李宏安,馮雨潤(rùn)之 ,李玲利,賈　雷

(1.北京交通大學(xué)　土木建筑工程學(xué)院，北京　100044；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京　100013；

3.北京地礦工程建設(shè)有限責(zé)任公司，北京　100016)

?

基于數(shù)值模擬的福州某地鐵站基坑地下水控制方案研究

李宏安1,馮雨潤(rùn)之2,李玲利3,賈雷3

(1.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京100044；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京100013；

3.北京地礦工程建設(shè)有限責(zé)任公司，北京100016)

摘要：福州某地鐵站基坑開(kāi)挖時(shí)地下水位較高，含水層具有承壓性，隔水層為軟弱地層，需要采取地下水控制措施以保證地鐵基坑施工和周邊環(huán)境的安全。一般的解析法計(jì)算無(wú)法滿(mǎn)足地下水控制設(shè)計(jì)的需要，故采用數(shù)值模擬的方法就該基坑的降水工程進(jìn)行分析。綜合考慮隔水帷幕設(shè)計(jì)深度、封底形式、降水井深及泵量等因素設(shè)計(jì)了3個(gè)地下水控制方案。通過(guò)單孔抽水試驗(yàn)求取水文地質(zhì)參數(shù)，結(jié)合場(chǎng)區(qū)的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件，采用Visual MODFLOW軟件建立三維地下水滲流數(shù)值模型，驗(yàn)證地下水控制方案的可靠性。通過(guò)對(duì)各比選方案進(jìn)行預(yù)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，懸掛式隔水帷幕能有效控制降水引起的沉降，且封底處理的控制效果較加深帷幕深度更為明顯。

關(guān)鍵詞：隧道工程；滲流模擬；懸掛式帷幕分析；沉降預(yù)測(cè)

0引言

福州地區(qū)地下水埋藏較淺，且多為承壓水，對(duì)地鐵基坑工程的施工安全和環(huán)境安全造成極大威脅，必須采取安全穩(wěn)妥的地下水控制措施。地下水控制方案設(shè)計(jì)需統(tǒng)籌考慮，通過(guò)解析法計(jì)算有較大的局限性，故采用數(shù)值方法對(duì)地下水位、水量的實(shí)時(shí)變化進(jìn)行模擬，計(jì)算降水影響三維空間范圍不同時(shí)刻水頭分布。本地區(qū)存在多層淤泥質(zhì)土，地層排水固結(jié)沉降量較大，控制抽水引起的沉降十分必要。

數(shù)值模擬技術(shù)在地下水控制方面應(yīng)用已較為普遍，研究也較為深入。Gambolati和Freeze于1973年研究威尼斯的由多層含水層與弱透水層組成的地下水系統(tǒng)抽水引起的地面沉降問(wèn)題時(shí)，提出兩步計(jì)算模型[1]。Lewis等以此為基礎(chǔ)提出完全耦合模型，并于1978年將其運(yùn)用于威尼斯的地面沉降計(jì)算中，結(jié)果表明水頭下降和地面沉降比兩步計(jì)算模型較快地趨于穩(wěn)定[2]。 Shearer在MODFLOW程序的基礎(chǔ)上增加了考慮黏土層中沉降滯后于抽水的作用，將地下水流作擬三維處理，弱透水層的釋水通過(guò)沉降計(jì)算后再代入含水層中，以太沙基一維固結(jié)理論為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了描述黏性土中孔隙水壓力緩慢消散、滯后于含水層水頭變化過(guò)程的夾層排水程序(IDP)，并引入了前期固結(jié)水位的概念[3]。

杜思思等采用Processing MODFLOW軟件的IBS模塊對(duì)北京市平原區(qū)各含水層水位、地面沉降進(jìn)行同步模擬[4]。商婷婷等采用有效應(yīng)力原理的Cam-Clay模型，與GEO-SLOPE里的SEEP結(jié)合起來(lái)模擬外荷載作用下超孔隙水壓力的產(chǎn)生和消散引起的土體固結(jié)[5]。

