福州某地鐵車站地?zé)岱植继卣骷捌溆绊懛治?/h1>
2018-05-10 07:36:36李林峰
福建建筑 2018年4期
李林峰
(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)
0 引言
福州盆地位于閩東火山斷拗帶內(nèi)的次一級構(gòu)造單元福鼎-云霄斷陷帶和閩東南濱海斷隆帶上。福鼎-云霄斷陷帶是福建省最主要的火山噴發(fā)帶，主要由晚侏羅世-早白堊世中酸性火山巖組成，發(fā)育火山構(gòu)造，后期的巖漿侵入活動極為強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造亦十分發(fā)育。福州盆地四周環(huán)山，城區(qū)位于盆地中心沖積海積平原，平原上分布著諸多島狀花崗巖殘丘。區(qū)域內(nèi)地貌類型主要為山地地貌、丘陵地貌、堆積平原地貌及河谷地貌[1]。
福州地?zé)崽镂挥诒北蔽飨驍嗔?F21)的樹兜-王莊段，為隱伏斷裂構(gòu)造帶，該斷裂切割深度大，力學(xué)性質(zhì)上以張為主，呈張扭性特征，沿線斷裂分布區(qū)域揭示有眾多溫泉，為地?zé)岙惓?，即地?zé)崽铩５責(zé)崽镩L約5km，寬約2km，呈北北西向長條狀展布。擬建地鐵車站位于地?zé)崽锏闹心喜?。因此，該場地地?zé)嶝S富，對地鐵車站設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營影響較大，需對場地地?zé)岱植技捌錈嵩催M(jìn)行專項(xiàng)分析。
1 地質(zhì)環(huán)境特征
圖1 地鐵車站區(qū)域位置圖
地鐵車站位于福州市鼓樓區(qū)，為海陸交互相沖淤平原地貌單元，車站沿道路東西向設(shè)置，如圖1所示。地勢較平坦，場地現(xiàn)狀地面標(biāo)高為6.68m～8.59m。車站為地下二層島式車站，框架結(jié)構(gòu)。車站總長291.32m，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.1m，站臺寬度約為15m，車站主體標(biāo)準(zhǔn)段基礎(chǔ)底板埋深約17.20m，車站端頭井埋深約19.54m。
1.1 工程地質(zhì)特征
地表廣泛分布為雜填土，局部存在填塊石、填砂。填土厚度為2m～6m。填土顏色較雜，主要呈灰色、灰黃色、褐黃色，稍濕～濕，松散～中密，均勻性較差，主要為人工堆填的粘性土，夾雜有碎石、磚塊、砼塊等建筑垃圾，局部含少量粗中砂和淤泥，硬雜質(zhì)含量大于30%。強(qiáng)度較低、穩(wěn)定性差，工程地質(zhì)性能較差。
第四系底部局部發(fā)育有殘積黏性土，其下為基巖風(fēng)化帶。殘積土巖性以含砂黏性土為主，基巖風(fēng)化帶主要包括全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化。全～強(qiáng)風(fēng)化頂面埋深為20m～47m，巖性以花崗巖為主，巖石風(fēng)化劇烈，局部為侵入脈巖。中風(fēng)化和微風(fēng)化基巖頂面埋深為23m～50m，巖性以花崗巖為主，裂隙較發(fā)育，局部為侵入脈巖。不同巖性接觸帶裂隙發(fā)育，含水量較豐富。
1.2 地下水特征
地下水按賦存方式分為上層滯水、松散巖類孔隙水、殘積土及風(fēng)化巖層中的孔隙-裂隙水和基巖裂隙水4種類型[3]。
(1)上層滯水
第四系人工填土中的地下水主要為上層滯水，其透水性弱～中等，填土層由于物質(zhì)組成變化較大，滲透性變化大，均勻性差。上層滯水主要接受大氣降水及地表水補(bǔ)給，地下水的水位和水量隨季節(jié)變化較大，雨季上層滯水水量較豐富，枯季水量變小，水位變化幅度一般為1m～3m。
(2)松散巖類孔隙水
