永达路站承压水抽水试验及数值模拟
官能军，顾其波”，孙韶江”，张盼盼
3.嘉善交通工程质量安全监督站，浙江嘉兴310041；4.镇海区交通工程安全质量监督站，浙江宁波315202） （1.宁波交通工程质量安全监督站，浙江宁渡315000；2.杭州市公路管理局，浙江杭州310004；
[摘要]对宁波轨道交通3号线永达路站4层车站深基坑6和8，层承压水开展抽水试验，利用试验数据计算得到承压水水头标高、涵水量、导水系数、贮水系数及渗透系数等参数.在此基础上，利用ModFlow软件建立了抽水 试验模型，将抽水试验结果与数值模拟计算结果进行验证，并提出减压降水方案，以保证深基坑抗突涌设计和施工安全.
[关键词]车站；基坑；承压水；拍水试验；水文参数；数值模拟
[中图分类号]TU753 [文献标识码]A
[文章编号]1002-8498(2017)13-0144-06
Testand Numerical Simulation of ConfinedWater Pumping atYongda Road Station
GONG Nengjun' GU Qibo² SUN Shaojiang' ZHANG Panpan*
1. Ningbo Trafic Engineering Quality Safery Superision Station Ningbo Zhejiang 315000 Chine;2. Hangzhou Highaay Administration Barenu Hfangahou Zhejiang 310004 Chine ;3. Jiashan Trgfie Engineering Quality Safety Supenision Stetion Jiaxing Zhejiang 310041 China;4. Zhenghei Traffic Enginering Quality Safety Supersision Station Ningbo Zhejiang 315202 China)
Abstract ;In line 3 of Ningbo urban rail transit the pumping test of confined water in and ③ layersof four-layer deep foundation excavation at Yongda Road Station is carried out. Such parameters as headelevation water inflow hydraulic conductivity storage coefficient and permeability of the confined water are obtained using the test data. On this basis using the model of pumping test established by usingModFlow software the mumerical simulation results are verified with the pumping test results to proposethe method of reduced precipitation and to ensure that design and construction of the anti-inrushing ofdeep foundation excavation are safe.
Key words; stations; foundation excavation;confined water; pumping test; hydrologicalparamelers; simulation
坑底顶裂、有基坑坑底发生流砂、有类似“沸腾”的
0引言
程向深大方向发展.基坑开挖使基坑坑底到下部水、减压、坑底加固.涌事故.一旦发生突涌事故，会对基坑造成灾难性的破坏，造成巨大的经济损失.
承压含水层的距离越来越小，当基坑坑底的土体自本文对宁波轨道交通3号线永达路站4层地下重压力小于承压压力的时候，基坑坑底就会产生突车站深基坑和8，层承压水开展抽水试验，获取水文参数，为基坑承压水稳定设计提供参数，提出 减压降水方案，确保了深基坑抗突涌设计和施工安全.
基坑突涌的原因很多，基坑开挖未采取降水措施，导致基坑突涌；对场地内空润的处置不当最终导致基坑突滴.同时，基坑突涌形式多样，有基坑
1抽水试验
1.1工程概况
宁波市轨道交通3号线永达路站全长约166.059m，为4层地下车站，标准段宽度为19.7m，采用明挖联作法施工.标准段基坑深度为27.31m，
表2坑底土体突涌稳定性计算
端头井处基坑深度为28.91m.根据勘察报告可知， 车站基坑开挖直接涉及①，层填土、①层黏土、①，层激泥质黏土、②层淤泥质黏土、②层淤泥、③层粉质黏土、④层黏土、层褐黏土、5层粉质黏土.各土层标高及岩性特征如表1所示.
