地鐵工程設(shè)計水位計算方法及技術(shù)問題探析

殷磊

摘? ? 要：文章通過對盆地區(qū)工程案例進(jìn)行分析，探討設(shè)計洪（澇）水位計算方法，并分析計算需考慮的具體技術(shù)問題，為類似工程分析計算提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;出入口;車輛段;100年一遇;設(shè)計洪水位;內(nèi)澇水位

1? 引言

城市規(guī)劃用地中，合理確定地鐵工程出入口及車輛基地場坪標(biāo)高是決定地鐵工程設(shè)計合理性、經(jīng)濟(jì)性的重要因素。

2? 設(shè)計水位計算一般方法

根據(jù)地鐵設(shè)計規(guī)范要求，地鐵出入口及車輛段設(shè)計時考慮的設(shè)計水位包括設(shè)計洪（潮）水位和最高積水位。其中工程設(shè)計中設(shè)計洪水位推求方法主要有頻率統(tǒng)計分析法和水動力模型計算法，前者主要用于有長系列水位觀測資料的區(qū)域，后者用于水位資料缺乏或者由于水利工程變化導(dǎo)致計算時期水位與歷史水位不符合一致性的區(qū)域;水動力模型計算方法根據(jù)區(qū)域地形情況又可選用恒定流計算方法和非恒定流計算方法。積水位計算主要根據(jù)其成因采用水文學(xué)和水力學(xué)相結(jié)合的數(shù)學(xué)模型法。

3? 地鐵施工對地下水的控制方法

3.1? 堵截地下水

（1）防滲水平帷幕法在基坑底部采用高壓注楽及攪拌等技術(shù)手段，構(gòu)筑一道地下水平連續(xù)帷幕，用于防止基坑底部的滲漏、隆起及變形等。常用于采用防滲垂直帷幕無法很好解決控制地下水的工程中。（2）防滲垂直帷幕法在基坑四周采用高壓噴楽、壓力注裝、滲透注菜或深層攪拌等技術(shù)手段，構(gòu)筑一道地下連續(xù)的墻幕，既可以有效的進(jìn)行地下水封堵，又能作為支撐邊坡的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，截水帷幕底部最好插入不透水層。該方法十分簡單，適用性很強(qiáng)，被廣泛用于國內(nèi)工程項目。（3）鋼板樁在開挖前，將鋼板樁打入地下，形成連續(xù)的堵水墻，既能有效的堵截地下水，又對邊坡有一定的支護(hù)作用。為了達(dá)到較好的堵截水效果，需要將鋼板樁打入基坑底部以下的不透水層，同時鋼板樁必須連續(xù)。此法常用于游泥質(zhì)砂與粘土質(zhì)砂等地層。（4）地下連續(xù)墻在挖前，在基坑四周構(gòu)筑一道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻體。地下連續(xù)墻堵水效果比較好，后續(xù)施工安全性高，但工程造價較高。此外，如果因地下電纜、管道和其它建筑物的阻礙，造成連續(xù)墻不連續(xù)，存在豁口，則再去封堵豁口的費(fèi)用會很大。

3.2? 降低地下水位法

（1）集水明排集水明排歸屬于重力降水。它是在基坑中開挖集水井和集水溝，使挖時基坑內(nèi)滲出的地下水經(jīng)集水溝匯集到集水井中，再用栗將水從集水井中抽出，進(jìn)而達(dá)到疏干地下水、保持基坑干燥的目的。集水溝和集水井需要保持一定的高差，—般情況下集水溝要高于集水井0.5m～1.0m，集水溝底要低于挖面0.3m～0.5rn，并隨著基坑開挖而逐步加深，溝底和井底的深度差基本不變。集水井通常布設(shè)在基坑角或者每個30m～40m布設(shè)一口，其半徑通常為0.7m～0.8m，深1.0m。井壁可以采用擋土板、水泥管或磚進(jìn)行臨時支護(hù)，井底鋪設(shè)0.3m厚的碌石，達(dá)到防止泥砂堵塞水栗的目的。集水明排一般使用潛水栗進(jìn)行抽水，設(shè)備簡單、施工便捷、費(fèi)用低，廣泛應(yīng)用于施工現(xiàn)場。這種方法的缺點(diǎn)是，地下水會沿邊坡面、坡腳或者基坑底部滲出，可能導(dǎo)致基坑底軟化或者泥沒;若土體顆粒較細(xì)，而基坑底挖深度較大，在地下水動水壓力作用下，土體顆粒會隨著地下水流出，經(jīng)長時間的作用，可能會導(dǎo)致流砂、管涌、基坑底隆起與邊坡失穩(wěn)。（2）井點(diǎn)降水井點(diǎn)降水是降水方法中應(yīng)用最廣泛的，同時也是高地下水位地區(qū)輔助基坑工程施工的重要手段之一。它是在基坑四周布設(shè)能滲水的井點(diǎn)管，并配置一定的抽水設(shè)備，在不擾動土體結(jié)構(gòu)的情況下，將地下水不間斷的抽走，從而使基坑范圍內(nèi)的地下水位降至設(shè)計深度，保證基坑在較干燥的施工環(huán)境下開挖。此法降水效果比較好，能應(yīng)用于不同幾何形狀的基坑，具有防止流砂、提高邊坡穩(wěn)定性的作用，能降低承壓水位，防止基坑底隆起和破壞，改善基坑周圍地層土體的特性，加速土體固結(jié)，是一種非常實用有效的現(xiàn)代化施工輔助方法?；油谏疃容^深，并位于地下水位以下，且地層土體含水量大、滲透系數(shù)大時，釆用集水溝集水井方法排水會導(dǎo)致一系列的問題。首先，基坑涌水量大，很難排干，常規(guī)混凝土往往不能正常繞注。其次，地層土體為粉土、粉細(xì)砂及粉質(zhì)粘土?xí)r，往往會出現(xiàn)嚴(yán)重的翻裝、冒泥及流砂現(xiàn)象，基坑開挖會受到嚴(yán)重的影響，同時可能有大量的水土流失，致使邊坡失穩(wěn)、基坑附近地面塌陷，對環(huán)境造成惡劣的影響。因此，應(yīng)該采用井點(diǎn)降水的方式對這種地質(zhì)條件下的深基坑工程進(jìn)行人工降水。

