圆砾层车站附属工程坑外降水适应性分析

圆砾层车站附属工程坑外降水适应性分析摘要：在地铁车站附属工程基坑降水设计中，由于基坑平面尺寸较小，可能出现需要采用坑外降水方式的情况。因围护结构的阻碍作用，坑外降水可能导致较大深度和范围内的坑周水位下降并诱发地面沉降，因此必须针对坑外降水的适用性进行分析。本文在分析圆砾层车站附属工程基坑坑外降水渗流特征的基础上，提出了坑外降水适应性分析方法，并通过工程实例进行了验证。关键词：圆砾层，地铁车站，附属工程，坑外降水，渗流特征，沉降控制。作者简介：赵少阳，男，硕士，主要从事工程地质与水文地质方面的研究工作。Abstract：Inthedewateringdesignoftheancillaryworkspitsofthesubwaystation,itispossiblethatdewateringoutsidethepitshouldbeadopted,duetothesmallareaofthepits.Becauseoftheimpedimenteffectoftheenclosurestructure,dewateringoutsidethepitmaycausegroundwaterdeclinatonandlandsubsidencewhicharedeepandwide.Soitisnecessaryforconsideringtheadaptabilityofdewateringoutsidethepit.Thispaperanalyzestheseepagecharacteristicsofdewateringoutsidetheancillaryworkspitsofthesubwaystationinroundgravellayer,andbasedonthis,raisesaadaptabilityanalysismethod,andthenverifythemethodwithanexample.Keywords：roundgravillayer;subwaystation;ancillaryworks;dewateringoutsidethepit;seepagecharacteristics;settlementcontrol.中图分类号：K826.16文献标识码：A文章编号：1引言目前，南宁市正在进行大规模地铁建设，当地较为特殊的地质环境将给车站基坑降水工作带来很大的困难。南宁市中心城区广泛分布有巨厚的圆砾含水层，圆砾层厚度大、级配差，施工易坍孔，要完全隔断比较困难；同时，地下水与地表水联系紧密，含水层透水性强，水量极其丰富，降水难度较大。因此，基坑降水问题是地铁建设中需要解决的重要问题。地铁车站主体工程基坑降水通常采用坑内降水的方式，不少学者已对此进行了研究1,2。但是对于附属工程（如出入口、风亭通道等）基坑而言，因其平面尺寸较小，若采用坑内降水方法可能出现降水设备难以进场、或进场后的后续开挖工作难以进行等困难，因此有必要考虑坑外降水的适应性问题，即可否采用坑外降水方法。然而，与此问题有关的研究目前并不多见，工程建设需要不能得到满足。本文在简要阐述圆砾层中基坑降水的渗流特征的基础上，对影响坑外降水适应性的因素进行分析，并提出坑外降水适应性的判别方法，最后结合工程实例对该判定方法的实用性进行验证。2圆砾层基坑坑外降水渗流特征在基坑降水方案设计中，最好能够先认识和掌握基坑降水中的地下水渗流特征。吴林高3根据上海软土地区的经验总结了基坑围护结构周围地下水渗流的三种类型。南宁市圆砾层厚度较大，上覆有一定厚度的黏性土层，当基坑围护结构未隔断含水层时，基坑降水时的地下水渗流特征如图1所示，它类似于吴林高提出的第三类基坑降水渗流：围护结构阻挡边界的地下水不连续，而围护结构以下的地下水连续相通，地下水渗流为三维流。这类地下水渗流为复杂的三维流，无法找到合适的理论解，只能建立三维渗流模型通过数值方法进行渗流计算。图1基坑降水渗流特征Fig.1Seepagecharacteristicsofpitdewatering根据这种基坑降水渗流特征，降水可能对周边环境有较大的影响。由于降水井在围护结构以外，地下水降深较大，且影响半径大，可能诱发较大范围的地面沉降。同时，因地下水仍保持连续，故坑外降水漏斗比较平缓，地面沉降应当比较均匀。3坑外降水适应性约束条件基坑降水中的坑外降水适应性即能否采用坑外降水方法，其约束条件主要有两个方面：一是坑外降水效果能否满足基坑施工要求，二是坑外降水对周边环境的影响能否满足控制要求。下面分别从这两个方面进行分析。（1）坑外降水能否满足基坑施工要求基坑施工中对降水的要求是将地下水位降低到开挖面以下，保持坑底干燥，即将水位降到设计降深。这属于地下水动力学经典理论范畴，工程界对于这方面的研究已经比较成熟。从图1分析，可将基坑坑外降水情况概化为一个承压含水层中的降水“大井”。根据地下水动力学经典理论4，（1）其中，Q为基坑涌水量，K为含水层渗透系数，M为含水层厚度，sw为水位降深，R为影响半径，A为基坑概化为“大井”时的换算半径，a为与边界条件有关的变量。从公式（1）中可见，在给定的基坑条件与地质条件下，降深sw主要与涌水量Q有关，而Q实为所有降水井的总抽水量，在工程中是可以控制的。因此，从理论上讲，坑外降水是可以满足基坑施工要求的。（2）坑外降水能否满足环境控制要求基坑降水对周围环境的影响是工程界一向非常关心的问题，主要包括降水对地面沉降及对建筑物等沉降的影响等，这些都是降水设计必须考虑的因素5。降水影响周围环境的主要原因是水位下降导致土层变形。在坑外降水中，因围护结构的阻碍，地下水渗流路径延长，其抽水量相比坑内降水而言更多的来自基坑外侧含水层，坑外降深也更大，不利于控制土层变形。因此，需要首先计算出坑外降水导致的沉降，然后确定是否满足环境控制要求。4坑外降水适应性分析方法根据以上讨论，坑外降水适应性主要受基坑施工要求和环境控制要求两方面的约束，则其判别也应当从这两方面着手。当然，这一判别过程应当在需要基坑降水的前提下进行。本文提出的适应性分析方法的思路是通过计算坑外降水令坑内水位达到要求降深时，验证坑周地面沉降是否满足沉降控制要求来判别其适应性。图2为坑外降水适应性分析步骤。下面对判别方法中的一些细节予以说明。图2坑外降水适应性分析Fig.2Adaptabilityanalysisofdewateringoutsidethepit适应性分析的前提是需要进行基坑降水，因此，首先验证基坑底板稳定性。如果满足稳定性验算，则不需要进行基坑降水；如果不满足，则应将水位降至基坑底板以下0.51m。然后根据需要达到的降深计算渗流与沉降。坑外降水渗流为三维流，目前没有合适的理论解，故一般采用数值分析方法进行计算，也有成熟的计算软件可供利用，如美国地质调查局（USGS）开发的MODFLOW。降