城市轨道交通基坑降水模拟试验研究

2022-03-21薛利民

现代城市轨道交通 2022年3期

薛利民

（中铁十八局集团有限公司天津国际工程分公司，天津 300222）

近年来，我国城市轨道交通建设所引发的地铁事故时有发生，其中，由于地下水问题引发的事故不在少数。由于城市轨道交通工程对结构稳定性和使用功能具有高要求，在车站基坑工程的设计和施工时，必须将地下水的影响纳入考虑范围。因此，在城市轨道交通施工过程中，地下水的有效控制已成为基坑工程的重要课题。

1 工程概况

某城市轨道交通6号线文化中心站为地下车站，主体结构长约167.3 m，宽约24.7 m，围护结构采用Φ850 mm泥土搅拌墙桩，局部落低处采用一隔一插H型钢，沿基坑深度方向设置3道钢支撑。

根据地下段结构设计，含水层水位在结构底板之上，如表1所示。在地铁线路施工时，为确保施工安全与质量，须采取有效的地下水控制措施，将地下水水位降到结构底板之下。

表1 地下段结构设计和地下水位概况 m

2 抽水试验方案

根据试验目的、设计要求，结合场地水文地质条件，在深入分析各含水层的岩性、厚度、透水性等特性的基础上，本试验针对4个不同的含水层组进行4组多孔抽水试验。

2.1 试验平面布置

本次试验根据场区内的水文地质条件、施工及设计要求，对4个含水层组分别进行抽水试验，抽水试验监测孔、抽水孔布置如图1所示（图中P为监测孔，W为抽水孔）。监测孔布置时考虑后期降水工程的需要及避开场地内的工程桩位，P1-1和P1-2监测孔设计距离为5 m，P2-1监测孔设计距离为8.5 m，P2-2和P2-3监测孔设计距离为17.2 m，P3-1监测孔设计距离为8.5 m，P3-2和P3-3监测孔设计距离为23.7 m，P4-1和P4-2监测孔设计距离为22.5 m。W1、W2、W3和W4抽水孔设计距离分别为5.2 m、9.8 m、5.1 m和22.5 m。

2.2 试验顺序

4组多孔抽水试验均按3个降深的稳定流设计，并且分2个阶段进行：第1阶段，单孔抽水获取水文地质参数，并根据设计要求将第3组试验放在车站基坑范围外距其他3组试验较远处进行，考虑到先进行第4组试验时对其他3组试验影响较小，因此第1阶段试验顺序为第4组（W4）、第1组（W1）、第2组（W2）、第3组（W3）；第2阶段，第2组（W2）、第3组（W3）同时进行抽水试验。

3 数值模拟分析

3.1 数值模型

数值模型向四周延伸1 000 m，模拟区面积为2 000 m×2 000 m，抽水试验场地中心300 m范围网格按15 m×15 m的单元划分，其他范围按20 m×20 m的单元划分，共划分为115行、115列、7层，共13 225个单元，如图2所示。

3.2 数值模型参数调整

通过反复调整数值模型参数，使实际值与计算值之间的误差在误差标准之内，从而确定数值模型中各含水层的参数值。P2-1和P3-1监测孔基础资料见表2。通过模型参数调整，模型计算的水头曲线与实测的水头曲线达到了较好的拟合，两者的动态变化过程比较吻合，如图3、图4所示。经模型参数精度调整后，模型的拟合效果较好，能够较准确地反映试验场地地下水渗流状况、水渗流场的实际变化规律，可用于试验场地的降水效果预测。

3.3 降水效果预测

此次降水设计拟采用4眼减压降水井，在基坑内分别沿主体围护两侧各布置2眼减压降水井。利用上述调整好的模型分别采用单井5 m3/ h、10 m3/ h、15 m3/ h、20 m3/ h潜水泵进行降水效果模拟预测，模拟结果如下。

（1）采用5 m3/ h潜水泵，基坑涌水量为每天480 m3，降水34天后坑内水位达到设计降深20.5 m，基坑内水位降深等值线如图5所示。

（2）采用10 m3/ h潜水泵，基坑涌水量为每天960 m3，降水17天后坑内水位达到设计降深20.5 m，基坑内水位降深等值线如图6所示。

（3）采用15 m3/ h潜水泵，基坑涌水量为每天1 440 m3，降水12天后坑内水位达到设计降深20.5 m，基坑内水位降深等值线如图7所示。

（4）采用20 m3/ h潜水泵，基坑涌水量为每天1 920 m3，降水9天后坑内水位达到设计降深20.5 m，基坑内水位降深等值线如图8所示。

可见，基坑内承压水位降至设计水位降深后，基坑结构基本达到稳定。另外，考虑降水过程中，降水的成本及施工进度要求，降水设计方案可在实际降水实施过程中适当调整。

4 地表沉降监测分析

为研究现场抽水水试验对表沉降的影响，布置了地表沉降监测点，并分为6个阶段进行地表沉降监测，得到的监测结果范围如表3所示。从表3各阶段的地表沉降值可以看出，地表沉降主要发生在第1组（W1）和第2组（W2）抽水期间，第2组（W2）以上地层主要为粉土和粉质黏土，降水深度大导致地层孔压变化大，加之这2层水的水力联系密切，因此产生的地表沉降较大；第3组（W3）抽水时其降深相对较小且与上2层水的水力联系不密切，因此沉地表降相对较小。