薛利民

（中鐵十八局集團有限公司天津國際工程分公司， 天津 300222）

近年來，我國城市軌道交通建設所引發(fā)的地鐵事故時有發(fā)生，其中，由于地下水問題引發(fā)的事故不在少數。由于城市軌道交通工程對結構穩(wěn)定性和使用功能具有高要求，在車站基坑工程的設計和施工時，必須將地下水的影響納入考慮范圍。因此，在城市軌道交通施工過程中，地下水的有效控制已成為基坑工程的重要課題。

1 工程概況

某城市軌道交通6號線文化中心站為地下車站，主體結構長約167.3 m，寬約24.7 m，圍護結構采用Φ850 mm泥土攪拌墻樁，局部落低處采用一隔一插H型鋼，沿基坑深度方向設置3道鋼支撐。

根據地下段結構設計，含水層水位在結構底板之上，如表1所示。在地鐵線路施工時，為確保施工安全與質量，須采取有效的地下水控制措施，將地下水水位降到結構底板之下。

表1 地下段結構設計和地下水位概況 m

2 抽水試驗方案

根據試驗目的、設計要求，結合場地水文地質條件，在深入分析各含水層的巖性、厚度、透水性等特性的基礎上，本試驗針對4個不同的含水層組進行4組多孔抽水試驗。

2.1 試驗平面布置

本次試驗根據場區(qū)內的水文地質條件、施工及設計要求，對4個含水層組分別進行抽水試驗，抽水試驗監(jiān)測孔、抽水孔布置如圖1所示（圖中P為監(jiān)測孔，W為抽水孔）。監(jiān)測孔布置時考慮后期降水工程的需要及避開場地內的工程樁位，P1-1和P1-2監(jiān)測孔設計距離為5 m，P2-1監(jiān)測孔設計距離為8.5 m，P2-2和P2-3監(jiān)測孔設計距離為17.2 m，P3-1監(jiān)測孔設計距離為8.5 m，P3-2和P3-3監(jiān)測孔設計距離為23.7 m，P4-1和P4-2監(jiān)測孔設計距離為22.5 m。W1、W2、W3和W4抽水孔設計距離分別為5.2 m、9.8 m、5.1 m和22.5 m。

2.2 試驗順序

4組多孔抽水試驗均按3個降深的穩(wěn)定流設計，并且分2個階段進行：第1階段，單孔抽水獲取水文地質參數，并根據設計要求將第3組試驗放在車站基坑范圍外距其他3組試驗較遠處進行，考慮到先進行第4組試驗時對其他3組試驗影響較小，因此第1階段試驗順序為第4組（W4）、第1組（W1）、第2組（W2）、第3組（W3）；第2階段，第2組（W2）、第3組（W3）同時進行抽水試驗。

3 數值模擬分析

3.1 數值模型

數值模型向四周延伸1 000 m，模擬區(qū)面積為2 000 m×2 000 m，抽水試驗場地中心300 m范圍網格按15 m×15 m的單元劃分，其他范圍按20 m×20 m的單元劃分，共劃分為115行、115列、7層，共13 225個單元，如圖2所示。

3.2 數值模型參數調整

通過反復調整數值模型參數，使實際值與計算值之間的誤差在誤差標準之內，從而確定數值模型中各含水層的參數值。P2-1和P3-1監(jiān)測孔基礎資料見表2。通過模型參數調整，模型計算的水頭曲線與實測的水頭曲線達到了較好的擬合，兩者的動態(tài)變化過程比較吻合，如圖3、圖4所示。經模型參數精度調整后，模型的擬合效果較好，能夠較準確地反映試驗場地地下水滲流狀況、水滲流場的實際變化規(guī)律，可用于試驗場地的降水效果預測。

3.3 降水效果預測

此次降水設計擬采用4眼減壓降水井，在基坑內分別沿主體圍護兩側各布置2眼減壓降水井。利用上述調整好的模型分別采用單井5 m3/ h、10 m3/ h、15 m3/ h、20 m3/ h潛水泵進行降水效果模擬預測，模擬結果如下。

（1）采用5 m3/ h潛水泵，基坑涌水量為每天480 m3，降水34天后坑內水位達到設計降深20.5 m，基坑內水位降深等值線如圖5所示。

（2）采用10 m3/ h潛水泵，基坑涌水量為每天960 m3，降水17天后坑內水位達到設計降深20.5 m，基坑內水位降深等值線如圖6所示。

（3）采用15 m3/ h潛水泵，基坑涌水量為每天1 440 m3，降水12天后坑內水位達到設計降深20.5 m，基坑內水位降深等值線如圖7所示。

（4）采用20 m3/ h潛水泵，基坑涌水量為每天1 920 m3，降水9天后坑內水位達到設計降深20.5 m，基坑內水位降深等值線如圖8所示。

可見，基坑內承壓水位降至設計水位降深后，基坑結構基本達到穩(wěn)定。另外，考慮降水過程中，降水的成本及施工進度要求，降水設計方案可在實際降水實施過程中適當調整。

4 地表沉降監(jiān)測分析

為研究現場抽水水試驗對表沉降的影響，布置了地表沉降監(jiān)測點，并分為6個階段進行地表沉降監(jiān)測，得到的監(jiān)測結果范圍如表3所示。從表3各階段的地表沉降值可以看出，地表沉降主要發(fā)生在第1組（W1）和第2組（W2）抽水期間，第2組（W2）以上地層主要為粉土和粉質黏土，降水深度大導致地層孔壓變化大，加之這2層水的水力聯(lián)系密切， 因此產生的地表沉降較大；第3組（W3）抽水時其降深相對較小且與上2層水的水力聯(lián)系不密切，因此沉地表降相對較小。

表3 地表沉降監(jiān)測結果 mm

5 結論

（1）通過水位動態(tài)曲線模擬與實測水位動態(tài)曲線的對比，得到了較為一致的水位動態(tài)變化曲線圖，這表明模擬結果可以用來研究水位動態(tài)變化。實際監(jiān)測與計算模擬得出的水頭梯度場對比曲線表明數值模擬結果可以用來預測水頭梯度場的變化。

（2）運用本次模擬結果，分別計算出使用不同抽水量潛水泵達到基坑內水位設計降深20.5 m所需的時間，這為潛水泵選擇提供了依據。

（3）地表沉降監(jiān)測分析表明，地表沉降主要發(fā)生在第1組、第2組抽水期間；第3組抽水時其降深相對較小且與上2層水的水力聯(lián)系不密切，因此沉降相對較小。