Table 2 The calculation of inrushing stability
of bottom soil含 埋深/ 水头 层顶板 承压 基坑开挖 最大 自重应力/ 水压力/ 承压 突酒稳定 安全系数水层 理深/m 谋度/ kPa kPa x 4.5 6 35 60 28.91 28.91 109. 62 559. 62 305 540 0. 359 1. 036
表1各土层岩性特征
Table 1 Lithologic features of soil layers
土层层号 名称 顶板标高/m 该层俗称“硬壳层”，呈 岩性特征① 黏土 0. 330 2. 040 软可塑状态，具高压① 淤泥质 缩性 星流塑状态，具高压缩土 3. 530 ~ 1. 270 性，属高灵敏度土 呈流塑状态，具高压缩② 激泥质 黏土 9. 510 ~ -5. 480 性，属高灵敏度土，局部夹激泥 软整状态，具中压缩性，③ 粉质 黏土 12. 810 ~ 9. 730 土质不均，夹薄层状粉 土、粉砂，局部粉性较重相变为粉砂、砂质粉土 星软塑状态，具中压缩黏土 -15.620--24.190性，土质不均，局部为粉 质土呈硬可塑状态，具中压黏土 16.150--12.960缩性；夹薄层状粉土 局 部粉性较重 粉质 -25.850~-31.110性：夹薄层状粉土，局部 呈软塑状态，具中压缩黏土 为鞍土6 粉质 黏土 -30.400~-24.750性；夹薄层状粉土，局部 星软塑状态，具中压缩为鞍土 呈中密状态，具中压缩K9 粉土 -48.610~-30.450性；夹薄层状粉砂、黏 性土粉细砂 62. 590 54. 180 密实状态，具中-低压粉反 缩性 是硬可塑状态，具中压9 黏土 66. 010 61. 810 缩性
由表2可知：层和，层突涌稳定安全系数均<1.1，存在突涌风险，必须对基坑进行处理.在处理之前需要开展抽水试验研究，以获得抗突涌设计参数，如水头标高、渗透系数等. 1.2抽水试验井布置 本次试验共有2口抽水井，分别为C1，C2，其中C1井进入层，C2井进入8层，4口观测井，井位置如图1所示. 图1抽水试验井平面布置Fig. 1 Plane arrangement chart of wellsfor pumping test 1.3抽水过程 从2014年12月12日-2015年1月5日在拟建区间对层和8，层进行带2个观测孔的抽水 试验.在试验过程中，需对静止水位、抽水时水位、恢复水位进行观测. 1）静止水位观测 根据相关规范，承压水作用下的坑底突涌稳定性应符合下式规定： 51.8m，抽水井2深61.8m. 抽水试验井结构如图2所示.其中抽水井1深 (1) 抽水前对现场抽水井进行静止水位观测，测出承压水水头标高，以了解试验区域地下水水位的自然变化以及确定抽水试验前的自然水位、初始流场情况.每2h观测1次，共观测64h. 式中：K为突涌稳定安全系数；K不应小于1.1；D为承压水含水层顶面至坑底的土层厚度（m）：y为m）；h.为承压水含水层顶面的压力水头高度（m）； 承压水含水层顶面至坑底土层的天然重度（kN/y.为水的重度（kN/m²）. 2）抽水水位观测 试验中抽水井和观测井同步观测地下水位.在抽水孔开始抽水后第1，2 3，4，5，10，15min各测间总长为780min. 1次，出现稳定趋势后每隔30min测1次.抽水时 由于宁波地区6层承压层顶板理深一般为20.0-35.0m，水头埋深0.9-4.5m；8，层承压层最不利因素计算突涌稳定安全系数K.计算结果 顶板埋深一般为40.0-60.0m，水头埋深3-6m，按如表2所末. 万方数据 3）恢复水位观测 恢复水位观测自停止抽水后进行，从停止抽水 表3抽水试验数据 Table 3 Pumping test data 降深/m 酒水量/抽水井 组号 抽水井 1 观测井 2 (-P)A1 A2 12.13 18.02 3.83 3.01 3.47 2.67 43.73 27. 72CI A3 6.01 2.43 2.15 14. 52C2 BI B2 12.04 18.03 2.54 2.05 2.27 1. 75 120. 50 64. 29B3 6.00 1. 45 1. 26 14.49 2.2.1C1井抽水试验 图2抽水试验井结构 抽水井初始水头标高为0.650m，停抽时水位标高为 A1组试验水头标高与时间关系如图4所示.