天津地铁5号线基坑降水试验分析

□文/朱亚坤

天津地铁5号线基坑降水试验分析

□文/朱亚坤

通过不同工况下的降水试验，观测水位降深、出水量的变化，得到试验数据。根据与试验场地相适应的水文地质条件，建立抽水试验数值模型。通过抽水试验实测数据曲线与数值模拟取得的数据曲线进行拟合，查明了第一承压水的水文地质参数。将水文地质参数用于模型验证，得到群井抽水条件下第一承压水的降深云图，可满足最大开挖条件下的控制安全水位。

地铁；基坑；降水

1　工程概况

天津地铁5号线职业大学站主体结构为2层三跨矩形框架结构，采用明挖法施工，基坑围护结构采用800 mm厚地下连续墙。车站标准段明挖基坑深度16.4 m，宽度20.5 m。

2　抽水试验

根据降水设计方案，场地在围护结构、桩、降水井成井施工完后进行抽水试验。

2.1试验目的

1）观测第一承压含水层的初始水位；核算基坑抗承压水突涌稳定性。

2）监测基坑围护内外地下水水力联系。

3）结合数值计算，检验减压降水效果。

4）检验设计方案的合理性，更好指导后期降水运行。

2.2试验布置

本次试验井完成情况见表1和图1。

表1　降水井及观测井参数统计

图1　试验井平面布置

3　降水试验过程

1）第一阶段：疏干井单井试验。选取坑内降压井Y9、Y10和疏干井J15～J17为试验井。抽水试验期间，J16的单井稳定出水量约2.1 m3/h。试验过程中观测井内的水位降深统计见表2；抽水期间观测井水位随时间变化曲线见图2。

表2　J16单井抽水11 h期间的观测井内水位降深m

图2　J15、17、Y9、1O号观测井水位变化曲线

J16抽水11 h后，观测井J15、J17、Y10水位下降幅度均＜0.5 m，水位基本稳定；Y9水位下降0.67 m后趋于稳定。

2）第二阶段：疏干井群井试验。开启坑内8口疏干井，疏干井内下泵深度为17 m，待所有疏干井开启后全部运行3 d（具体以水位稳定的时间为准），保留1口水位观测井不下泵抽水，同步观测坑内静水位和出水量等数据。选取坑内降水井及坑外所有观测井为试验井。井抽水3 d后，观测井水位情况及变化曲线图见表3-表4及图3-图4。

疏干井群井抽水3 d后，其坑内观测井J16水位降深为7.30 m（标高-8.6 m）；根据图3曲线变化趋势可知，若继续抽水，观测井水位还会继续下降。

表3　群井试验坑内观测井J16水位标高m

表4　群井试验坑外观测井水位埋深m

图3　坑内观测井J16水位变化曲线

图4　坑外观测井QG2～QG5、YG3水位变化曲线

在抽水试验期间，基坑内静止水位能够控制在开挖面以下1 m左右，能够满足基坑开挖对水位的要求。基坑内抽水期间，坑外观测井水位水位下降幅度均＜0.5 m，水位基本稳定。说明基坑开挖面以上范围内围护封闭性较好，没有明显的渗漏点。

3）第三阶段：降压井单井试验。拟建场区选取工程降压井Y8～Y10共3口降压井作为试验井。抽水试验期间，Y9的初期单井稳定出水量约8.6 m3/h。试验过程中观测井内的水位降深见表5；抽水期间坑内观测井水位随时间变化曲线见图5。

表5　Y9单井抽水期间的观测井内水位降深m

图5　Y9单井抽水试验期间观测井Y8、Y1O水位埋深与时间关系曲线

单井抽水8 h后，其相邻同一承压含水层观测井Y8和Y10水位降深分别为1.67、4.20 m；根据图5曲线变化趋势可知，若继续抽水，观测井水位还会继续下降。

4）第四阶段：降压井群井试验。拟建场区选取工程降压井Y7～Y12共6口降压井作为试验井。试验过程中各观测井内的水位降深统计见表6；坑内观测井动态水位随时间变化见图6。

