地下水发育深路堑涌水量预测

张晓宇

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)

西宁站改及相关工程货车外绕线HD1YK172+600～HD1YK172+960北山山前地段为路堑工程，其南侧为既有兰青铁路，北侧为兰青高速公路。由于该段位于西宁市区，周边生产生活设施密布，且货车左线及右线在此段同时开挖，开挖宽度大，开挖深度达9～12 m，主要开挖地层为砂质黄土及细圆砾土，属于富水地层，地下水发育。在地质调查及工程地质勘探的基础上，进行了专门的水文地质勘察工作，通过水文地质钻探及孔内抽水试验，详细查明了含水层的性质、水位、埋藏深度、厚度及分布等特征，依据试验参数计算了不同地层的渗透系数、路堑开挖时可能涌水量及影响范围，提出了相应的工程措施建议，为工程设计提供了依据，防止工程实施对周边日常生活环境造成影响提出了指导性意见。

1 工程地质及水文地质特征

HD1YK172+600～HD1YK172+960段深路堑地貌上属于湟水河一级阶地，地层结构较为简单。表层为第四系人工堆积层，主要为人工杂填土():厚约1～3 m;下部为冲积的砂质黄土及细圆砾土，其中砂质黄土()位于杂填土层下，厚5～9 m，细圆砾土()位于砂质黄土层下，厚度1～3.5 m。基地为上第三系泥岩夹石膏岩():下伏于细圆砾土，强风化层厚4～6 m。

地下水主要为第四系全新统冲积层孔隙潜水，水位埋深一般约6～8 m，含水层为砂质黄土和细圆砾土，含水层厚度约5～9 m，主要受大气降水及山前渗流补给，地下水流依地势由北向南流动，排向湟水河，工点处于径流区，地下水富水性好，水量丰富。下部的泥岩夹石膏岩强风化层含有少量的风化裂隙水，水量较少，可视为隔水层。根据水文地质勘探孔抽水试验资料计算结果，细圆砾土的渗透系数K为63 m/d，砂质黄土的渗透系数K为5 m/d，单井涌水量为1.8 L/S。

2 主要环境工程问题

路堑地段最大开挖深度约12 m，由于货左线和货右线同时开挖段最大开挖宽度达53 m，路肩位于地下水位以下的细圆砾土层或泥岩夹石膏岩层中，其中开挖的细圆砾土层及上部的砂质黄土层为主要的含水层，细圆砾土层由于渗透性好，含水量大，地下水丰富，将会产生较大的涌水，坍塌等问题;由于该区属于寒冷地区，在冬季还会产生冻胀，对铁路工程有一定的影响;路堑基地下部地层泥岩具膨胀性，普遍夹有石膏层。石膏层往往伴生有生石膏和盐岩，石膏和盐岩在水的作用下易膨胀和溶蚀及软化，并具腐蚀性，因此在施工过程中，应避免揭示该地层，若基坑积水，长时间暴露引起泥岩及石膏岩崩解，承载力降低。同时施工期间的排水，使得地下水位下降，对周边的水文地质生态环境及既有建筑物、铁路、高速公路稳定性及运营产生影响。

3 路堑工程涌水量计算

3.1 计算公式及参数的选取

采用《地下铁路轻轨交通岩土工程勘察规范》(GB50307-1999)表8.5.8-1潜水完整井计算公式:

式中:Q为基坑出水量(m3/d);K为渗透系数(m/d);L为条形基坑长度(m);B为条形基坑宽度(m);S为设计水位降深(m)H为静水位至含水层底板的距离(m);R为影响半径(m)。

根据抽水试验的结果，细圆砾土的渗透系数K=63 m/d，砂质黄土的渗透系数为5 m/d，砂质黄土和细圆砾土的混合渗透系数K=30 m/d;含水层的厚度H概化为地下水位以下至细圆砾土层底部的平均厚度并加上地下水位的年变化幅度1 m，主要是为考虑丰水期地下水位上升的影响;施工期间的水位降深考虑降至排水沟以下1 m;引用影响半径R0根据计算结果及经验选取150～170 m，开挖宽度以地下水位线宽度为参考。