以美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局開(kāi)發(fā)的MODFLOW商業(yè)軟件為代表[6-8]，太沙基有效應(yīng)力原理為基礎(chǔ)的地下水三維滲流與一維垂向固結(jié)沉降的耦合模型；駱祖江等近期提出基于比奧固結(jié)理論與土體非線(xiàn)性流變理論，建立地下水滲流與地面沉降三維全耦合模型[9]。金偉澤等通過(guò)上述兩種方法進(jìn)行對(duì)地下水滲流與地面沉降進(jìn)行耦合模擬[10]。

本文以福州某地鐵站為例進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)研究，首先通過(guò)抽水試驗(yàn)確定水文地質(zhì)參數(shù)，結(jié)合場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)工程條件搭建三維滲流模型，計(jì)算不同地下水控制方案下場(chǎng)區(qū)內(nèi)水位下降情況，計(jì)算場(chǎng)地內(nèi)外的沉降量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案和地下水控制方案，達(dá)到控制降水引起的地層沉降的目的。

1工程概況

福州市軌道交通2號(hào)線(xiàn)五里亭站位于福馬路與廟前街、后浦街交叉口處，呈東西向布設(shè)?，F(xiàn)狀場(chǎng)地地形較平坦，地面條件為中等復(fù)雜，站址周邊現(xiàn)狀為居住民房、現(xiàn)狀道路、公共設(shè)施等,如圖1所示，布井條件有限，拆遷成本較高。降水引起的地面沉降對(duì)周邊建筑物影響較大，亦可能造成部分地下管線(xiàn)變形甚至開(kāi)裂，需根據(jù)地下水控制方案對(duì)周邊環(huán)境影響的預(yù)測(cè)結(jié)果選定控制方案。

圖1　五里亭站位置及其周邊環(huán)境圖Fig.1　Wuliting metro station and surrounding environment

由于場(chǎng)區(qū)內(nèi)下部承壓含水層厚度較大，含水層底板埋深超過(guò)45 m，結(jié)合地下水控制要求，降水井深要求和成本控制因素，設(shè)置埋深為33 m的懸掛式隔水帷幕。車(chē)站尺寸、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及工法見(jiàn)表1。

表1　地鐵站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及工法

2巖土工程條件

2.1工程地質(zhì)條件

本站場(chǎng)區(qū)內(nèi)第四系厚度約47.1 m，可分為7層(見(jiàn)表2)，地表以下分別為1-2雜填土，大部分地段以黏性土、碎石、塊石為主回填；2-1層為灰黃色黏土，屬中等壓縮性土層；2-4-1層為深灰色淤泥，干強(qiáng)度及韌性中等，屬高壓縮性土層；2-4-4層為深灰色淤泥夾砂層，流塑至軟塑，飽和，以黏粒為主，干強(qiáng)度及韌性低，屬高壓縮性土層；2-4-5為深灰色淤泥質(zhì)細(xì)中砂，稍密至中密為主；3-1為粉質(zhì)黏土，可塑至硬塑，屬中等壓縮性土層。3-3為(含泥)粗中砂層，飽和；3-5為深灰色淤泥夾砂，干強(qiáng)度及韌性低，屬于高壓縮性土層；3-8為淺灰色卵石層，稍密為主，飽和，間隙主要由中粗砂和砂質(zhì)黏土充填。

表2　地層分布表

下伏基巖層為7-1強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，原巖組織結(jié)構(gòu)已大部分風(fēng)化破壞，巖芯多呈砂土狀，遇水易軟化、崩解。典型地質(zhì)剖面如圖2所示。

圖2　典型地質(zhì)剖面(單位:m)Fig.2　Typical Geological section(unit:m)

2.2水文地質(zhì)條件

大氣降雨是本區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源之一。2-4-5層淤泥質(zhì)細(xì)中砂層為影響結(jié)構(gòu)施工的主要承壓含水層，3-3層為含泥粗中砂層，3-8層卵石承壓水頭高，厚度約20 m，與2-4-5層之間的相對(duì)隔水層不連續(xù)，部分地區(qū)存在“天窗”，水力聯(lián)系密切。根據(jù)勘察資料，混合穩(wěn)定水位埋深為0.90～3.50 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為2.86～5.75 m，地下水位變化主要受氣候的控制，年變化幅度約2.0～3.0 m。地下水總體流向自西向東。

