浅谈富水石灰岩地层基坑涌水量的计算

王金龙

中铁十六局集团有限公司 北京 100018

1 工程基本概况

七里沟站位于梨园路路中，沿梨园路南北向布置；车站东侧为丰和园小区和三官庙农贸市场、车站西侧叶语田园小区和新泉佳苑小区；车站位于道路中间，梨园路规划道路宽40m。

车站为11m站台地下二层岛式车站，车站结构采用半盖挖法施工。车站起点里程为K14+203.81，终点里程为K14+662.41，车站长度约458.4m，车站宽度约19.7～23.8m，底板埋深约16.61m。车站共设8个出入口，3个安全出口，4组风亭。

1.1 工程地质

根据钻探所揭示的地层情况，再结合地貌特征，勘察场区地层自上而下依次为：

1-1层杂填土（Q4ml）：杂色，松散，含建筑垃圾、生活垃圾、块石、碎石等，该层土人为随意性较大，均一性差，多为欠压密土，结构疏松，具强度较低、压缩性高、荷重易变形等特点，工程性质差，为I 级松土。车站范围内普遍分布，该层厚度：0.9～6.9m，平均厚度：2.31m，层底标高：25.59～31.95m。

1-2层素填土（Q4ml）：褐黄色，松散，以粉土素填土为主，含植物根系等，该层土成分不一，厚薄多变，固结程度低，压缩性高等特点，工程性质差，为I 级松土。该层厚度：1.2～1.8m，平均厚度：1.6m，层底标高：28.86～29.53 m。

2-3-1层淤泥质黏土（Q4al）：褐灰色，流塑，具腥臭味，土质不均，为Ⅱ级普通土，仅D2S13XZ50孔揭露。该层厚度：0.5m，平均厚度：0.5m，层底标高：28.08 m。

2-3-2层黏土（Q4al）：灰褐色～灰黄色，软塑～可塑，土质不均，夹粉土薄层，为Ⅱ级普通土，该层厚度：0.3～4.0m，平均厚度：2.04m，层底标高：25.56～29.84 m。

2-5-3层粉土（Q4al）：灰褐色～灰黄色，中密，很湿，切面粗糙，含云母粉，摇震反应迅速，为Ⅱ级普通土，该层厚度：0.3～3.1m，平均厚度：1.51m，层底标高：27.44～30.20 m。

5-3-4黏土（Q3al）：褐黄色，硬塑～坚硬，有光泽，含钙质结核（砂姜），为Ⅲ级硬土，钙质结核分布无规律，直径约0.5～4cm左右，含量5%～20%不等，局部富集。该层厚度：4.9～12.2m，平均厚度：8.87m，层底标高：14.31～21.82 m。

11-2-2层强风化石灰岩（O1m+x）：灰白色～青灰色，岩芯风化呈块状，母岩成分已基本蚀变，岩体基本质量等级为Ⅴ级，仅部分钻孔揭露。岩层产状为NE123°∠50°～75°。

11-2-3层中风化石灰岩（O1m+x）：灰白色～青灰色，中厚层状构造，隐晶质结构，夹白云质灰岩，较硬岩，岩体较完整，TCR=70%～95%，岩体基本质量等级为Ⅲ级。该层钻孔未揭穿。岩层产状为岩层产状为NE123°∠50°～75°。

11-2-3A层破碎中风化石灰岩（O1m+x）：破碎～较破碎，灰白色～青灰色，中厚层状构造，隐晶质结构，较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。部分钻孔揭露。

1.2 水文地质

本车站勘察期间观测到的地下水类型分别为潜水（孔隙水）和承压水（碳酸盐裂隙岩溶水）。

潜水：为第四系松散层孔隙水，水位埋深1.8～3.50m，水位标高29.35～30.45m，观测时间2015年7月和2015年10月，含水层主要为粉土2-5-3层及杂填土1-1层，局部位于黏土2-3-2层里。主要接受大气降水补给和侧向径流补给，以蒸发、侧向径流、人工开采方式排泄。地下水动态季节性变化显著，一般在每年的5月下旬至6月上旬，达到最低点；7、8月是降雨高峰期，地下水位迅速上升达到最高点，变化幅度约为1.0～2.0m。

承压水：属于碳酸盐岩裂隙岩溶水，主要贮存于灰岩裂隙中。本次设置两个观测孔，观测结果显示，D2S13XZ16号孔该层地下水稳定水头埋深6.35m，稳定水头标高25.93m，D2S13CZ10未观测到水位。说明场地内裂隙岩溶水的透水性和富水性取决于基岩裂隙的发育程度和裂隙的充填情况。裂隙岩溶水补给来源主要是大气降水入渗补给和侧向径流补给；径流在丘陵区受地形控制，由高处流向地处平原区，但在平原区受人工开采影响，岩溶水表现为由四周流向开采降落漏斗中心的汇流型径流，水力度较大；排泄以人工开采为主。地下水动态一般每年雨季降水高峰期后一到两个月（8、9月）岩溶水达到最高点，随后水位逐渐下降，至次年旱季末（4、5月）水位下降至最低点，年变幅在5.0～10.0m。根据场地分布水文地质实验井，场地内承压水特点表现为分布不均匀。