松散巖類孔隙水主要存在于砂、卵石層中，由于頂板淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土相對隔水層的存在，使該松散巖類孔隙水具有承壓性，為承壓水。承壓水分上下兩層，上層為含泥粗中砂，根據(jù)抽水試驗(yàn)測得滲透系數(shù)為14.94m/d，下層為含泥卵石，根據(jù)抽水試驗(yàn)測得滲透系數(shù)為19.63m/d，砂、卵石層透水性強(qiáng)，含水量豐富。該含水層與下部基巖存在直接水力聯(lián)系，同時(shí)接受相鄰含水層的側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水位隨季節(jié)變化較大，水位埋深較淺，為6.40m～9.40m之間，水位變幅一般為1m～3m。
(3)殘積土及風(fēng)化巖孔隙-裂隙水(承壓水)
殘積土、風(fēng)化巖層中的孔隙-裂隙水主要賦存于殘積土、全風(fēng)化巖及強(qiáng)風(fēng)化巖孔隙-裂隙中，為弱透水層，富水性較弱，水位埋深較淺。由于上覆淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土等相對隔水層的存在，地下水具有承壓性，為承壓水。該層地下水主要受大氣降水、地表水的下滲補(bǔ)給及相鄰含水層的側(cè)向逕流補(bǔ)給，并向相鄰含水層滲流排泄或蒸發(fā)排泄，地下水動態(tài)變化較大，水位季節(jié)變化較大，水位變幅一般為2m～5m。
(4)基巖裂隙水(承壓水)
基巖裂隙水主要賦存在斷裂破碎帶、脈巖帶及其不同巖性接觸帶中，呈帶狀分布，為承壓水。由于裂隙張開和密集程度、連通性及充填情況不均勻，具有各向異性，所以裂隙水的埋藏、分布及水動力特征非常不均勻，主要受巖性和地質(zhì)構(gòu)造控制，透水性及富水性一般較弱，裂隙發(fā)育處透水性及富水性較好。
2 測孔布設(shè)
車站主體結(jié)構(gòu)范圍沿東西軸向布置4排，每排2個(gè)地溫測試孔，同時(shí)，為進(jìn)一步測定地溫影響范圍，在西端區(qū)間位置布置2個(gè)地溫測試孔，共計(jì) 10個(gè)地溫測試孔，如圖2所示。測試孔內(nèi)埋置 Φ90mm 的 PVC 塑料管，并預(yù)先在塑料管壁四周打眼包網(wǎng)。地溫測試采用THT212便攜式智能數(shù)字測溫儀。地溫測試時(shí)，沿深度方向每米一個(gè)測點(diǎn)，連續(xù)測量15d。為減少晝夜溫度變化影響，每天固定在上午進(jìn)行測量。依據(jù)規(guī)范要求，測試孔深度布設(shè)在隧道上下一倍洞涇深度范圍，且不小于10m[4]。
圖2 地鐵車站地溫測試孔布置
3 地?zé)岱植继卣?/h2>
福州地?zé)崽锸鼙北蔽飨驑涠?王莊張扭性斷裂控制。 熱儲層為燕山晚期花崗巖類巖石。由于其上覆蓋為第四系的砂礫、卵石含水層，因此，福州地?zé)崽锟蓜澐譃閮煞N性質(zhì)不同的儲熱層：一類為基巖(花崗巖類)構(gòu)造脈狀裂隙熱水；另一類為第四系層狀孔隙熱水。車站埋設(shè)于第四系地層中，該站的熱水為典型的第四系層狀孔隙熱水。
3.1 孔內(nèi)地溫分布特征
對10個(gè)地溫測試孔孔內(nèi)地溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各測試孔溫度范圍、平均值、變化幅度及地?zé)豳Y源溫度分級如表1所示。
表1 各測試孔地溫分布特征表
通過對10個(gè)地溫測試孔孔內(nèi)溫度分布特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以下特征：
(1)MDZ3-31-30 、MDZ3-31-41、MDZ3-10-01 、MDZ3-10-05、MDZ3-10-09、MDZ3-10-16、 MDZ3-10-19共7個(gè)地溫測試孔孔內(nèi)地溫沿深度幅度增幅巨大，為16.03℃～29.42℃，地溫明顯高于周邊非溫泉區(qū)域，如圖3所示。參照《福州市軌道交通建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對溫泉影響評估報(bào)告書》，該地溫測試孔位于地?zé)崽镉绊憛^(qū)域，受地?zé)崽锏臒醾鲗?dǎo)作用和高溫?zé)崴苯友a(bǔ)給，同時(shí)由于上部相對隔水層的存在及側(cè)向冷水補(bǔ)給，表現(xiàn)為自下而上地溫快速遞減。