為了確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，查明場(chǎng)區(qū)內(nèi)含水層之間的水力聯(lián)系，于2013年6月進(jìn)行了抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)場(chǎng)地位于福馬路輔路，擬建車(chē)站的中部，共布置抽水井5眼(見(jiàn)圖3)，沿地下水流動(dòng)方向的觀(guān)測(cè)井6眼，抽水試驗(yàn)井的結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表3。

圖3　抽水試驗(yàn)孔及觀(guān)測(cè)孔平面位置圖Fig.3　Plane location of pumping test wells and observation wells

試驗(yàn)分為兩組多孔抽水試驗(yàn)：第1組對(duì)CK1-1、CK1-2和CK1-3分別進(jìn)行了3個(gè)降深的抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)段為12～20 m位置的淤泥質(zhì)細(xì)中砂含水層，抽水試驗(yàn)S-lgt關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖4(a)；第2組對(duì)CK2-1，CK2-2，分別進(jìn)行了2個(gè)不同降深的抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)段為20～30 m位置的中粗砂含水層，抽水試驗(yàn)S-lgt關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖4(b)。利用觀(guān)測(cè)結(jié)果采用相應(yīng)的非穩(wěn)定流公式計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)(詳見(jiàn)表4)。

承壓非完整井，帶兩個(gè)觀(guān)測(cè)孔滲透系數(shù)公式：

承壓水條件下，帶兩個(gè)觀(guān)測(cè)孔影響半徑公式：

表3　試驗(yàn)井結(jié)構(gòu)參數(shù)表

注：第2組井(CK2-1，CK2-2，GK2-1，GK2-2，GK2-3，GK2-4)針對(duì)上部淤泥質(zhì)細(xì)中砂層含水層進(jìn)行了分層止水處理。

圖4　抽水試驗(yàn)S-lg t關(guān)系曲線(xiàn)Fig.4　Curve of relationship between S and lg t(pumping tests)

滲透系數(shù)K/(m·d-1)影響半徑R/m第1組111.64138.6627.0450.59第2組326.1458.234——5——634.05—722.85212.67831.28228.46綜合建議值第1組 7.0480～120第2組22.85200～240

式中,S1為抽水穩(wěn)定后1號(hào)觀(guān)測(cè)孔水位降深；S2為抽水穩(wěn)定后2號(hào)觀(guān)測(cè)孔水位降深；r1為1號(hào)觀(guān)測(cè)孔到主孔的距離；r2為2號(hào)觀(guān)測(cè)孔到主孔的距離；h1,h2為抽水穩(wěn)定時(shí)1號(hào)觀(guān)測(cè)孔和2號(hào)觀(guān)測(cè)孔距含水層底板的水位高程；Q為抽水孔穩(wěn)定流量。為了解抽取地下水地面沉降情況，本次抽水試驗(yàn)對(duì)可能影響到的區(qū)域范圍內(nèi)布置地面沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況共布置22個(gè)地面沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)(沿著抽水試驗(yàn)影響范圍均勻布置)，在抽水試驗(yàn)期間定期進(jìn)行沉降觀(guān)測(cè)。沉降觀(guān)測(cè)時(shí)間為：7月16日—7月25日。

周邊10 m范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均累計(jì)沉降18.78 mm，周邊10～30 m范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均累計(jì)沉降13.19 mm，周邊30～50 m范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均累計(jì)沉降11.59 mm，周邊50 m處監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降0.46 mm。僅僅短暫的單井抽水試驗(yàn)即引起如此范圍和量級(jí)的地面沉降，如實(shí)施大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的車(chē)站基坑降水，而不采取其他控制措施，對(duì)周邊環(huán)境的破壞影響可想而知。

3地下水滲流模型的建立

地下水滲流模型可預(yù)測(cè)各種條件影響下(比如時(shí)間變化，邊界條件變化，不同部位的源、匯變化等)的滲流場(chǎng)變化情況，這些變化條件與實(shí)際工程施工相對(duì)應(yīng)，可針對(duì)性較強(qiáng)地增減泵量、調(diào)整開(kāi)泵部位和區(qū)域；以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步研究地下水位以下各地層由于水位降低有效應(yīng)力增加所產(chǎn)生的地面沉降變化規(guī)律。