-17.370m，水位降深18.020m：观测井1初始水位标高为0.600m，停抽水位标高为-3.230m，水位降深3.830m；观测井2初始水头标高为0.560m，停抽水位标高为-2.910m，水位降深3.470m.开始抽 水后，在0-180min阶段，抽水井C1降深急剧下降，在180min后水头标高稳定在-17.370m.观测井1与观测井2相比，观测井1离抽水井比较近，因此观测井1的降深比观测井2的降深大，符合实际情况. Fig. 2 The structure of wells for pumping test 后第1，2，3，4，5，10min各测1次，待水位稳定后每隔30min测1次.水位恢复观测时间为660min. 2试验结果及分析 2.1静止地下水位 抽水前对和③，层进行静止水位观测试验.C1抽水井处地面标高为2.850m，C2抽水井处地面标高为2.810m.静止水位观测结果及其变化曲线如图3所示，可以看出：本场地地下水位具有一定的 波动性，6层水头标高在0.400-0.650m，波动在25cm，6层承压水水头标高在0.650m位置；③层水头标高在-1.490--1.260m，波动在23cm，③层承压水水头标高在-1.260m位置. 图4水头标高与时间关系Fig. 4The relationship between water headelevation and time 水后，在5min内涌水量达到145.9m²/d，在20min 涌水量与时间关系如图5所示，抽水井开始抽后涌水量达到稳定，稳定在43.7m/d. 图3水位波动监测曲线 图5涌水量与时间的关系 Fig. 3 The monitoring curve of water level fluctuation Fig.5 The relationship between water inflow and time 2.2抽水试验 抽水井、观测井1和观测井2的整个抽水试验过程水位下降及恢复比率结果如图6，7所示.在抽水前期水位下降迅速，在抽水90min时，抽水井水位 分别对两抽水井进行6，12，18m组降深抽水试验，抽水核数据如表3所示. 降深占总降深的82.02%：观测井1的水位降深占总降深的47.78%，观测井2的水位降深占总降深 的 45. 24% 2.27m.在270min后水头标高稳定在-19.290m. 高为-1.300m，停抽时水位为-3.570m，水位降深 抽水井开始抽水后，在5min内涌水量达到401.9m/d，在20min后涌水量达到稳定，稳定在120.5m²/d.对抽水井、观察井1和观测井2的整个抽水试验过程水位下降及恢复比率如图9，10所示. 图6水位下降比率曲线 Fig. 6 The curve of water level decreased ratio 图9水位下降比率曲线 Fig. 9 The curves of water level decreased ratio 图7水位恢复比率曲线Fig. 7 The curve of water level recovery ratio 由图7可知，在停止抽水期间，前期水位恢复迅速，在停抽40min时，抽水井水位恢复82.01%，观44.38%.停止抽水40min时，抽水井水位恢复 测井1水位恢复41.25%，观测井2水位恢复82.01%，故在工程抽水中，必须做好停止抽水的应急预案，防止由于突然停止抽水导致的工程事故. 图10水位恢复比率曲线 Fig. 10 The curves of water level recovery ratio 在抽水前期水位下降迅速，在抽水180min时，抽水井水位降深占总降深的83.69%，观测井1的深总降深的61.8%. 水位降深占总降深的73.33%，观测井2的水位降 2.2.2C2井抽水试验 由图10可知，在停止抽水期间，前期水位恢复迅速，在停抽60min时，抽水井水位恢复86.08%，观测井1的水位恢复36.86%，观测井2的水位恢复37%. 的分析.水头标高与时间的关系曲线如图8所示. 选取B1组试验数据进行水头标高与时间关系 2.3水文参数 2.3.1层水文参数 对C1井A1，A2，A3组数据进行泰斯（Theis）拟合曲线拟合，计算获得的层水文参数汇总如表4所示. 