南京地铁基坑工程地下水控制与渗流分析

汤 黎， 王翠英， 邓 超， 邓 芳

(湖北工业大学土木建筑与环境学院， 湖北 武汉 430068)

南京地铁基坑工程地下水控制与渗流分析

汤 黎， 王翠英， 邓 超， 邓 芳

(湖北工业大学土木建筑与环境学院， 湖北 武汉 430068)

通过对南京市地铁10号线绿博园站基坑工程悬挂式隔渗帷幕抽水试验的研究，结合基坑地质水文条件，基坑所采取的支护结构以及基坑开挖深度，利用试验建立的地下水三维渗流模型进行数值分析，得出地下连续墙的嵌固深度对深基坑涌水量、基坑水位降深的效果。结果表明，在隔渗帷幕内试验，帷幕绕流阻水效果明显。

悬挂式； 隔渗帷幕； 嵌固深度； 数值分析

南京地处长江下游，地下水位较高，在地铁的建设过程中，无法避免地会遇到深基坑降水。为了能够对基坑做到有效的、经济的、安全的降水，运用数值分析对基坑降水进行模拟试验，能够优选出基坑的支护降水方案，减少基坑降水对周边建筑物、构筑物、水电管线的影响。此外，通过隔渗帷幕嵌固深度的数值分析，得出不同嵌固深度对基坑水位降深、地面沉降量的影响，最大限度地优化基坑降水方案。

1 工程概况

南京市地铁10号线绿博园站位于长江以东，月安街街道西部，紧邻长江。车站所处场地存在60 m的由粗中砂、卵石组成的强透水性含水层，接近长江支流。基坑施工过程中，地下水位需控制在坑底1 m以下。该基坑存在降水难度大，周边地面沉降量较大等风险。地下水控制方案直接决定了本工程的安全及造价。

2 地下水渗流模型原理

在本次模拟中，地层自上而下按侧向隔渗帷幕插入深度分为10层：第1层为杂填土层，第2层为粘土层，第3层为粉质粘土、粘土夹粉砂粉土，第4层为粉土夹粉质粘土，第5层至第7层为粉细砂层，第8层为细砂夹卵砾石层，第9层为强风化泥岩层，第10层为中风化泥岩层。此次模拟将研究区概化为三维层状非均质地下水系统。地下水渗流数值模型用式(1)-(4)表示。

微分方程公式：

(1)

初始条件公式

H(x,y,z,t)|t=0=H0(x,y,z) (x,y,z)∈Ω

(2)

已知水头边界条件[2]公式：

H(x,y,z,t)|B1=H1(x,y,z,t) (x,y,z)∈B1

(3)

已知流量边界条件公式：

(4)

H为水头；Kxx为水平渗透系数，Kzz为垂向渗透系数，且Kxx=Kyy；μs为单位储水系数或单位给水度；W为源汇项入渗、蒸发或抽水；x，y，z为笛卡尔坐标；t为时间；n为边界外法线方向；Ω为模拟区域；B1,B2分别为已知水头边界和已知流量边界。

3 实验数据结果及分析

3.1抽水试验实施情况

临时止水帷幕面积10 m×20 m,采用∅850@600三轴搅拌桩，单排套接一孔法施工，水泥掺量为20%，深度为30 m。分别在临时止水帷幕内外布置抽水井、回灌井、观测井、沉降点(表1)。

表1 井点布置数量表

3.2抽水实验数据

抽水过程中，水位、水量容易稳定，水位恢复很快，恢复曲线拐点较为明显，反映了含水层分布较广、透水性好、水量补给充沛等特点。表2给出了帷幕外GC02单井两降深抽水试验结果，GC02抽水井深度为33 m，超过止水帷幕，通过实验对比，发现帷幕内GC01观测井水位降深1.10 m,要大于帷幕[4]外的水位降深0.73 m，初步分析砂层上部的渗透性能较砂层下部的渗透性能要好。利用稳定流理论计算原理，得出本地铁基坑工程水文地质参数结果，详见表3。

表2 帷幕外GC02单井两降深抽水试验结果简表

表3 稳定流计算水文地质参数结果表[1]

图 1 帷幕内抽水各观测井水位降深历时曲线图

3.3帷幕内外沉降差分析

帷幕内抽水时，内、外水位同步下降；帷幕外水位快速趋于稳定，说明地层渗透性能好、补给源充沛、补给迅速；帷幕内水位前期下降迅速，后期缓慢下降，基本在16 h以后趋于稳定，前期以疏干帷幕内地层为主，后期得到帷幕外的绕流补给及帷幕以下地层的垂向补给。表4给出了帷幕内外抽水试验结果：第一降深(JS01)的日期为3月19日11∶00至3月20日14∶00，历时27 h，流量为108/(m3·d-1)；第二降深(JS01、JS02)的日期为3月20日14∶00至3月21日14∶00，历时24 h，流量为204.4/(m3·d-1)；第三降深(JS01、JS02、JS03)的日期为3月21日14∶00至3月22日14∶00，历时24 h，流量为308.8/(m3·d-1)；第四降深(JS01、JS02、JS03、JS04)的日期为3月22日14∶00至3月26日14∶00，历时96 h，流量为489.5/(m3·d-1)。帷幕外观测数据中，GC02(井深33 m、超过止水帷幕)水位降深2.08 m，其余观测井(井深21 m)最大水位降深仅为1.0 m 左右，也说明了砂层上部的渗透性能好于下部。帷幕内最大水位降深9.62 m，帷幕外仅为为1.0 m，说明隔渗帷幕的绕流阻水效果明显。

