合肥市降雨量对地铁3号南延线车站地下水位影响分析①

欧阳丽娜， 曹广勇,*， 张 峰， 吴耀武

(安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601;2.安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601)

0 引 言

在地下交通轨道工程建设中，地下水位取值是地下轨道设计和建设施工所需的重要参数之一。综合各地资料来看，因对地下水位分析不合理而导致地下空间上浮，凸起形变，建筑开裂等事故时有发生[1-3]。针对地下结构中地下水位取值目前存在的问题，不少学者进行了相关研究。张在明,王军辉等[4-5]率先提出了地下水赋存状态对抗浮水位的重要影响，进而提出抗浮水位分析的孔隙水压力场模型。叶文科[6]认为地下水位取值主导影响因子为降雨量，并采用Geo-Studio有限元计算软件分析降雨与地下水的补给关系。靳明、刘轩、杨阿敏[7-9]则运用M-K趋势分析法、变异系数法变异，灰色关联度法验证了地下水位与降雨量关系。但由于地下水位与降雨量受气象水文，区域地质影响较大，目前并没有对合肥地铁3号线的降雨量与地下水位变化影响分析。依托于合肥市轨道交通工程地铁抗浮水位研究项目，使用变异系数法和线性拟合法对两者之间的关系作出了解释。

1 研究区概况

合肥市位于中国华东地区、江淮之间，环抱巢湖。境内以丘陵岗地为主，属于亚热带季风气候，多年平均气温为 15.7℃，多年平均降水量为988.4mm。

合肥市轨道交通3号线南延线中，派河从青年路站与云谷路站之间经过。派河发源于合肥市肥西县中部江淮分水岭周公山，李陵山等丘陵地带，河道自西北向东南流经城西桥、上派、中派、下派入巢湖，全长48.9km，流域面积584.6km2。河床上游弯窄流急，下游宽直流缓。枯水季节水深1m。合肥市地铁三号线南沿线走向如图1。

图1 地铁三号线南延线走向示意图

2 站点布设情况及地下水监测方案

在5个站点附近确定观测孔位置，孔直径为120mm，孔深为28m～45m，使用水位测量仪器对地下水进行测量，该地下水的监测数据是地下水混合水位。监测频率根据季节和降雨量确定，测量周期为5d～10d/次，夏季降水频发季节，水位监测为5d/次，春秋时期为7d/次，冬季枯水期为10d/次。

3 地下水位动态变化分析

根据站点地下水位观测数据，绘制了2018年1月-2018年12月地下水位动态变化折线图，如图2。

图2a 站点各月地下水位变化曲线图

图2b 站点各月地下水位变化曲线图

由图2可以看出，(1)各站点地下水位标高在10～24m之间，平均涨幅在0.5～2.0m之间，青年路水位最低并且曲线波动小，站前路水位最高并且曲线波动较大。(2)各站点水位变化随季节变化而波动，1-8月地下水位整体表现为上升趋势，涨幅约为0.2～1.1m，9-12月整体呈下降趋势，降幅为0.37～1.11m。

同时，为了验证上述结论，运用变异系数法[8]，求得各站点地下水位的均值和标准差，进而计算出各站点的变异系数，结果见表1所示。

表1 各站点地下水位变异性分析结果

由表1可以看出，云谷、仙霞、站前路变异系数大于青年路与芮祠路，但各个站点变异系数均小于0.1，属于极弱变异。再一次验证了站点各月地下水位变化曲线图的分析结果。

以下为勘察期内(2018年1月～2018年12月)的降水与地下水位监测资料制作出的统计图,如图3。可以看出：

图3 观测点各月降雨量变化柱状图

(1)2018年总降雨量为1195.5mm，除去8月不计，各月降雨量在0～150mm上下。8月份降雨量最多，为312.5mm，10月降雨量最少，为11.5mm。

(2)各站点地下水位在8月均达到高峰或次高峰，在10月地下水位达到最低水位或次低水位。青年路由于周围派河流域影响，10月水位未受到明显影响。

(3)对比站点各月地下水位标高与降雨量变化曲线可知，各站点地下水位随着降雨量的上升而上升，随降雨量下降而下降，升幅为0.2～1.1m，降幅为0.37～1.11m，说明降雨量对地下水位变化有明显影响作用。

为了量化降雨量对各站点地下水位标高影响关系，运用线性拟合方法，绘制出站点地下水位变化与降雨量的拟合曲线，如图4所示。

图4a 云谷路线性拟合图

图4b 青年路线性拟合图

图4c 仙霞路线性拟合图

图4d 站前路线性拟合图

图4e 芮祠路线性拟合图

由图4分析可得：各站点地下水位变化与降雨量拟合关系曲线表现良好，进一步验证了图3结论。但部分点存在离散现象，推测可能与站点附近派河流域有关。

为了更直观的比对各站点地下水位与降雨量的线性拟合关系，绘制出地下水位与降雨量线性拟合表，结果如表2所示。

表2 地下水位与降雨量线性拟合表

式中a为大气降雨对该站点地下水变化涨幅的影响系数，b为本月无降雨情况下该站点的地下水位高程的理论计算值，x为月降雨量统计数值，单位为m，y为该月份的地下水位标高，单位为m。

由表2结果可知：仙霞路站影响系数最大，为3.828，青年路站影响系数最小，为0.234，云谷路、站前路、芮祠路三个站点影响系数均大于1，表明站点降雨量对地下水位标高有明显影响；青年路站影响系数最小，为0.234，说明青年路站降雨量对地下水位影响不明显，推测是受地表水系派河流域影响。

4 结 论

以合肥市地铁3号线南延线为研究对象，以2018年1月～2018年12月一年的地下水位与降雨量监测数据为依据，采用变异系数法和线性拟合法来分析研究区站点地下水位变化与降雨量关系。结论如下：

(1)各站点地下水位随着降雨量大小变化而波动，升幅为0.2～1.1m，降幅为0.37～1.11m，说明降雨量为地下水位标高变化主要影响因素。

(2)仙霞路站地下水位受降雨量影响系数最大，为3.828，青年路站影响系数最小，为0.234。云谷路、站前路、芮祠路三个站点影响系数均大于1，表明站点降雨量对地下水位标高有明显影响；青年路站影响系数最小，为0.234，说明青年路站降雨量对地下水位影响不明显，推测是受地表水系派河流域影响。

(3)在合肥轨道交通3号线施工过程中，要注意监测天气变化，减少因地区降雨对地下水位标高变化导致底板浮力上升，抗浮设计失败的影响。