天津地鐵5號線基坑降水試驗(yàn)分析

□文/朱亞坤

天津地鐵5號線基坑降水試驗(yàn)分析

□文/朱亞坤

通過不同工況下的降水試驗(yàn)，觀測水位降深、出水量的變化，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)與試驗(yàn)場地相適應(yīng)的水文地質(zhì)條件，建立抽水試驗(yàn)數(shù)值模型。通過抽水試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)曲線與數(shù)值模擬取得的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行擬合，查明了第一承壓水的水文地質(zhì)參數(shù)。將水文地質(zhì)參數(shù)用于模型驗(yàn)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(xué)站主體結(jié)構(gòu)為2層三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻。車站標(biāo)準(zhǔn)段明挖基坑深度16.4 m，寬度20.5 m。

2　抽水試驗(yàn)

根據(jù)降水設(shè)計(jì)方案，場地在圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁、降水井成井施工完后進(jìn)行抽水試驗(yàn)。

2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

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(hù)內(nèi)外地下水水力聯(lián)系。

3）結(jié)合數(shù)值計(jì)算，檢驗(yàn)減壓降水效果。

4）檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的合理性，更好指導(dǎo)后期降水運(yùn)行。

2.2試驗(yàn)布置

本次試驗(yàn)井完成情況見表1和圖1。

表1　降水井及觀測井參數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖1　試驗(yàn)井平面布置

3　降水試驗(yàn)過程

1）第一階段：疏干井單井試驗(yàn)。選取坑內(nèi)降壓井Y9、Y10和疏干井J15～J17為試驗(yàn)井。抽水試驗(yàn)期間，J16的單井穩(wěn)定出水量約2.1 m3/h。試驗(yàn)過程中觀測井內(nèi)的水位降深統(tǒng)計(jì)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(nèi)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(yàn)。開啟坑內(nèi)8口疏干井，疏干井內(nèi)下泵深度為17 m，待所有疏干井開啟后全部運(yùn)行3 d（具體以水位穩(wěn)定的時間為準(zhǔn)），保留1口水位觀測井不下泵抽水，同步觀測坑內(nèi)靜水位和出水量等數(shù)據(jù)。選取坑內(nèi)降水井及坑外所有觀測井為試驗(yàn)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(nèi)觀測井J16水位降深為7.30 m（標(biāo)高-8.6 m）；根據(jù)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(yàn)坑內(nèi)觀測井J16水位標(biāo)高m

表4　群井試驗(yàn)坑外觀測井水位埋深m

圖3　坑內(nèi)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(yàn)期間，基坑內(nèi)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?；觾?nèi)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(nèi)圍護(hù)封閉性較好，沒有明顯的滲漏點(diǎn)。

3）第三階段：降壓井單井試驗(yàn)。擬建場區(qū)選取工程降壓井Y8～Y10共3口降壓井作為試驗(yàn)井。抽水試驗(yàn)期間，Y9的初期單井穩(wěn)定出水量約8.6 m3/h。試驗(yàn)過程中觀測井內(nèi)的水位降深見表5；抽水期間坑內(nèi)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(nèi)水位降深m

圖5　Y9單井抽水試驗(yàn)期間觀測井Y8、Y1O水位埋深與時間關(guān)系曲線

單井抽水8 h后，其相鄰?fù)怀袎汉畬佑^測井Y8和Y10水位降深分別為1.67、4.20 m；根據(jù)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(yàn)。擬建場區(qū)選取工程降壓井Y7～Y12共6口降壓井作為試驗(yàn)井。試驗(yàn)過程中各觀測井內(nèi)的水位降深統(tǒng)計(jì)見表6；坑內(nèi)觀測井動態(tài)水位隨時間變化見圖6。

表6　群井抽水試驗(yàn)期間備觀測井內(nèi)的水位降深m

圖6　群井抽水試驗(yàn)期間觀測井Y1O、YG-2的水位埋深與時間關(guān)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(nèi)觀測井Y10水位降深約為13.8 m（水位絕對標(biāo)高-15.75 m），基本滿足最大開挖條件下的控制水位標(biāo)高-12.75～-16.08 m的安全要求；根據(jù)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(yàn)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(nèi)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(zhì)參數(shù)

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(jù)與本場地相適應(yīng)的水文地質(zhì)條件，可建立下列與之相適應(yīng)的地下水三維非穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型。

對整個滲流區(qū)進(jìn)行離散后，采用有限差分法將上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散，就可得到數(shù)值模型，模型計(jì)算平面區(qū)域見圖7。照計(jì)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(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散，建立三維計(jì)算數(shù)值模型。在網(wǎng)格剖分中，對計(jì)算區(qū)域進(jìn)行了局部加密，離散后的水文地質(zhì)模型見圖8。

圖7　模型平面計(jì)算苑圍

圖8　離散模型

4.2水文地質(zhì)參數(shù)反演與校核

1）將Y9單井抽水得到的數(shù)據(jù)代入到建立的抽水試驗(yàn)數(shù)值模型中，通過Y8和Y10在抽水試驗(yàn)中實(shí)測觀測數(shù)據(jù)曲線與數(shù)值模擬取得的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行擬合，見圖9和圖10。

圖9　單井試驗(yàn)Y8水位觀測與計(jì)算擬合

圖1O　單井試驗(yàn)Y1O水位觀測與計(jì)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(yàn)取得的數(shù)據(jù)代入到利用單井試驗(yàn)調(diào)好的模型中，通過Y10抽水試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)曲線與數(shù)值模擬取得的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行擬合，見圖11。

圖11　群井試驗(yàn)B3水位觀測與計(jì)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(zhì)特征，可用于后期降水預(yù)測。

根據(jù)擬合好的模型計(jì)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(jié)論

1）通過抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以判斷，在目前工況下，基坑圍護(hù)內(nèi)外地下水無明顯水力聯(lián)系，未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)封閉性較好。

2）通過抽水試驗(yàn)，查明了第一承壓水的地質(zhì)參數(shù)。用模型擬合驗(yàn)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(jù)觀測水位、出水量及基坑實(shí)際情況適時調(diào)整。本基坑降壓井及觀測井水位埋深最淺2.5 m（標(biāo)高-1.95 m），基坑開挖到絕對標(biāo)高約為-9 m處需要考慮開啟減壓降水。

4）建議后期降水運(yùn)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(chǎn)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(xué)愚.地下水動力學(xué)［M］. 北京：地質(zhì)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(tuán)有限公司，從事工程技術(shù)營理工作。

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