表4 帷幕内外抽水试验结果简表

本次试验临时帷幕的面积200 m2，涌水量达489.5 m3/h(11750 m3/d)，帷幕内水位降深仅 9.62 m，降至地面下14.4 m，后期更换设备后，总涌水量达约600 m3/h，才将帷幕内水位降至地面下17 m左右。地面沉降点数据在3月21日帷幕内2口井抽水(3月19日中午开始抽水)时，出现整体下降，变幅达20 mm 左右，之后累积沉降量在20～40 mm波动变化；帷幕外回灌及停抽后累积沉降量变化也不大，规律性不明显，其中帷幕内 GC01 的累积沉降量在 40 mm左右，比帷幕外最小值大10 mm左右。

4 地下水三维渗流模型数值分析结果

利用试验建立的地下水三维渗流[3]模型进行数值分析，预测地下连续墙嵌固深度20 m、25 m、30 m、35 m四种情况下，基坑内地下水位降至基坑底板以下(地面下18 m)时，基坑的总涌水量、基坑外水位降深、降水井数量等。分析情况如下：

1)地下连续墙嵌固深度25 m(深41.5 m)：在初步设计的地下连续墙深度基础上，底部增加5 m素混凝土墙，总涌水量7.9万m3/d，基坑外水位降深5.0 m，需布置46口降水井，含6口备用井兼观测井。

2)地下连续墙嵌固深度30 m(深46.5 m)：在初步设计的地下连续墙深度基础上，底部增加10 m 素混凝土墙，总涌水7.37万m3/d，基坑外水位降深4.5 m，需布置42口降水井，含5口备用井兼观测井。

3)地下连续墙嵌固深度35 m(深51.5 m)：在初步设计的地下连续墙深度基础上，底部增加15 m素混凝土墙，总涌水6.47万m3/d，基坑外水位降深4.0 m，需布置38口降水井，含5口备用井兼观测井。

5 结论

1)根据现场试验和实测结果，帷幕内水位降深约12.6 m，帷幕外水位降深仅1.3 m 左右，止水帷幕内外水位差大，隔渗帷幕效果较好，本基坑地下连续墙悬挂式隔渗帷幕对于强透水层的绕流阻水效果明显。

2)3月19日11∶00开始帷幕内抽水试验至3月21日，地面沉降出现整体下降，变幅达20 mm左右，之后至4月5日为止，累积沉降量在20～40 mm，其中帷幕内 GC01 的累积沉降量在40 mm左右，比帷幕外最大值大10 mm左右；由此说明：水位降深越大，沉降量越大。

[1] 丛蔼森. 多层地基深基坑的渗流稳定问题探讨[J]. 岩石力学与工程学报,2009(10):2018-2023.

[2] 张小伟,姚笑青. 基坑工程变形的渗流应力耦合有限元分析[J]. 地下空间与工程学报,2012(2):339-344.

[3] 陈志国. 地下水渗流对地铁车站基坑稳定性影响[J]. 西部探矿工程,2011(4):10-14.

[4] 金小荣,俞建霖,祝哨晨,等. 基坑降水引起周围土体沉降性状分析[J]. 岩土力学,2005(10):54-60.

[责任编校：张岩芳]

NanjingSubwayFoundationPitEngineeringofGroundwaterControlandSeepageAnalysis

TANG Li, WANG Cuiying, DENG Chao, DENG Fang

(SchoolofCivilEngin.,ArchitectureandEnvironment，HubeiUniv.ofTech.，Wuhan430068，China)

Based on the study of the suspended seepage curtain water pumping test of the foundation pit of the Nanjing Metro Line 10, the combination of the geological and hydrological conditions of the foundation pit, the supporting structure taken by the foundation pit and the excavation depth of the foundation pit are carried out. The results show that the embedding depth of the underground continuous wall is deepened to the depth of the foundation pit and the water depth of the foundation pit. The results indicate that in the seepage curtain test, curtain wall water blocking effect is obvious.

suspended curtain; impervious curtain; embedding depth; numerical analysis

2016-07-11

汤 黎(1991-)，男，湖北荆州人，湖北工业大学硕士研究生，研究方向为岩土工程

王翠英(1965-)， 女，内蒙古包头人，工学博士，湖北工业大学教授，研究方向为深基坑支护与深井降水

1003-4684(2017)05-0038-04

TU441

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