)程[S].2005.

[4] 李培妍,宋福貴,宮全美,等.高承壓水條件下地鐵深基坑減壓降水研究[J].華東交通大學學報,2012,(4): 44-49.

[5] 吳林高,姚迎.粘彈性越流含水層組三維滲流模型的數(shù)值解[J].同濟大學學報(自然科學版),1995,(1):1-7.