3.2 路堑涌水量预测

表1 路堑涌水量计算参数选取及结果

货车外绕线HD1YK172+700～HD1YK172+960全长360 m，根据左右线线间距、开挖深度、宽度、开挖出地层的不同，在涌水量计算时，将路堑工程分为三段进行。通过计算，该段深挖路堑总的涌水量为8 992.4 m3/d，单位涌水量为27.43 m3/d·m。详细参数选取及计算表格见表1。

HD1YK172+600～HD1YK172+700左右线间距大，两线分别开挖(图1)，长100 m，开挖宽度45 m，主要开挖含水层为砂质黄土，该段并未开挖下部富水的细圆砾土，渗透系数采用混合渗透系数30 m/d，考虑到该段左右线分别开挖，两线中间地段并未开挖，对水量计算的第二部分进行适当折减，即含水层底部涌水量。含水层厚度为8.56 m，降深S为5.46 m，引用影响半径为150 m，计算出的涌水量Q为2 599 m3/d。

HD1YK172+700～HD1YK172+850左右线逐渐并行，同时是分别开挖(图2)，长150 m，开挖平均宽度40 m，主要开挖含水层为砂质黄土及细圆砾土，渗透系数采用细圆砾土的渗透系数63 m/d，考虑到该段左右线分别开挖，两线中间部分地段并未开挖，同样对水量计算的第二部分进行适当折减。含水层平均厚度为5.92 m，平均降深 S为3.8 m，引用影响半径为170 m，计算出的涌水量Q为3 807.54 m3/d。

HD1YK172+850～HD1YK172+960左右线平线，同时开挖(图3)，长110 m，开挖平均宽度31 m，主要开挖含水层为砂质黄土及细圆砾土，渗透系数采用细圆砾土的渗透系数63 m/d，含水层平均厚度为5 m，平均降深S为3 m，引用影响半径为170 m，涌水量Q为2 585.94 m3/d。

图1 HD1YK172+600～HD1YK172+700路堑设计图

图2 HD1YK172+700～HD1YK172+850路堑设计图

图3 HD1YK172+850～HD1YK172+960路堑设计图

4 结语

1)针对地下水发育深路堑的勘察，应有针对性地对工点周围的工程地质及水文地质进行勘察，在调查的基础上，通过水文地质钻探及孔内抽水试验，需查明了含水层的性质、水位、埋藏深度、厚度及分布等特征，依据试验参数及路堑开挖情况，对可能涌水量进行预测，为工程设计提供了依据。

2)由于该段路堑工程位于市区，施工期间的排水对周边水文地质及生态环境有较大影响，为了减少降水对地面及周围建筑物的影响，建议该段路堑工程采用钢筋混凝土U形封闭槽及止水的综合措施，含水层上部土体放坡开挖，下部设钢筋混凝土U型封闭槽，U型封闭槽施工开挖前，根据地层情况在U型槽背部和底部进行钻孔注浆止水及选喷桩止水，防止地下水泄露，保证边坡稳定。

3)建议该路堑分段开挖，含水层采取封堵措施，并设置长期排水沟，避免改地区冬季冻胀对铁路工程的影响。

［1］TB10012-2007铁路工程地质勘察规范［S］.

［2］TB10049-2004铁路工程水文地质勘察规程［S］.

［3］GB50307-1999地下铁路轻轨交通岩土工程勘察规范［S］.

［4］付月平.地下水发育深路堑的勘察与设计［J］.铁道勘察.2012(4)，51-53.

［5］周革.U形槽结构在龙厦铁路某地下水发育路堑中的设计与应用［J］.铁道标准设计.2009(3)，27-29.

［6］周斌良，龚良，陈克群等.公路路堑涌水病害成因分析与防治措施［J］.施工技术.2009(7)，87-89.