3.1模擬軟件介紹

本次模擬選用Visual MODFLOW數(shù)值分析軟件。Visual MODFLOW是目前國(guó)際上最為流行的三維地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模擬的標(biāo)準(zhǔn)可視化專(zhuān)業(yè)軟件。由于其程序結(jié)構(gòu)的模塊化、有限差分離散的簡(jiǎn)單化和求解方法的多樣化等優(yōu)點(diǎn), 被廣泛用來(lái)模擬井流、河流、排泄、蒸發(fā)和補(bǔ)給對(duì)非均質(zhì)和復(fù)雜邊界條件的水流系統(tǒng)的影響。

3.2數(shù)學(xué)模型

多孔介質(zhì)承壓含水層三維非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型方程如下所示[11]：

式中,Ω為滲流區(qū)域；h為地下水系統(tǒng)的水位標(biāo)高；K為含水介質(zhì)的水平滲透系數(shù)；Kz為含水介質(zhì)垂向滲透系數(shù)；ε為含水層的源匯項(xiàng)；h0為系統(tǒng)的初始水位分布；S為自由面以下含水層儲(chǔ)水率；Γ0為滲流區(qū)域的上邊界，即地下水的自由表面；μ為潛水含水層在潛水面上的重力給水度；p為潛水面的蒸發(fā)和降水入滲強(qiáng)度等；Γ1為已知水位邊界；h1為已知邊界水位值；Γ2為滲流區(qū)域的流量邊界；Kn為邊界面法線(xiàn)方向的滲透系數(shù)，n為邊界面的法線(xiàn)方向；q為Γ2邊界的單位面積上的流量，流入為正，流出為負(fù)，隔水邊界為0。

3.3模型范圍和邊界條件

場(chǎng)地距離自然邊界較遠(yuǎn)，為減少地下水邊界效應(yīng)的影響，由基坑中心向四周擴(kuò)展2倍的影響范圍(500 m)，即模擬區(qū)為1 000 m×1 000 m的矩形區(qū)域。在模型邊界處設(shè)定定水頭邊界，并在模型的東、西邊界上設(shè)置一定的水頭差以模擬天然狀態(tài)下地下水的滲流。

結(jié)合勘察資料和該地區(qū)水文地質(zhì)條件，將模擬區(qū)的第四系地層概化處理為5層，地層概化參數(shù)見(jiàn)表5。

表5　模型概化參數(shù)表

3.4模型剖分

模型采用六面體網(wǎng)格剖分，在水平方向上采用非等距矩形網(wǎng)格剖面(基坑開(kāi)挖區(qū)域附近網(wǎng)格加密)。綜合考慮隔水帷幕的設(shè)置、邊界條件、水文地質(zhì)條件、抽水井和觀(guān)測(cè)井的布置，平面上剖分為60行、107列，加密區(qū)最小單元格的面積為2×2 m2，非加密區(qū)域單元格面積約為20×20 m2；垂向上共劃分為5個(gè)參數(shù)分區(qū)。剖分網(wǎng)格見(jiàn)圖5。

圖5　三維離散網(wǎng)格剖分示意圖(單位:m)Fig.5　Three-dimension subdivision of discrete model nets(unit:m)

3.5初始條件和模擬期

根據(jù)勘察報(bào)告中的地下水水位，按照內(nèi)插法和外推法獲得含水層的初始水位，考慮整體流場(chǎng)賦虛擬水位值，基坑降水模型源匯項(xiàng)比較簡(jiǎn)單，水面可近似作為平面考慮，給整個(gè)模型賦一個(gè)水頭值，然后通過(guò)穩(wěn)定流運(yùn)行得到初始流場(chǎng)。降水工程中常需要疏干某一含水層，而MODFLOW的計(jì)算原理決定了它無(wú)法良好地解釋含水層疏干條件下的滲流情況，因此在確定模擬期時(shí)，需要參考相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，將總模擬期控制在水位下降至疏干的時(shí)間段內(nèi)。本次研究模擬抽水30 d內(nèi)的變化，將30 d分為10個(gè)應(yīng)力期，時(shí)間步長(zhǎng)為3。

