合肥地铁2号线抗浮设防水位的取值研究

李永彪 吴耀武 曹广勇

摘要：主要依托合肥市轨道交通2号线工程，通过对2号线沿线站点地下水位动态进行实时监测，并选取祥和路站、撮镇路站、得心路站、瑶岗路站、泉乡路站五组典型的站点水位变化情况进行分析，并结合合肥地区不同时间段降雨量的变化，采用动态曲线比拟法对该工程地区最高地下水预测和抗浮设计水位合理取值等关键技术问题进行深入研究，总结出适用于合肥市地铁2号线南沿线工程的抗浮设防水位及地下水浮力取值方法.为设计施工提供依据，以达到缩短车站施工工期、节省工程造价的目的，同时本项研究也将填补了合肥市、安徽省在地铁领域内研究的空白，具有较大社会、技术和经济效益.

关键词：抗浮设防水位;降雨量;拟合曲线;轨道交通

中图分类号：U231+.3  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）05-0099-03

合肥市抗浮设防水位尚未进行系统的科学研究工作，没有形成一套比较完善的抗浮设防水位研究和计算体系.经调研，已建工程的设防水位多由勘察、设计单位凭经验确定，出现了距离很近的工程但抗浮设防水位却相差较大的现象[1].这是由于地铁工程不同于一般民用单体建筑，整体为线状形态，穿越城市多个水文地质单元及分区，且地铁建成后将不同程度地改变区域水文地质环境及地下水赋存、运移条件，使抗浮设防水位确定更为复杂.此外，随着季节和降雨量变化，结构底板的浮力荷载还存在明显的非确定性，更加大了灾害的风险程度[2].因此，开展地铁建设中地下水抗浮问题的专项研究十分必要.柴娟提出，下水位动态受水文地质条件、降水和开采条件等因素影响，其中降雨量影响因素最大[3].王常畅认为，在计算车站抗浮之前，应先选定相应的抗浮水位，但抗浮水位的确定应根据该地区特有的地质情况做相应的计算研究[4].刘亚洲提出建筑物抗浮设防水位应取该地区历史最高水位[5].

1 工程概况

合肥市地處中国华东地区、江淮之间，环抱巢湖，总面积11445.1平方公里（含巢湖水面770平方公里），境内有丘陵岗地、低山残丘、低洼平原三种地貌，以丘陵岗地为主，合肥地表水系较为发达.轨道交通2号线一期工程范围内主要有店埠等河流，少量的鱼塘等地表水体.合肥市轨道交通2号线一期工程场区主体位于合肥东部，该盆地属于中生代断陷盆地，盆地在新生代前消亡，在整体上隆的基础上，新生代局部继续沉降，受活动性断裂控制明显，一侧断陷、另一侧超覆，形成小型断陷盆地.上层滞水主要赋存于人工填土层中，水位不连续，变化幅度大，主要接受大气降水和地表水体的补给.

2 数据监测

2.1 试验孔设计与施工

首先使用打桩机钻一个宽120mm左右的孔，孔深至地下含水层，总长约为45m，打孔后用洗井机将试验孔清洗干净防止堵塞，洗井后在松散含水层段需安装过滤器，隔水层段安装套管.考虑到中生界红层泥岩或砂岩为软弱岩层，水稳性较差，如果钻进至红层地层，则该段也需安装过滤器，同时做到在下孔管时，设置找中器以使孔管直立于孔口中心，上端口应保持水平，井管的偏斜度也不得超过1°.

钻孔过程中，及时、详细、准确地对对水位、冲洗液消耗量、漏水位置、孔壁坍塌、涌砂情况、地层变层深度、含水构造的起止深度等进行观测和记录.钻孔结束时，应对所揭露的地层进行准确分层，并测量坐标和孔口高程.

2.2 地下水位长期监测方案

抽水试验结束，水位恢复至抽水前静止水位时开始进行水位长期监测.

2.2.1 监测方法

采用如图2所示的分层沉降仪对水位进行测量，监测钻孔中多层含水层的混合水位.每次测量水位时，应记录观测孔内及周边情况.测量前对测绳伸缩性进行校核.水位观测从固定点算起，并将读数换算成从地面算起的水位埋深及标高.

2.2.2 监测频率

每5-7d测量1次，测量当天上午10点各监测孔统一观测.当遇到中雨以上降雨时，每天测量1次，直至雨后5天.