4? 河谷盆地區(qū)典型案例分析

4.1? 工程位置及區(qū)域基本情況

杭州至富陽城際鐵路工程（以下簡稱“杭富線”）起于在建的杭州地鐵6號線美院象山站，徑320國道、新320國道、金橋北路，跨杭州西湖區(qū)之江度假區(qū)、富陽區(qū)銀湖街道、富春街道，線路全長23.508km，均為地下線，共設(shè)車站11座、區(qū)間風(fēng)井3座、車輛段1座。其中富陽區(qū)富春街道內(nèi)設(shè)各站均位于富陽區(qū)皇天畈流域河谷盆地內(nèi)。富陽區(qū)皇天畈流域北、東、西三面環(huán)山、南面朝富春江，中部形成富陽境內(nèi)最大的河谷盆地。流域總面積320.5km2，其中山區(qū)258.94km2，坡面區(qū)29.14km2，平原區(qū)32.42km2。山區(qū)水系主要包括受降溪、坑西溪、新義溪等?；侍祛财皆瓍^(qū)為富陽城區(qū)范圍，由于上游山區(qū)面積大，洪水兇猛，城區(qū)防洪壓力大。為減小富陽城區(qū)洪水，城區(qū)外圍建有北渠、南渠。其中北渠總集水面積159.9km2;沿江口建有翻板閘;進(jìn)口處建有北渠進(jìn)口閘。南渠總集水面積102.9km2;沿江口建有鹿山閘。由于南、北渠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)僅為梅汛期5年一遇，大洪水時山區(qū)洪水仍需進(jìn)入平原區(qū)。由于富陽城區(qū)南部地面高程僅7m～8.5m，地勢低洼，且平原區(qū)排澇出口僅有皇天畈（莧浦）排澇閘站和秦望閘，強(qiáng)排能力僅100m3/s，其他時候均需利用富春江低潮位時搶排，使得目前平原區(qū)河道防洪標(biāo)準(zhǔn)僅10～20年一遇。皇天畈流域南面為富春江，富陽站富春江各重現(xiàn)期洪水位。

4.2? 洪水位計算方法及關(guān)鍵問題

本區(qū)域無洪水觀測資料，因此洪水位計算方法采用水力模型計算法，計算軟件采用MIKE11軟件。模型計算關(guān)鍵問題除前述案例相關(guān)問題外，還需重點(diǎn)關(guān)注洪潮組合問題和南部地面洪水滯蓄問題。由于流域洪水只能排出至富春江，富春江水位條件對皇天畈南部區(qū)域水位影響很大。根據(jù)富陽區(qū)皇天畈水系綜合規(guī)劃，富春江梅雨期多年平均偏不利最高水位高達(dá)8.98m，超過平原區(qū)南部地面高程，且水位超過7m以上時間持續(xù)4日之久，而臺風(fēng)期最高水位為7m，水位明顯較低，沿江閘站排澇能力相對較大;加上流域梅雨期、臺風(fēng)期降雨差異也較大，因此推薦分別計算梅雨期和臺風(fēng)期洪水，洪潮組合分別為對應(yīng)時期設(shè)計洪水組合富春江多年平均偏不利潮型，并將兩個時期計算的設(shè)計洪水位較大值作為設(shè)計值。由于富陽城區(qū)南部地面高程僅7m～8.5m，地勢低洼，受洪水及南側(cè)富春江水位頂托影響，100年一遇設(shè)計洪水時，南部低洼地面出現(xiàn)積水，因此模型計算時還需結(jié)合下墊面類型考慮地面滯蓄，并計算滯蓄區(qū)水位-庫容曲線，將區(qū)域概化為湖泊加入河網(wǎng)中。

5? 結(jié)語

由于地鐵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，當(dāng)區(qū)域缺少100年一遇洪水位資料時，需經(jīng)過水文水利計算分析得到地鐵設(shè)計所需的洪水位和積水位。設(shè)計水位計算時宜根據(jù)計算區(qū)域地形及防洪排澇情況，選擇合適的計算方法，并抓住模型邊界條件設(shè)定、成果合理性分析等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行深入分析、計算，確保分析成果的合理性，以為地鐵設(shè)計提供依據(jù)，也為相關(guān)工程高標(biāo)準(zhǔn)水位分析計算提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉成文.城市軌道交通車輛基地場坪標(biāo)高的確定[J].城市軌道交通研究，2012（3）：24～26.

[2] GB 50201—2014.防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].