(2)MDZ2-A138 、MBKZ3-TT-22共2個(gè)地溫測試孔位于車站東側(cè)，地溫僅略高于周邊非溫泉區(qū)域的地溫值，為3.87～5.17℃，地溫增幅較小。說明該地溫勘察孔遠(yuǎn)離地?zé)崽?，位于地?zé)崽镉绊憛^(qū)域邊緣，受地?zé)崽锏臒醾鲗?dǎo)作用和高溫?zé)崴苯友a(bǔ)給影響減弱，結(jié)果與地?zé)崽镉绊憛^(qū)域分布相一致。
(3)根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GBT11615-2010)第 6.1.3 條規(guī)定，區(qū)間地?zé)岙惓？?MDZ3-31-30、MDZ3-31-41)和地鐵車站地?zé)岙惓？?MDZ3-10-01、MDZ3-10-05、MDZ3-10-09、MDZ3-10-16、MDZ3-10-19、MDZ3-10-24)在18.0m～41.0m深度范圍水溫屬于溫?zé)崴秶?，地鐵車站東端兩孔(MDZ2-A138、MDZ3-TT-22)水溫屬于溫水范圍，具體如表1所示[5]。
圖3 MDZ3-10-01孔15d溫度-深度曲線圖
3.2 車站地溫分布特征
根據(jù) MDZ3-31-30、MDZ3-31-41、MDZ3-10-01、MDZ3-10-05、MDZ3-10-09、MDZ3-10-16、MDZ3-10-19、MDZ3-10-24、MDZ2-A138、MDZ3-TT-22共10個(gè)孔的地溫測試結(jié)果，計(jì)算地溫沿深度變化的梯度參數(shù)。計(jì)算地溫梯度參數(shù)時(shí)，由于地表下約5m深度范圍受地表環(huán)境影響大，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除后。運(yùn)用最小二乘線性回歸法計(jì)算各孔的K、B值，計(jì)算結(jié)果如表2所示。其中K值表示深度每增加1m地溫增加值，B值反映了測點(diǎn)的背景溫度值。
表2 各孔地溫梯度參數(shù)K、B計(jì)算結(jié)果
圖4 18m深度處水平面等溫線分布圖
從各孔地溫梯度參數(shù)K、B計(jì)算結(jié)果可知，地鐵車站從西至東，K值大致依次減小，MDZ3-31-30、MDZ3-31-41、MDZ3-10-01、DZ3-10-05孔、MDZ3-10-16、DZ3-10-19孔K值較大；MDZ3-10-09、MDZ3-10-24孔K值略小，MDZ2-A138、MBKZ3-TT-22孔K值最?。煌茢嗟?zé)岬膫鬏敺较驗(yàn)樽晕飨驏|。
通過分析可以得出地鐵車站的地溫分布具有以下特征：
(1)地鐵車站西端為整個(gè)車站地溫最高區(qū)域，溫度最大值為55.69℃。選擇同一天測試數(shù)據(jù)，繪制鉆孔某一深度水平面等溫線分布圖，如圖4所示。推斷地下熱水來自地鐵車站西側(cè)的第四系層狀孔隙熱水和深層花崗巖類基巖構(gòu)造脈狀裂隙熱水，車站熱源位于地溫測試孔MDZ3-31-41～MDZ3-10-01所在范圍，地?zé)嶙韵露稀⒆晕魍鶘|傳導(dǎo)。該地下熱水流動特征與《福州市軌道交通建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對溫泉影響評估報(bào)告書》中闡述的福州地?zé)崽锏恼w熱水流動特征相符。
(2)車站中部至東端為地溫相對較低區(qū)域。從P1-P1′、P2-P2′剖面地溫等值線分布圖(圖5)分析得出，從西至東溫度呈遞減趨勢，P1-P1′剖面從52℃降至32℃；P2-P2′剖面從53℃降至31℃。分析得出，熱源來源于車站西側(cè)，由于西側(cè)地下熱源的傳導(dǎo)作用，地?zé)岷偷叵聼崴w上自西向東依次傳遞，在等值線圖中呈逐漸減弱狀態(tài)。
(3)車站范圍內(nèi)，在約5m深度以下(5m以上受地表溫度影響)地溫隨深度的增加而增加。這是由于地?zé)嵩次挥谲囌疚鞫?1m深度以下，地下熱水自下而上滲透，同時(shí)地下熱水的熱量散發(fā)(即熱傳導(dǎo))從下往上傳遞，導(dǎo)致車站范圍內(nèi)地溫自上而下呈梯度增加。
(4)不同深度范圍增溫幅度存在一定差異。這是由于車站地下34m～46m深度范圍存在砂、卵石層，為較好的熱儲層，屬第四系層狀孔隙熱水層。砂、卵石層在水平向、垂直向變化大，均勻性差，對熱水的儲存影響大。