2.2.3 监测精度

水位监测数值以米为单位，应记至小数点后三位.同一测次应两测两次，间隔时间为3min，取两次水位的平均值为观测结果，两次测量允许误差小于10mm.

3 抗浮设防水位的确定

表1为勘察期内（2017年11月～2018年9月）对五个站点监测的数据整理，该数据为每个月五次检测结果的最高值，对每个月地下水位监测的最高值和每个月的降水量统计分析之后进行相关性分析，以求能得出二者的拟合函数从而进行后续研究[6].

图3为由勘察期内（2017年11月～2018年9月）的降水与地下水位监测资料制作出的统计图.以一个月为一个统计周期来进行数据统计与图表制作.

由图3可以看出地下水位与降水量有明显的线性相关性，地下水位随降水量增加而上升，随降水量减少而下降，降水为地下水位的重要影响因素.因此将各个站点降水量与地下水位这两组数据拟合，进行相关性分析.

通过以上相关性分析之后得出的拟合函数即可根据以往各年的降水数据计算出同时期的地下水位，这样便取得了往年的大致地下水位资料，基于这些地下水位资料进行后续的研究.

由于是经拟合函数计算得出的地下水位而不是实测值，所以精度不高，难免存在误差.且因为监测期较短，地下水位监测间隔时间长，最长一次观测间隔长达25天;监测期时跨冬季枯水期，又遇上寒流，最低气温达零下十几度，可能对降水补给地下水造成影响;降水入渗补给地下水存在时间上的延后性;再者，虽然降水为影响地下水位的重要因素之一，但是由于各种原因，研究区域的诸如蒸发量等其他参数并没有获得，所以仅以降水推测地下水位存在一定误差，也导致个别站点拟合出的函数的相关性不是很好.

其中WLmax应采用勘察期间的最高地下水位，且监测期一般应为一个水文年或至少包括一个水文年中出现最高地下水位的时期[7].合肥地区每年的最大降水出现在七、八月份，最大地下水位一般也出现在同时期或略有延迟.

通过对上述各站点的数据进行代入计算，得出的结果如表2所示，由所得结果可知，通过该拟合曲线计算所得抗浮水位与实际抗浮设防水位基本一致.

4 结论

本文以合肥市轨道交通2号线为研究对象，通过现场监测以及拟合分析的方法来研究工程地下抗浮设防水位的取值问题，得出如下结论：

（1）从本文选取的五个站点的分析情况来看，地下最高水位与降雨量存在非常明显的线性关系，当达到最高降雨量时，可以通过拟合曲线计算得出相应的最高地下水位，该水位为抗浮设防水位.

（2）降雨量的多少跟季节有很大的关系，3、4、5、6月份降雨量变化较为均匀且降雨量中等，7、8月份降雨量明显增大，且为全年最大降雨季节，因此，抗浮设防水位的选取一般以7、8月份降雨量来计算得出.

参考文献：

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〔2〕王軍辉，陶连金，韩煊，周宏磊.我国结构抗浮水位研究现状与展望[J].水利水运工程学报，2017（03）.

〔3〕柴娟，刘莎.兴平市地下水位动态变化及影响因素分析[J].地下水，2018，40（05）：46-49.

〔4〕王常畅.地铁车站抗浮设计方法[J].低碳世界，2017（16）：199-200.

〔5〕刘亚洲，张晓玉.武汉长江一级阶地临江地段抗浮水位取值探讨[J].土木基础，2015，29（06）.

〔6〕贾益纲，费逸，吴光宇，王惠宾，欧阳斌，袁志军.某大型地下室结构上浮拱起工程事故分析与处理[J].施工技术，2016（16）.

〔7〕李大浪，蔡飞，黄玉屏.丘陵坡地地下室抗浮设计研究[J].有色冶金设计与研究，2016（02）.

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〔13〕王军辉，陶连金，韩煊，周宏磊.我国结构抗浮水位研究现状与展望[J].水利水运工程学报，2017（03）.

〔14〕董雪妍，丁坚平，段先前，丁航航.黔中地区岩溶深基坑抗浮水位及涌水量预测[J].贵州大学学报（自然科学版），2017（01）.

〔15〕陈莎莎，郭维祥.岩溶地区深埋地铁车站抗浮问题浅析[J].贵州科学，2016（06）.

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