4方案研究及預(yù)測(cè)分析

4.1方案比選

本區(qū)域地層軟弱，以淤泥、黏土、淤泥質(zhì)砂為主。隨著降水作業(yè)的進(jìn)行，有效應(yīng)力增大導(dǎo)致的土體壓縮將會(huì)非常明顯，因此本次地下水控制設(shè)計(jì)采用懸掛式帷幕，并將降水井限定在帷幕范圍內(nèi)，這將大大降低對(duì)周邊環(huán)境的影響。在這一前提下降水引起的沉降量采用了《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120—2012》中相關(guān)公式結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。

固結(jié)沉降的計(jì)算方法為分層總和法，公式為：

帷幕內(nèi)抽水降壓采用多點(diǎn)小流量分散降壓抽水設(shè)置降水井，沿車(chē)站主體布置兩排共42口降壓井，在車(chē)站東西端頭和中心各設(shè)置一口觀(guān)測(cè)井，見(jiàn)圖6，模擬抽水30 d水位的變化情況。降水井間距 9 m，井深30 m，模型內(nèi)設(shè)置為分層降壓，其中20口井只對(duì)4層降壓，22口對(duì)2層和4層降壓。模型中抽水井出水量根據(jù)各方案實(shí)際情況有所調(diào)整，見(jiàn)表6。

圖6　降水井平面布置圖Fig.6　Plane layout of dewatering wells

2層單井出水量/(m3·d-1)4層單井出水/(m3·d-1)1～15d15～30d1～30d方案1105125方案2105112方案3202064

4.2預(yù)測(cè)分析

4.2.1方案1預(yù)測(cè)分析

本方案圍繞車(chē)站主體設(shè)置懸掛式帷幕，井深30 m，隔水帷幕深度為33 m，基坑不進(jìn)行封底處理，該方案垂向水頭分布見(jiàn)圖7。由于3層隔水層車(chē)站右線(xiàn)部分地段厚度較小，甚至出現(xiàn)天窗，出于安全考慮，2層和4層均降至基坑結(jié)構(gòu)底板以下0.5 m，即要求降深為13.78 m。抽水30 d后，時(shí)間和降深的關(guān)系見(jiàn)圖8。

圖7　方案1垂向水頭分布圖(單位:m)Fig.7　Vertical distribution of hydraulic heads of scheme 1(unit:m)

圖8　方案1時(shí)間與降深關(guān)系曲線(xiàn)Fig.8　Curves of relationship between drawdown and time of scheme 1

帷幕范圍內(nèi)抽水造成的沉降約270～310 mm，最大沉降量位于車(chē)站中段，約330 mm；帷幕外地面最大沉降量為140 mm(圖9)。

圖9　方案1地面沉降等值線(xiàn)(單位：mm)Fig.9　Land subsidence contour lines of scheme 1(unit:mm)

4.2.2方案2預(yù)測(cè)分析

本方案圍繞車(chē)站主體設(shè)置懸掛式帷幕，井深30 m，隔水帷幕深度為38 m，基坑不進(jìn)行封底處理，該方案垂向水頭分布見(jiàn)圖10。含水層2層和含水層4層的要求降深均為13.78 m(同方案1)，即車(chē)站主體結(jié)構(gòu)底板以下0.5 m。抽水30 d后，時(shí)間和降深的關(guān)系見(jiàn)圖11。

圖10　方案2垂向水頭分布圖(單位：m)Fig.10　Vertical distribution of hydraulic heads of scheme 2(unit:m)

圖11　方案2時(shí)間與降深關(guān)系曲線(xiàn)Fig.11　Curves of relationship between drawdown and time of scheme 2

帷幕范圍內(nèi)抽水造成的沉降約270～310 mm，最大沉降量位于車(chē)站中段，約320 mm；帷幕外地面最大沉降量為130 mm(圖12)。

圖12　方案2地面沉降等值線(xiàn)(單位：mm)Fig.12　Land subsidence contour lines of scheme 2(unit:mm)

4.2.3方案3預(yù)測(cè)分析

圖13　方案3垂向水頭分布圖(單位：m)Fig.13　Vertical distribution of hydraulic heads lines of scheme 3(unit:m)

