地下水發(fā)育深路塹涌水量預(yù)測

張曉宇

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西西安710043)

西寧站改及相關(guān)工程貨車外繞線HD1YK172+600～HD1YK172+960北山山前地段為路塹工程，其南側(cè)為既有蘭青鐵路，北側(cè)為蘭青高速公路。由于該段位于西寧市區(qū)，周邊生產(chǎn)生活設(shè)施密布，且貨車左線及右線在此段同時開挖，開挖寬度大，開挖深度達9～12 m，主要開挖地層為砂質(zhì)黃土及細圓礫土，屬于富水地層，地下水發(fā)育。在地質(zhì)調(diào)查及工程地質(zhì)勘探的基礎(chǔ)上，進行了專門的水文地質(zhì)勘察工作，通過水文地質(zhì)鉆探及孔內(nèi)抽水試驗，詳細查明了含水層的性質(zhì)、水位、埋藏深度、厚度及分布等特征，依據(jù)試驗參數(shù)計算了不同地層的滲透系數(shù)、路塹開挖時可能涌水量及影響范圍，提出了相應(yīng)的工程措施建議，為工程設(shè)計提供了依據(jù)，防止工程實施對周邊日常生活環(huán)境造成影響提出了指導(dǎo)性意見。

1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

HD1YK172+600～HD1YK172+960段深路塹地貌上屬于湟水河一級階地，地層結(jié)構(gòu)較為簡單。表層為第四系人工堆積層，主要為人工雜填土():厚約1～3 m;下部為沖積的砂質(zhì)黃土及細圓礫土，其中砂質(zhì)黃土()位于雜填土層下，厚5～9 m，細圓礫土()位于砂質(zhì)黃土層下，厚度1～3.5 m?；貫樯系谌的鄮r夾石膏巖():下伏于細圓礫土，強風(fēng)化層厚4～6 m。

地下水主要為第四系全新統(tǒng)沖積層孔隙潛水，水位埋深一般約6～8 m，含水層為砂質(zhì)黃土和細圓礫土，含水層厚度約5～9 m，主要受大氣降水及山前滲流補給，地下水流依地勢由北向南流動，排向湟水河，工點處于徑流區(qū)，地下水富水性好，水量豐富。下部的泥巖夾石膏巖強風(fēng)化層含有少量的風(fēng)化裂隙水，水量較少，可視為隔水層。根據(jù)水文地質(zhì)勘探孔抽水試驗資料計算結(jié)果，細圓礫土的滲透系數(shù)K為63 m/d，砂質(zhì)黃土的滲透系數(shù)K為5 m/d，單井涌水量為1.8 L/S。

2 主要環(huán)境工程問題

路塹地段最大開挖深度約12 m，由于貨左線和貨右線同時開挖段最大開挖寬度達53 m，路肩位于地下水位以下的細圓礫土層或泥巖夾石膏巖層中，其中開挖的細圓礫土層及上部的砂質(zhì)黃土層為主要的含水層，細圓礫土層由于滲透性好，含水量大，地下水豐富，將會產(chǎn)生較大的涌水，坍塌等問題;由于該區(qū)屬于寒冷地區(qū)，在冬季還會產(chǎn)生凍脹，對鐵路工程有一定的影響;路塹基地下部地層泥巖具膨脹性，普遍夾有石膏層。石膏層往往伴生有生石膏和鹽巖，石膏和鹽巖在水的作用下易膨脹和溶蝕及軟化，并具腐蝕性，因此在施工過程中，應(yīng)避免揭示該地層，若基坑積水，長時間暴露引起泥巖及石膏巖崩解，承載力降低。同時施工期間的排水，使得地下水位下降，對周邊的水文地質(zhì)生態(tài)環(huán)境及既有建筑物、鐵路、高速公路穩(wěn)定性及運營產(chǎn)生影響。

3 路塹工程涌水量計算

3.1 計算公式及參數(shù)的選取

采用《地下鐵路輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB50307-1999)表8.5.8-1潛水完整井計算公式:

式中:Q為基坑出水量(m3/d);K為滲透系數(shù)(m/d);L為條形基坑長度(m);B為條形基坑寬度(m);S為設(shè)計水位降深(m)H為靜水位至含水層底板的距離(m);R為影響半徑(m)。