2 基坑抽水试验

为了确保基坑开始施工安全，我们针对此车站地下水丰富的特点，在车站开挖前做了模拟降水试验，本次试验布置3组水文地质试验。

技术要求

（1）抽水试验前，应对各抽水井及观测井地面标高及测点标高进行测量；对各井孔静止水位进行观测；

（2）抽水水位观测：

观测时间按开泵后抽水井中的水位观测时间为：1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、90、120分钟，以后每隔30分钟观测一次，至480分钟后每间隔60分钟观测一次，至1200分钟后每间隔2小时观测一次。抽水井与观测井同步观测；抽水试验井的水位测量应读到厘米，观测井的水位测量应读到毫米，水位量测用电水位计。

抽水试验时，水位下降的次数宜为3次，其中最大下降值可接近孔内的设计动水位，其余2次下降值宜分别为最大下降值的1/3和2/3。

（3）抽水水量观测：采用流量表读数。流量观测次数与地下水位观测同步。在整个抽水试验的过程中，抽水井的出水量应保持常量，在正式抽水之前，进行试抽水，同时选取合适的水泵，以保证抽水井的水位不致被抽干或没有明显的水位降，尽量减小流量的变化。

（4）抽水试验延续时间

抽水试验的稳定标准，在抽水稳定延续时间内，抽水孔出水量和动水位与时间关系曲线只在一定范围内波动，且没有持续上升或下降的趋势。

延续时间：根据抽水过程中所绘制的水位降深(S)与时间(t)的曲线所显示的抽水阶段来决定。当曲线出现水平直线段时，显示达到稳定，再延长8小时抽水试验就可结束。根据试验过程中的具体情况，延续时间可适当调整。

（5）恢复水位观测：停止抽水后，应观测恢复水位，观测频率与抽水时频率一致，直到稳定。

（6）水质取样：试验开始后半小时采取水质分析样一件，在抽水结束前再采取水质分析样一件，以了解含水层地下水水质状况及抽水过程中水质的变化。

2.1 抽水试验过程

抽水试验过程是：成孔→洗孔→下泵→测量静水位→开泵→S1→S2→S3→水位恢复→提出孔内水泵。

2.2 抽水试验结果

（1）抽水试验成果依据《水文地质手册》，选用稳定流承压水非完整井公式计算，公式如下：

式中： K—渗透系数（m/d）Q—抽水孔涌水量（m3/d）

Sw—抽水孔水位下降值（m）

M —计算含水层厚度（m）

R —影响半径（m）

r—抽水井半径（m）

l—过滤器的长度（m）；

计算时先假设影响半径为100m，利用迭代法，经过3次迭代。根据上述方法分别对三个点试验，岩溶裂隙水单位涌水量q=0.297～1.483L/s.m，岩石渗透系数为3.42-20.40m/d，平均10.11m/d。

3 基坑涌水量计算

根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012附录E基坑涌水量计算，分别采用以下两种方法。

（1）承压水-潜水完整井：基坑跨越隔水层和承压水含水层，基底位于承压水含水层中，降水井打穿全部承压水含水层，涌水量可按下式计算：

式中：H0 ----承压含水层的初始水头

其中k取10.11m3/d，M取50m，s取12m，R取20m（由现场观测井实际观测得出），可以算出每日基坑涌水量Q=115990方。

（2）承压水非完整井：基坑位于隔水层中，降水井未打穿承压水含水层，涌水量可按下式计：

其中k取10.11m3/d，M取50m，Sd取13m，R取20m（由现场观测井实际观测得出），L取12m，ro取54.128m，可以算出每日基坑涌水量Q=48494.7方。

4 结束语

岩溶裂隙水单位涌水量q=0.297～1.483L/s.m，岩石渗透系数为3.42～20.40m/d，平均10.11m/d，其停泵后水位可在10～20s内恢复，说明揭露的灰岩岩溶裂隙水水量大，连通性好，补给迅速，单井的出水能力平均为q0=296.7m3/d；石灰岩中溶蚀裂隙发育及石灰岩中的其他结构面等在横向、纵向上宽度、大小及发育程度不均且无规律，同时上更新统中在不同区域砂姜含量变化较大，且水量大小、补给速度与其相关。结合现场试验数据算得基坑涌水量为48494.7～115990立方每天，针对此类基坑涌水量较大的情况，我们做好围护结构止水帷幕，提前做好基坑开挖前的降水工作，确保基坑开挖的安全。