本方案圍繞車(chē)站主體設(shè)置懸掛式帷幕，井深30 m，隔水帷幕深度為33 m，采用三軸攪拌樁在基坑結(jié)構(gòu)底板以下做旋噴封底處理，封底厚度3 m，該方案垂向水頭分布見(jiàn)圖13。含水層4層水位降至滿(mǎn)足抗突涌要求(降深7.48 m)。含水層2層封底以上部分疏干，封底以下部分水位降至滿(mǎn)足抗突涌要求(降深11.28 m)。抽水30 d后，時(shí)間和降深的關(guān)系見(jiàn)圖14。

圖14　方案3時(shí)間與降深關(guān)系曲線(xiàn)Fig.14　Curves of relationship between drawdown and time of scheme 3

帷幕范圍內(nèi)抽水造成的沉降約170～210 mm，最大沉降量位于車(chē)站中段，約220 mm；帷幕外地面最大沉降量為80 mm(圖15)。

圖15　方案3地面沉降等值線(xiàn)(單位：mm)Fig.15　Land subsidence contour lines of scheme 3(unit:mm)

3個(gè)比選方案的各項(xiàng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表7。

表7　地下水控制比選方案參數(shù)表

通過(guò)3個(gè)方案的比較，可以發(fā)現(xiàn)方案2的懸掛式帷幕由方案1的33 m加深至38 m，改變了坑外水的補(bǔ)給滲流路徑，導(dǎo)致涌水量減少，減少了抽水設(shè)備的工作強(qiáng)度，但是對(duì)于基坑周邊地面沉降的控制效果無(wú)明顯增強(qiáng)；方案3通過(guò)旋噴封底形成了一個(gè)等效隔水層，2層細(xì)中砂在封底內(nèi)的部分厚度僅為4 m，極易疏干；同時(shí)由于旋噴封底水泥土重度略大，4層含泥粗中砂層的降壓要求也有所降低，使得降排水量減少，降水引起的地面沉降量也大為減小，最大沉降量為80 mm，比方案2少了50 mm，效果顯著。

5結(jié)論

(1)對(duì)比帷幕內(nèi)外地下水位變化引起的沉降結(jié)果表明，設(shè)置隔水帷幕對(duì)沉降控制的效果明顯。但是懸掛式帷幕在深度已超過(guò)降水井井深的情況下，僅僅加大帷幕深度，對(duì)周邊沉降的控制和對(duì)基坑涌水量的減小效果不明顯，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如落底式隔水帷幕。

(2)方案3對(duì)基坑底部做了旋噴封底處理，承壓水壓力水頭降低減小，大大減少了基坑涌水量，對(duì)周邊環(huán)境的影響相對(duì)其他兩個(gè)方案也最小，因此建議采用方案3。

(3)方案3在帷幕外側(cè)產(chǎn)生80 mm的最大沉降，周邊環(huán)境(特別是地下管線(xiàn))也難以承受，因而需采取地下水回灌措施以減小地鐵基坑外側(cè)承壓水頭降深值，把降水引起的地面沉降量控制在環(huán)境安全允許范圍內(nèi)。

(4)建議在本次研究的基礎(chǔ)上建立降水-回灌的數(shù)值模擬模型，研究在坑外進(jìn)行地下水回灌條件下降水對(duì)周邊環(huán)境的影響，并確定可靠的降水-回灌方案。

(5)通過(guò)必要的補(bǔ)充勘察，進(jìn)一步查明兩個(gè)承壓含水層之間“天窗”范圍，研究存在“天窗”水力聯(lián)系的降水-回灌的數(shù)值模擬模型，使數(shù)值模擬的分析研究成果更加切合工程實(shí)際。

參考文獻(xiàn)：

References:

[1]GAMBOLATI R，F(xiàn)REEZE A. Mathematical Simulation of the Subsidence of Venice: Theory [J].Water Resource Research, 1973, 9(3): 721-733.

[2]LEWIS R W, SCHREFLER B. A Fully Coupled Consolidation Model of the Subsidence of Venice[J]. Water Resource Research, 1978, 14 (2):223-230.

[3]SHEARER T R. A Numerical Model to Calculate Land Subsidence, Applied at Hangu in China[J]. Engineering Geology, 1998, 49 (2): 85-93.

[4]杜思思.海河平原地下水與地面沉降模型模擬研究[D]. 北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2011.

DU Si-si. Study on Simulation of Model of Ground Water and Land Subsidence in Haihe River Plain[D]. Beijing: China University of Geosciences, 2011.