圖5 P2-P2’剖面等溫分布圖
4 地?zé)釋Φ罔F建設(shè)、運(yùn)營的影響分析
地鐵車站的地溫分布在25.78℃～55.69℃，相對于非溫泉區(qū)域的地溫普遍高約3.87℃～29.42℃。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2013)關(guān)于通風(fēng)、空調(diào)與供暖的相關(guān)規(guī)定，車站站廳內(nèi)的夏季計(jì)算溫度為29℃～30℃[6]。地鐵車站東端地溫為26.20℃～55.69℃，高于規(guī)定溫度范圍，設(shè)計(jì)單位應(yīng)選擇適宜的通風(fēng)設(shè)備，并考慮因地溫引起的各類通風(fēng)設(shè)備的能耗和磨損增加。必要時(shí)，可考慮設(shè)置隔熱層，將車站外的溫泉熱源與車站內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行隔離。
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50476-2008)分析，地鐵車站地溫對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的凝固、耐久性影響較小[7]。
在地鐵車站或區(qū)間施工中，若采用凍結(jié)法施工，地溫將影響凍結(jié)法的凍結(jié)效果，建議在凍結(jié)法實(shí)施過程中采用動態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)地溫選用合適的冷凍管布置和凍結(jié)泵功率。
5 結(jié)論
(1)該地鐵車站位于北北西向樹兜-王莊張扭性斷裂(F21)東側(cè)溫泉帶范圍內(nèi)地?zé)崽?。地鐵車站范圍地下熱水來自車站西側(cè)的第四系層狀孔隙熱水和深層花崗巖類基巖構(gòu)造脈狀裂隙熱水，地?zé)嶙韵露?、自西向東傳導(dǎo)。車站西端為測試范圍內(nèi)地溫最高區(qū)域，車站東端為地溫較低區(qū)域。
(2)地鐵車站影響深度范圍內(nèi)的儲熱層主要為砂、卵石層，為典型的第四系層狀孔隙熱水儲熱層，根據(jù)地溫測試結(jié)果，車站地溫在 25.78℃～55.69℃范圍，相對于非溫泉區(qū)域的地溫高3.87℃～29.42℃。
(3)車站范圍內(nèi)，在約5m深度以下(5m以上受地表溫度影響大)地溫隨深度的增加而增加。這是由于地?zé)嵩次挥谲囌痉秶韵?，地下熱水自下而上滲透，同時(shí)地下熱水的熱量散發(fā)(即熱傳導(dǎo))自下而上傳遞，導(dǎo)致車站范圍內(nèi)地溫自上而下呈梯度增加。
(4)地鐵車站地溫對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的凝固、耐久性影響較小，但對運(yùn)營期間環(huán)境影響大。地鐵車站最高溫度為55.69℃，明顯高于規(guī)范規(guī)定的溫度范圍(29℃～30℃)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適宜的通風(fēng)設(shè)備，并考慮因地溫引起的各類通風(fēng)設(shè)備的能耗和磨損增加，必要時(shí)，可考慮設(shè)置隔熱層，將車站外的溫泉熱源與車站內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行隔離。
(5)在地鐵車站或區(qū)間施工中，若采用凍結(jié)法施工，地溫將影響凍結(jié)法的凍結(jié)效果，因此，在凍結(jié)法實(shí)施過程中應(yīng)采用動態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)地溫選用合適的冷凍管布置和凍結(jié)泵功率。
參考文獻(xiàn)
[1] 簡文彬，李潤.福州軌道交通建設(shè)中的巖土工程問題[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010(5)：1004-9665.