表6　群井抽水试验期间备观测井内的水位降深m

图6　群井抽水试验期间观测井Y1O、YG-2的水位埋深与时间关系曲线

5口降压井（编号Y7、Y8、Y9、Y11、Y12）抽水12 h后，其同一承压含水层坑内观测井Y10水位降深约为13.8 m（水位绝对标高-15.75 m），基本满足最大开挖条件下的控制水位标高-12.75～-16.08 m的安全要求；根据图6曲线变化趋势可知，若继续抽水，观测井水位还会继续下降。群井试验期间，基坑外承压水水位下降约2 m后保持稳定，可以得知由于止水帷幕未隔断第一承压含水层，坑内降水对坑外环境具有一定的影响。

4　地下水三维渗流模型求解水文地质参数

4.1地下水三维渗流模型建立

用地下水渗流连续性方程及其定解条件来描述地下水的三维非稳定渗流规律。根据与本场地相适应的水文地质条件，可建立下列与之相适应的地下水三维非稳定渗流数学模型。

对整个渗流区进行离散后，采用有限差分法将上述数学模型进行离散，就可得到数值模型，模型计算平面区域见图7。照计算的平面范围、地层概化以及初始条件、边界条件，同时考虑抽水井、观测井以及在离散模型中的空间位置，对计算区域进行离散，建立三维计算数值模型。在网格剖分中，对计算区域进行了局部加密，离散后的水文地质模型见图8。

图7　模型平面计算苑围

图8　离散模型

4.2水文地质参数反演与校核

1）将Y9单井抽水得到的数据代入到建立的抽水试验数值模型中，通过Y8和Y10在抽水试验中实测观测数据曲线与数值模拟取得的数据曲线进行拟合，见图9和图10。

图9　单井试验Y8水位观测与计算拟合

图1O　单井试验Y1O水位观测与计算拟合

由图9和图10可以看出，拟合效果较好。

2）将群井抽水试验取得的数据代入到利用单井试验调好的模型中，通过Y10抽水试验实测数据曲线与数值模拟取得的数据曲线进行拟合，见图11。

图11　群井试验B3水位观测与计算拟合

由图11可以看出，拟合效果较好。综合看来，模型基本反映了场地的水文地质特征，可用于后期降水预测。

根据拟合好的模型计算可知整体基坑开启11口降压井，水位降深约为15.5 m，最大降深约为16.1 m，可满足最大开挖条件下的控制安全水位。

5　结论

1）通过抽水试验数据可以判断，在目前工况下，基坑围护内外地下水无明显水力联系，未发现明显渗漏点，围护结构封闭性较好。

2）通过抽水试验，查明了第一承压水的地质参数。用模型拟合验证，得到群井抽水条件下第一承压水的降深云图，可知开启11口降压井，水位降深约为15.5 m，最大降深约为16.1 m，可满足最大开挖条件下的控制安全水位。

3）基坑开挖到临界开挖深度前需减压降水，降压井开启情况根据观测水位、出水量及基坑实际情况适时调整。本基坑降压井及观测井水位埋深最浅2.5 m（标高-1.95 m），基坑开挖到绝对标高约为-9 m处需要考虑开启减压降水。

4）建议后期降水运行过程中，在满足开挖需求的情况下，尽量防止过量抽取地下水，避免对周边环境产生影响。降水期间需加大对坑外观测井水位监测。

［1］中国建筑工业出版社.建筑施工手册［M］.4版.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［2］薛禹群，朱学愚.地下水动力学［M］. 北京：地质出版社，1979.

TU46+3

C

1OO8-3197（2O16）O1-58-O4

2O15-12-1O

朱亚坤/男，1984年出生，工程师，硕士，天津市地下铁道集团有限公司，从事工程技术营理工作。

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