根據(jù)抽水試驗的結(jié)果，細圓礫土的滲透系數(shù)K=63 m/d，砂質(zhì)黃土的滲透系數(shù)為5 m/d，砂質(zhì)黃土和細圓礫土的混合滲透系數(shù)K=30 m/d;含水層的厚度H概化為地下水位以下至細圓礫土層底部的平均厚度并加上地下水位的年變化幅度1 m，主要是為考慮豐水期地下水位上升的影響;施工期間的水位降深考慮降至排水溝以下1 m;引用影響半徑R0根據(jù)計算結(jié)果及經(jīng)驗選取150～170 m，開挖寬度以地下水位線寬度為參考。

3.2 路塹涌水量預(yù)測

表1 路塹涌水量計算參數(shù)選取及結(jié)果

貨車外繞線HD1YK172+700～HD1YK172+960全長360 m，根據(jù)左右線線間距、開挖深度、寬度、開挖出地層的不同，在涌水量計算時，將路塹工程分為三段進行。通過計算，該段深挖路塹總的涌水量為8 992.4 m3/d，單位涌水量為27.43 m3/d·m。詳細參數(shù)選取及計算表格見表1。

HD1YK172+600～HD1YK172+700左右線間距大，兩線分別開挖(圖1)，長100 m，開挖寬度45 m，主要開挖含水層為砂質(zhì)黃土，該段并未開挖下部富水的細圓礫土，滲透系數(shù)采用混合滲透系數(shù)30 m/d，考慮到該段左右線分別開挖，兩線中間地段并未開挖，對水量計算的第二部分進行適當折減，即含水層底部涌水量。含水層厚度為8.56 m，降深S為5.46 m，引用影響半徑為150 m，計算出的涌水量Q為2 599 m3/d。

HD1YK172+700～HD1YK172+850左右線逐漸并行，同時是分別開挖(圖2)，長150 m，開挖平均寬度40 m，主要開挖含水層為砂質(zhì)黃土及細圓礫土，滲透系數(shù)采用細圓礫土的滲透系數(shù)63 m/d，考慮到該段左右線分別開挖，兩線中間部分地段并未開挖，同樣對水量計算的第二部分進行適當折減。含水層平均厚度為5.92 m，平均降深 S為3.8 m，引用影響半徑為170 m，計算出的涌水量Q為3 807.54 m3/d。

HD1YK172+850～HD1YK172+960左右線平線，同時開挖(圖3)，長110 m，開挖平均寬度31 m，主要開挖含水層為砂質(zhì)黃土及細圓礫土，滲透系數(shù)采用細圓礫土的滲透系數(shù)63 m/d，含水層平均厚度為5 m，平均降深S為3 m，引用影響半徑為170 m，涌水量Q為2 585.94 m3/d。

圖1 HD1YK172+600～HD1YK172+700路塹設(shè)計圖

圖2 HD1YK172+700～HD1YK172+850路塹設(shè)計圖

圖3 HD1YK172+850～HD1YK172+960路塹設(shè)計圖

4 結(jié)語

1)針對地下水發(fā)育深路塹的勘察，應(yīng)有針對性地對工點周圍的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)進行勘察，在調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過水文地質(zhì)鉆探及孔內(nèi)抽水試驗，需查明了含水層的性質(zhì)、水位、埋藏深度、厚度及分布等特征，依據(jù)試驗參數(shù)及路塹開挖情況，對可能涌水量進行預(yù)測，為工程設(shè)計提供了依據(jù)。

2)由于該段路塹工程位于市區(qū)，施工期間的排水對周邊水文地質(zhì)及生態(tài)環(huán)境有較大影響，為了減少降水對地面及周圍建筑物的影響，建議該段路塹工程采用鋼筋混凝土U形封閉槽及止水的綜合措施，含水層上部土體放坡開挖，下部設(shè)鋼筋混凝土U型封閉槽，U型封閉槽施工開挖前，根據(jù)地層情況在U型槽背部和底部進行鉆孔注漿止水及選噴樁止水，防止地下水泄露，保證邊坡穩(wěn)定。

3)建議該路塹分段開挖，含水層采取封堵措施，并設(shè)置長期排水溝，避免改地區(qū)冬季凍脹對鐵路工程的影響。

［1］TB10012-2007鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［2］TB10049-2004鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

［3］GB50307-1999地下鐵路輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［4］付月平.地下水發(fā)育深路塹的勘察與設(shè)計［J］.鐵道勘察.2012(4)，51-53.

［5］周革.U形槽結(jié)構(gòu)在龍廈鐵路某地下水發(fā)育路塹中的設(shè)計與應(yīng)用［J］.鐵道標準設(shè)計.2009(3)，27-29.

［6］周斌良，龔良，陳克群等.公路路塹涌水病害成因分析與防治措施［J］.施工技術(shù).2009(7)，87-89.