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[3] 鄭志強(qiáng). 福州地鐵規(guī)劃建設(shè)中的水文地質(zhì)環(huán)境問題分析[J].綠色科技，2013(11)：153-157.
[4] GB 50307-2012城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2012.
[5] GBT11615-2010地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.
[6] GB50157-2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.
[7] GB 50476-2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.
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1 地質(zhì)環(huán)境特征
圖1 地鐵車站區(qū)域位置圖
地鐵車站位于福州市鼓樓區(qū)，為海陸交互相沖淤平原地貌單元，車站沿道路東西向設(shè)置，如圖1所示。地勢較平坦，場地現(xiàn)狀地面標(biāo)高為6.68m～8.59m。車站為地下二層島式車站，框架結(jié)構(gòu)。車站總長291.32m，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.1m，站臺寬度約為15m，車站主體標(biāo)準(zhǔn)段基礎(chǔ)底板埋深約17.20m，車站端頭井埋深約19.54m。
1.1 工程地質(zhì)特征
地表廣泛分布為雜填土，局部存在填塊石、填砂。填土厚度為2m～6m。填土顏色較雜，主要呈灰色、灰黃色、褐黃色，稍濕～濕，松散～中密，均勻性較差，主要為人工堆填的粘性土，夾雜有碎石、磚塊、砼塊等建筑垃圾，局部含少量粗中砂和淤泥，硬雜質(zhì)含量大于30%。強(qiáng)度較低、穩(wěn)定性差，工程地質(zhì)性能較差。
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1.2 地下水特征
地下水按賦存方式分為上層滯水、松散巖類孔隙水、殘積土及風(fēng)化巖層中的孔隙-裂隙水和基巖裂隙水4種類型[3]。
(1)上層滯水
第四系人工填土中的地下水主要為上層滯水，其透水性弱～中等，填土層由于物質(zhì)組成變化較大，滲透性變化大，均勻性差。上層滯水主要接受大氣降水及地表水補(bǔ)給，地下水的水位和水量隨季節(jié)變化較大，雨季上層滯水水量較豐富，枯季水量變小，水位變化幅度一般為1m～3m。
(2)松散巖類孔隙水
松散巖類孔隙水主要存在于砂、卵石層中，由于頂板淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土相對隔水層的存在，使該松散巖類孔隙水具有承壓性，為承壓水。承壓水分上下兩層，上層為含泥粗中砂，根據(jù)抽水試驗(yàn)測得滲透系數(shù)為14.94m/d，下層為含泥卵石，根據(jù)抽水試驗(yàn)測得滲透系數(shù)為19.63m/d，砂、卵石層透水性強(qiáng)，含水量豐富。該含水層與下部基巖存在直接水力聯(lián)系，同時(shí)接受相鄰含水層的側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水位隨季節(jié)變化較大，水位埋深較淺，為6.40m～9.40m之間，水位變幅一般為1m～3m。
(3)殘積土及風(fēng)化巖孔隙-裂隙水(承壓水)
殘積土、風(fēng)化巖層中的孔隙-裂隙水主要賦存于殘積土、全風(fēng)化巖及強(qiáng)風(fēng)化巖孔隙-裂隙中，為弱透水層，富水性較弱，水位埋深較淺。由于上覆淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土等相對隔水層的存在，地下水具有承壓性，為承壓水。該層地下水主要受大氣降水、地表水的下滲補(bǔ)給及相鄰含水層的側(cè)向逕流補(bǔ)給，并向相鄰含水層滲流排泄或蒸發(fā)排泄，地下水動態(tài)變化較大，水位季節(jié)變化較大，水位變幅一般為2m～5m。