[5]尚婷婷.天津市塘沽區(qū)城市建設(shè)引發(fā)地面沉降數(shù)值模擬研究[D]. 北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2007.

SHANG Ting-ting. Research on Simulation of Land Subsidence Caused by Urban Construction in Tanggu District of Tianjin[D]. Beijing：China University of Geosciences，2007.

[6]闞京梁，羅立紅. Processing Modflow模型在預(yù)測(cè)地面沉降中的應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010, 27(2):27-31.

KAN Jing-liang, LUO Li-hong. Application of Processing Modflow Model in Prediction of Ground Subsidence[J]. Journal Railway Engineering Society，2010, 27(2):27-31.

[7]李英，何鐘澤，嚴(yán)桂華，等.武漢二元結(jié)構(gòu)地層基坑降水及其地面沉降研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34(增1)：767-772.

LI Ying, HE Zhong-ze, YAN Gui-hua, et al. Excavation Dewatering and Ground Subsidence in Dual Structural Stratum of Wuhan[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2012，34(S1): 767-772.

[8]周念清，唐益群，婁榮祥，等.徐家匯地鐵站深基坑降水?dāng)?shù)值模擬與沉降控制[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2011，33(12) ：1950-1956.

ZHOU Nian-qing, TANG Yi-qun, LOU Rong-xiang, et al. Numerical Simulation of Deep Foundation Pit Dewatering and Land Subsidence Control of Xujiahui Metro Station[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2011，33(12)：1950-1956.

[9]駱祖江，曾峰，李穎.地下水開(kāi)采與地面沉降控制三維全耦合模型研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2009，9(6):1080-1086.

LUO Zu-jiang, ZENG Feng, LI Ying. Study on Study on Three-dimensional Full Coupling Model of Groundwater Exploitation and Land-subsidence Control[J]. Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2009，9(6):1080-1086.

[10]金瑋澤，駱祖江，陳興賢，等. 地下水滲流與地面沉降耦合模擬[J].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2014, 39(5):611-619.

JIN Wei-ze, LUO Zu-jiang, CHEN Xing-xian, et al. Coupling Simulation of Groundwater Seepage and Land Subsidence[J]. Journal of China University of Geosciences：Earth Science Edition，2014, 39(5):611-619.

[11]薛禹群.地下水動(dòng)力學(xué)[M]．北京: 地質(zhì)出版社,1986．

XUE Yu-qun．Groundwater Dynamics[M]．Beijing: Geological Publishing House，1986．

Research of Foundation Pit Groundwater Control Scheme of a Metro Station in Fuzhou Based on Numerical SimulationLI Hong-an1, FENGYU Run-zhi2, LI Ling-li3, JIA Lei3

(1.School of Civil Engineering,Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China；2.School of Water Resources and Environment China

University of Geoscience(Beijing), Beijing 100013, China；3. Beijing Geological Engineering Construction Co. Ltd, Beijing 100016, China)

Abstract：The groundwater control measures must be taken to ensure the safety of metro foundation pit’s construction and surrounding environment because of the aquicludes composed of weak interlayers and confined aquifers owing to the high groundwater level during the excavation of a metro station foundation pit in Fuzhou. Numerical simulation method should be adopted for the metro station foundation pit’s dewatering project as general analytic method cannot meet the analytical requirements of groundwater control scheme design. Three groundwater control schemes are designed with synthetically consideration of the depth of pensile curtain, the form of bottom-sealing, the depth of dewatering well and the pumping rates. A 3D groundwater seepage flow numerical model, which is based on the hydrogeological parameters gathered by single-well pumping test and local hydrogeological and engineering geological conditions, is built by using Visual MODFLOW software to verify the reliability of the groundwater control scheme. Through the forecast analysis of all alternative schemes, it is found out that pensile curtain can effectively control the settlement caused by dewatering, and the control effect of the bottom-sealing would be more efficient than increasing the depth of the pensile curtain.

Key words：tunnel engineering；seepage flow simulation；pensile curtain analysis；subsidence prediction

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-0268(2016)02-0088-08

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.46

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.02.014

作者簡(jiǎn)介：李宏安(1979-)，男，陜西扶風(fēng)人，博士，高級(jí)工程師.(lha417@126.com)

收稿日期：2015-01-24