深大基坑降水对周边环境变形的影响分析

深大基坑降水对周边环境变形的影响分析
发布时间：2023-03-15T02:58:49.291Z 来源：《科技潮》2023年1期作者：李多强[导读] 南京长江漫摊地区水文地质条件复杂，地下水蕴藏丰富，承压水水头压力大，在深基坑工程中，基坑降水影响半径大，基坑降水施工难度大，周边环境保护风险高。

中铁第六勘察设计院集团有限公司天津 300308
摘要：南京长江漫摊地区为高承压水地区，深大基坑降水工程影响半径大，施工风险较大，易引起周边环境变形，环境保护风险高。

本文运用Visual Modflow有限元软件建立分析模型，模拟分析南京国际博览中心一期扩建项目深大基坑降水工程对邻居隧道等周边环境的影响程度，为类型工程提供参考。

关键词：深基坑；基坑降水；Visual Modflow；影响分析
引言
南京长江漫摊地区水文地质条件复杂，地下水蕴藏丰富，承压水水头压力大，在深基坑工程中，基坑降水影响半径大，基坑降水施工难度大，周边环境保护风险高。

地下水控制，已成为深基坑工程关键性问题之一。

在深基坑工程设计中，运用数值分析软件，模拟分析基坑降水对周边环境的影响，对设计指导具有较大的实践意义。

本文利用Visual Modflow 软件分析基坑降水对周围环境的影响，并对其影响规律进行总结，为类似工程提供借鉴意义。

1 工程概况
1.1 工程简介
南京国际博览中心一期扩建项目位于南京市建邺区河西大街以南，金沙江西街以北，江东南路以西，在南京国际博览中心内。

基坑开挖深度约10m，基坑面积达88434m2，该场地西侧为已建5～8号展馆，北侧为金陵会议中心；东侧为江东中路，西侧为金沙江西街，东侧为有轨电车及运营的地铁二号线元通站～雨润大街站区间隧道，与本工程最近距离约124m，项目总平面图详见图1，基坑与地铁二号线区间隧道剖面位置关系详见图2。

2 数值分析
1、基坑工程降水分析原理
采用Visual Modflow建立本工程地下水渗流数值模型，分析降水对周边环境的影响，为降水设计提供理论依据。

该软件计算原理如下：（1）地下水渗流数值理论
求解地下水渗流的问题，可采用下述地下水流连续性方程及其定解条件式来描述地下水的三维非稳定渗流规律。

根据工程水文地质条件，建立与之相匹配的地下水三维非稳定渗流数学计算模型：
当多孔介质以及流体不可压缩时，非恒定渗流场求解的偏微分控制方程为：
依据抽水井等数据资料，采用地下水三维非稳定流有限差分法，反演求解相关水文地质参数。

（2）大面积降水引起地面沉降理论
当利用管井进行含水层降水时，压力水头下降，但土体中的总应力基本保持不变，忽略地下水体的扩散，以及含水层的可压缩性。

此时，孔隙水压力减小，土颗粒有效应力增加，使得土体压密。

透水砂层因有良好透水性，有效应力的增加等于水压力的降低，其一般可视为弹性体看待，所以砂层的压密是瞬时发生的。

对于弱、不透水的饱和粘性土层，水的垂直渗透比较弱，孔隙水压力随时间的变化也极为缓慢，使得估算或预测饱和粘性土层组的压密问题较为复杂。

土体中中有效应力的增加，会产生二种力学效应，一种是因地下水位的波动，改变土粒间的浮托力；另一种因承压水头高度的改变，在土层中产生渗透压力。

理论上分析，当时间达到t∞时，土中各点孔隙水压力处于新的平衡状态，各点水力坡度为定值，不再有水分排出，渗透压力对土层的压密作用也暂告终结。

大面积降水引起的地表沉降分为三部分：瞬时沉降、固结沉降、次固结沉降（因土体流变产生）。

在主固结完成后，次固结沉降一般才明显显现，而且需要荷载作用时间比较长，因此，考虑大面积降水引起的地表沉降主要为主固结沉降，根据分层总和法进行。

按照相关
规范，土体中因将水引起的附加荷载，可通过下式计算：
（2）降水引起的地表沉降预测
根据勘察报告提供场地土层的相关资料，以及计算水位降深，经过拟合后对降水设计的沉降进行预测，得出降水井运行后基坑周边地表累计沉降结果，详见下图8。

由图8可以看出，降水井运行以后，降水引起的周边地表最大沉降约20mm；展馆沉降约1～18mm，不均匀沉降倾斜率为0.05‰；地铁二号线区间隧道处地表最大沉降为0.9mm，有轨电车处最大沉降为7mm。

3 设计措施及建议
1、在后期降水运行期间，减压降水需做到“按需降水”，需加强降水运行管理，以减小坑内降水对周边环境的不利影响。

2、邻近地铁一侧采取在减压降水范围边界设置TRD墙，进入相对不透水层措施，地铁区间隧道上方地面沉降约0.9mm，明显小于西侧地面沉降，对地铁区间隧道的保护效果很显著。

3、本工程降水期间，有轨电车、展馆以及周边管线的不均匀沉降及周边地面变形均较小，可保证有轨电车、展馆、道路及其下管线的正常运营。

4、本工程基坑降水期间，地铁区间隧道水平方向、竖向位移不超过1mm，变形较小，对地铁隧道影响极小，可保证地铁的正常运营。

4 基坑监测
目前南京国际博览中心一期扩建项目已投入使用，从现场施工及基坑监测反馈情况来看，周边环境变形均在允许范围内，验证了设计的合理性、安全性及可靠性。

5 结语
本文选用三维地下水流专业软件Visual Modflow，对基坑工程降水全工况进行了数值模拟，分析了基坑降水过程对既有区间隧道等周边环境的影响，并给出了一些具体的建议和措施。

可为类似的深基坑工程设计和施工提供参考。

参考文献：
[1]吴奇等.高承压水基坑降水对周边环境的影响分析[J].南京工程学院学报（自然科学版），2015.
[2]马玉飞.深基坑开挖降水对周边环境的影响分析[J].水力技术监督，2022.
[3]赵宇豪等不同止水帷幕插入深度下基坑降水对周边环境的影响预测分析[J].水利水电技术，2020.。