(4)基巖裂隙水(承壓水)
基巖裂隙水主要賦存在斷裂破碎帶、脈巖帶及其不同巖性接觸帶中，呈帶狀分布，為承壓水。由于裂隙張開和密集程度、連通性及充填情況不均勻，具有各向異性，所以裂隙水的埋藏、分布及水動力特征非常不均勻，主要受巖性和地質(zhì)構(gòu)造控制，透水性及富水性一般較弱，裂隙發(fā)育處透水性及富水性較好。
2 測孔布設(shè)
車站主體結(jié)構(gòu)范圍沿東西軸向布置4排，每排2個(gè)地溫測試孔，同時(shí)，為進(jìn)一步測定地溫影響范圍，在西端區(qū)間位置布置2個(gè)地溫測試孔，共計(jì) 10個(gè)地溫測試孔，如圖2所示。測試孔內(nèi)埋置 Φ90mm 的 PVC 塑料管，并預(yù)先在塑料管壁四周打眼包網(wǎng)。地溫測試采用THT212便攜式智能數(shù)字測溫儀。地溫測試時(shí)，沿深度方向每米一個(gè)測點(diǎn)，連續(xù)測量15d。為減少晝夜溫度變化影響，每天固定在上午進(jìn)行測量。依據(jù)規(guī)范要求，測試孔深度布設(shè)在隧道上下一倍洞涇深度范圍，且不小于10m[4]。
圖2 地鐵車站地溫測試孔布置
3 地?zé)岱植继卣?/h2>
福州地?zé)崽锸鼙北蔽飨驑涠?王莊張扭性斷裂控制。 熱儲層為燕山晚期花崗巖類巖石。由于其上覆蓋為第四系的砂礫、卵石含水層，因此，福州地?zé)崽锟蓜澐譃閮煞N性質(zhì)不同的儲熱層：一類為基巖(花崗巖類)構(gòu)造脈狀裂隙熱水；另一類為第四系層狀孔隙熱水。車站埋設(shè)于第四系地層中，該站的熱水為典型的第四系層狀孔隙熱水。
3.1 孔內(nèi)地溫分布特征
對10個(gè)地溫測試孔孔內(nèi)地溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各測試孔溫度范圍、平均值、變化幅度及地?zé)豳Y源溫度分級如表1所示。
表1 各測試孔地溫分布特征表
通過對10個(gè)地溫測試孔孔內(nèi)溫度分布特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以下特征：
(1)MDZ3-31-30 、MDZ3-31-41、MDZ3-10-01 、MDZ3-10-05、MDZ3-10-09、MDZ3-10-16、 MDZ3-10-19共7個(gè)地溫測試孔孔內(nèi)地溫沿深度幅度增幅巨大，為16.03℃～29.42℃，地溫明顯高于周邊非溫泉區(qū)域，如圖3所示。參照《福州市軌道交通建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對溫泉影響評估報(bào)告書》，該地溫測試孔位于地?zé)崽镉绊憛^(qū)域，受地?zé)崽锏臒醾鲗?dǎo)作用和高溫?zé)崴苯友a(bǔ)給，同時(shí)由于上部相對隔水層的存在及側(cè)向冷水補(bǔ)給，表現(xiàn)為自下而上地溫快速遞減。
(2)MDZ2-A138 、MBKZ3-TT-22共2個(gè)地溫測試孔位于車站東側(cè)，地溫僅略高于周邊非溫泉區(qū)域的地溫值，為3.87～5.17℃，地溫增幅較小。說明該地溫勘察孔遠(yuǎn)離地?zé)崽?，位于地?zé)崽镉绊憛^(qū)域邊緣，受地?zé)崽锏臒醾鲗?dǎo)作用和高溫?zé)崴苯友a(bǔ)給影響減弱，結(jié)果與地?zé)崽镉绊憛^(qū)域分布相一致。
(3)根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GBT11615-2010)第 6.1.3 條規(guī)定，區(qū)間地?zé)岙惓？?MDZ3-31-30、MDZ3-31-41)和地鐵車站地?zé)岙惓？?MDZ3-10-01、MDZ3-10-05、MDZ3-10-09、MDZ3-10-16、MDZ3-10-19、MDZ3-10-24)在18.0m～41.0m深度范圍水溫屬于溫?zé)崴秶?，地鐵車站東端兩孔(MDZ2-A138、MDZ3-TT-22)水溫屬于溫水范圍，具體如表1所示[5]。
圖3 MDZ3-10-01孔15d溫度-深度曲線圖