表46层水文地质参数 Table 4 The hydrogeologieal parameters of 6 layer 现测井 导水系数/ (m² -d-1) 贮水 系数 系数/（md-) 渗透A1 2 1 4.34 4.74 0. 001 13 0. 054 60 1.54 1. 69A2 1 4.59 0. 043 70 1. 462 1 6.39 5.35 0. 012 70 0. 729 00 1. 42 1. 91A3 平均值 2 5.61 5. 17 0. 710 00 0. 258 82 2. 001. 67 图8水头标高与时间关系Fig.8 The relationship between water headelevation and time 本次抽水，抽水井初始水头标高为-1.260m，停抽水位为-19.290m，水位降深18.03m：观测井1初始水位标高为-1.280m，停抽时水位为-3.830m万东爆深2.550m；观测井2初始水位标 含水层边界，四周边界取为常水头边界.初始流场是采用抽水试验得出的观测水位模型水文参数按 表4和表5确定. 2.3.2③层水文参数 合曲线拟合得到8，层水文参数如表5所示. 对C2井进行3个降深的抽水试验，用泰斯拟 3）网格划分 表58层水文地质参数 如图11所示，剖分为200×200个网格单元，在基坑附近对网格加密. Table 5The hydrogeological parameters of 8 layer 组号 观测井 (m² -d-) 导水系数/ 贮水 系数 系数/(m-d-1) 渗透B1 2 1 2.25 86°1 0. 004 90 0. 002 71 6.42 5.65B2 1 1.37 0.047 70 3.902 1 1.39 4.10 0.019 00 0. 024 80 1.91 1. 17B3 平均值 2 3.85 2.49 0. 000 76 0. 054 40 1.00 3.34 3.2抽水试验数值模拟验证 对CI，C2抽水井进行验证，将数值计算水位与实测水位进行对比，结果如图12所示.在抽水阶段，观测井1和观测井2的模拟值与实测值拟合度终都能回到初始水头位置. 很高，在停止抽水阶段，模拟值水位回升比较快，最 2.3.3影响半径 影响半径可按式（2）计算，各抽水井影响半径计算结果如表6所示. (2) 系数（m/d）. 式中：R为影响半径（m）；s为降深（m）；k为渗透 Table 6 表6影响半径 Radius of influence 系数 18.02 A1 12.13 A2 6.01 A3 B1 B2 B3/(m-d-1) s/m 1.62 1. 69 1.67 18.03 6 04 12. 04 2. 91 6.00 1.09R/m 229 158 78 443 205 63 3抽水试验模型验证及应用 3.1计算模型 Fig. 12 The fitting curve 图12拟合曲线 利用抽水试验参数，利用ModFlow软件，对两次抽水试验进行模型验证. 通过观测井1和观测井2的实测值与模拟值对比，模拟是可行的. 1）模型尺寸 影响半径R=500m，以抽水井C1为基点，水平方向 根据计算，影响半径最大值为443m，建模时取各延伸500m，共计1000m×1000m.竖向范围从2.800--80.000m，①-5层为潜水层，透水系数极低，本文研究承压层抽水试验，将①-5层合并为1层，2个承压层，3个隔水层，共剖分为5层，如 图11所示. 3.3减压降水方案设计 3.3.1减压降水方案 根据JGJ120-2012《建筑基坑支护技术规程》，承压 在设计时，按最不利情况进行降压方案设计.水作用下的坑底突涌稳定性应符合式（1）规定. 计算得出，为防止基坑发生突涵事故，对层应降低承压水头6.1m，B，层应降低承压水头0.04m；对6层应该在开挖到20.3m的时候开启 减压井，对③，层应该在开挖到24.57m的时候开启减压井. 层顶面距地面为46m，基坑开挖深度为28.91m，设置地下连续墙穿透层，截断地下水的补给.对于坑内部分的层承压水，通过坑内设 置8口减压井，观测兼备用井2口来减压.③，层顶面距地面为54m，基坑开挖深度为28.91m，坑外设置4口减压井，观测兼备用井2口来减压.具体 图11三维模型Fig. 11The three-dimensional model 2）初始值、边界条件及模型参数 根据数际特点，计算区上、下边界是