3.2 車站地溫分布特征
根據(jù) MDZ3-31-30、MDZ3-31-41、MDZ3-10-01、MDZ3-10-05、MDZ3-10-09、MDZ3-10-16、MDZ3-10-19、MDZ3-10-24、MDZ2-A138、MDZ3-TT-22共10個(gè)孔的地溫測試結(jié)果，計(jì)算地溫沿深度變化的梯度參數(shù)。計(jì)算地溫梯度參數(shù)時(shí)，由于地表下約5m深度范圍受地表環(huán)境影響大，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除后。運(yùn)用最小二乘線性回歸法計(jì)算各孔的K、B值，計(jì)算結(jié)果如表2所示。其中K值表示深度每增加1m地溫增加值，B值反映了測點(diǎn)的背景溫度值。
表2 各孔地溫梯度參數(shù)K、B計(jì)算結(jié)果
圖4 18m深度處水平面等溫線分布圖
從各孔地溫梯度參數(shù)K、B計(jì)算結(jié)果可知，地鐵車站從西至東，K值大致依次減小，MDZ3-31-30、MDZ3-31-41、MDZ3-10-01、DZ3-10-05孔、MDZ3-10-16、DZ3-10-19孔K值較大；MDZ3-10-09、MDZ3-10-24孔K值略小，MDZ2-A138、MBKZ3-TT-22孔K值最?。煌茢嗟?zé)岬膫鬏敺较驗(yàn)樽晕飨驏|。
通過分析可以得出地鐵車站的地溫分布具有以下特征：
(1)地鐵車站西端為整個(gè)車站地溫最高區(qū)域，溫度最大值為55.69℃。選擇同一天測試數(shù)據(jù)，繪制鉆孔某一深度水平面等溫線分布圖，如圖4所示。推斷地下熱水來自地鐵車站西側(cè)的第四系層狀孔隙熱水和深層花崗巖類基巖構(gòu)造脈狀裂隙熱水，車站熱源位于地溫測試孔MDZ3-31-41～MDZ3-10-01所在范圍，地?zé)嶙韵露稀⒆晕魍鶘|傳導(dǎo)。該地下熱水流動特征與《福州市軌道交通建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對溫泉影響評估報(bào)告書》中闡述的福州地?zé)崽锏恼w熱水流動特征相符。
(2)車站中部至東端為地溫相對較低區(qū)域。從P1-P1′、P2-P2′剖面地溫等值線分布圖(圖5)分析得出，從西至東溫度呈遞減趨勢，P1-P1′剖面從52℃降至32℃；P2-P2′剖面從53℃降至31℃。分析得出，熱源來源于車站西側(cè)，由于西側(cè)地下熱源的傳導(dǎo)作用，地?zé)岷偷叵聼崴w上自西向東依次傳遞，在等值線圖中呈逐漸減弱狀態(tài)。
(3)車站范圍內(nèi)，在約5m深度以下(5m以上受地表溫度影響)地溫隨深度的增加而增加。這是由于地?zé)嵩次挥谲囌疚鞫?1m深度以下，地下熱水自下而上滲透，同時(shí)地下熱水的熱量散發(fā)(即熱傳導(dǎo))從下往上傳遞，導(dǎo)致車站范圍內(nèi)地溫自上而下呈梯度增加。
(4)不同深度范圍增溫幅度存在一定差異。這是由于車站地下34m～46m深度范圍存在砂、卵石層，為較好的熱儲層，屬第四系層狀孔隙熱水層。砂、卵石層在水平向、垂直向變化大，均勻性差，對熱水的儲存影響大。
圖5 P2-P2’剖面等溫分布圖
4 地?zé)釋Φ罔F建設(shè)、運(yùn)營的影響分析
地鐵車站的地溫分布在25.78℃～55.69℃，相對于非溫泉區(qū)域的地溫普遍高約3.87℃～29.42℃。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2013)關(guān)于通風(fēng)、空調(diào)與供暖的相關(guān)規(guī)定，車站站廳內(nèi)的夏季計(jì)算溫度為29℃～30℃[6]。地鐵車站東端地溫為26.20℃～55.69℃，高于規(guī)定溫度范圍，設(shè)計(jì)單位應(yīng)選擇適宜的通風(fēng)設(shè)備，并考慮因地溫引起的各類通風(fēng)設(shè)備的能耗和磨損增加。必要時(shí)，可考慮設(shè)置隔熱層，將車站外的溫泉熱源與車站內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行隔離。
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50476-2008)分析，地鐵車站地溫對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的凝固、耐久性影響較小[7]。
在地鐵車站或區(qū)間施工中，若采用凍結(jié)法施工，地溫將影響凍結(jié)法的凍結(jié)效果，建議在凍結(jié)法實(shí)施過程中采用動態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)地溫選用合適的冷凍管布置和凍結(jié)泵功率。
5 結(jié)論
(1)該地鐵車站位于北北西向樹兜-王莊張扭性斷裂(F21)東側(cè)溫泉帶范圍內(nèi)地?zé)崽?。地鐵車站范圍地下熱水來自車站西側(cè)的第四系層狀孔隙熱水和深層花崗巖類基巖構(gòu)造脈狀裂隙熱水，地?zé)嶙韵露?、自西向東傳導(dǎo)。車站西端為測試范圍內(nèi)地溫最高區(qū)域，車站東端為地溫較低區(qū)域。
(2)地鐵車站影響深度范圍內(nèi)的儲熱層主要為砂、卵石層，為典型的第四系層狀孔隙熱水儲熱層，根據(jù)地溫測試結(jié)果，車站地溫在 25.78℃～55.69℃范圍，相對于非溫泉區(qū)域的地溫高3.87℃～29.42℃。
(3)車站范圍內(nèi)，在約5m深度以下(5m以上受地表溫度影響大)地溫隨深度的增加而增加。這是由于地?zé)嵩次挥谲囌痉秶韵?，地下熱水自下而上滲透，同時(shí)地下熱水的熱量散發(fā)(即熱傳導(dǎo))自下而上傳遞，導(dǎo)致車站范圍內(nèi)地溫自上而下呈梯度增加。
(4)地鐵車站地溫對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的凝固、耐久性影響較小，但對運(yùn)營期間環(huán)境影響大。地鐵車站最高溫度為55.69℃，明顯高于規(guī)范規(guī)定的溫度范圍(29℃～30℃)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適宜的通風(fēng)設(shè)備，并考慮因地溫引起的各類通風(fēng)設(shè)備的能耗和磨損增加，必要時(shí)，可考慮設(shè)置隔熱層，將車站外的溫泉熱源與車站內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行隔離。
(5)在地鐵車站或區(qū)間施工中，若采用凍結(jié)法施工，地溫將影響凍結(jié)法的凍結(jié)效果，因此，在凍結(jié)法實(shí)施過程中應(yīng)采用動態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)地溫選用合適的冷凍管布置和凍結(jié)泵功率。
參考文獻(xiàn)
[1] 簡文彬，李潤.福州軌道交通建設(shè)中的巖土工程問題[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010(5)：1004-9665.
[2] GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.
[3] 鄭志強(qiáng). 福州地鐵規(guī)劃建設(shè)中的水文地質(zhì)環(huán)境問題分析[J].綠色科技，2013(11)：153-157.
[4] GB 50307-2012城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2012.
[5] GBT11615-2010地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.
[6] GB50157-2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.
[7] GB 50476-2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.
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