合肥市降雨量對地鐵3號南延線車站地下水位影響分析①

歐陽麗娜， 曹廣勇,*， 張 峰， 吳耀武

(安徽建筑大學土木工程學院，安徽 合肥 230601;2.安徽建筑大學建筑結構與地下工程安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230601)

0 引 言

在地下交通軌道工程建設中，地下水位取值是地下軌道設計和建設施工所需的重要參數(shù)之一。綜合各地資料來看，因?qū)Φ叵滤环治霾缓侠矶鴮е碌叵驴臻g上浮，凸起形變，建筑開裂等事故時有發(fā)生[1-3]。針對地下結構中地下水位取值目前存在的問題，不少學者進行了相關研究。張在明,王軍輝等[4-5]率先提出了地下水賦存狀態(tài)對抗浮水位的重要影響，進而提出抗浮水位分析的孔隙水壓力場模型。葉文科[6]認為地下水位取值主導影響因子為降雨量，并采用Geo-Studio有限元計算軟件分析降雨與地下水的補給關系。靳明、劉軒、楊阿敏[7-9]則運用M-K趨勢分析法、變異系數(shù)法變異，灰色關聯(lián)度法驗證了地下水位與降雨量關系。但由于地下水位與降雨量受氣象水文，區(qū)域地質(zhì)影響較大，目前并沒有對合肥地鐵3號線的降雨量與地下水位變化影響分析。依托于合肥市軌道交通工程地鐵抗浮水位研究項目，使用變異系數(shù)法和線性擬合法對兩者之間的關系作出了解釋。

1 研究區(qū)概況

合肥市位于中國華東地區(qū)、江淮之間，環(huán)抱巢湖。境內(nèi)以丘陵崗地為主，屬于亞熱帶季風氣候，多年平均氣溫為 15.7℃，多年平均降水量為988.4mm。

合肥市軌道交通3號線南延線中，派河從青年路站與云谷路站之間經(jīng)過。派河發(fā)源于合肥市肥西縣中部江淮分水嶺周公山，李陵山等丘陵地帶，河道自西北向東南流經(jīng)城西橋、上派、中派、下派入巢湖，全長48.9km，流域面積584.6km2。河床上游彎窄流急，下游寬直流緩?？菟竟?jié)水深1m。合肥市地鐵三號線南沿線走向如圖1。

圖1 地鐵三號線南延線走向示意圖

2 站點布設情況及地下水監(jiān)測方案

在5個站點附近確定觀測孔位置，孔直徑為120mm，孔深為28m～45m，使用水位測量儀器對地下水進行測量，該地下水的監(jiān)測數(shù)據(jù)是地下水混合水位。監(jiān)測頻率根據(jù)季節(jié)和降雨量確定，測量周期為5d～10d/次，夏季降水頻發(fā)季節(jié)，水位監(jiān)測為5d/次，春秋時期為7d/次，冬季枯水期為10d/次。

3 地下水位動態(tài)變化分析

根據(jù)站點地下水位觀測數(shù)據(jù)，繪制了2018年1月-2018年12月地下水位動態(tài)變化折線圖，如圖2。

圖2a 站點各月地下水位變化曲線圖

圖2b 站點各月地下水位變化曲線圖

由圖2可以看出，(1)各站點地下水位標高在10～24m之間，平均漲幅在0.5～2.0m之間，青年路水位最低并且曲線波動小，站前路水位最高并且曲線波動較大。(2)各站點水位變化隨季節(jié)變化而波動，1-8月地下水位整體表現(xiàn)為上升趨勢，漲幅約為0.2～1.1m，9-12月整體呈下降趨勢，降幅為0.37～1.11m。

同時，為了驗證上述結論，運用變異系數(shù)法[8]，求得各站點地下水位的均值和標準差，進而計算出各站點的變異系數(shù)，結果見表1所示。

表1 各站點地下水位變異性分析結果

由表1可以看出，云谷、仙霞、站前路變異系數(shù)大于青年路與芮祠路，但各個站點變異系數(shù)均小于0.1，屬于極弱變異。再一次驗證了站點各月地下水位變化曲線圖的分析結果。

以下為勘察期內(nèi)(2018年1月～2018年12月)的降水與地下水位監(jiān)測資料制作出的統(tǒng)計圖,如圖3?？梢钥闯觯?/p>

圖3 觀測點各月降雨量變化柱狀圖

(1)2018年總降雨量為1195.5mm，除去8月不計，各月降雨量在0～150mm上下。8月份降雨量最多，為312.5mm，10月降雨量最少，為11.5mm。

(2)各站點地下水位在8月均達到高峰或次高峰，在10月地下水位達到最低水位或次低水位。青年路由于周圍派河流域影響，10月水位未受到明顯影響。

(3)對比站點各月地下水位標高與降雨量變化曲線可知，各站點地下水位隨著降雨量的上升而上升，隨降雨量下降而下降，升幅為0.2～1.1m，降幅為0.37～1.11m，說明降雨量對地下水位變化有明顯影響作用。

為了量化降雨量對各站點地下水位標高影響關系，運用線性擬合方法，繪制出站點地下水位變化與降雨量的擬合曲線，如圖4所示。

圖4a 云谷路線性擬合圖

圖4b 青年路線性擬合圖

圖4c 仙霞路線性擬合圖

圖4d 站前路線性擬合圖

圖4e 芮祠路線性擬合圖

由圖4分析可得：各站點地下水位變化與降雨量擬合關系曲線表現(xiàn)良好，進一步驗證了圖3結論。但部分點存在離散現(xiàn)象，推測可能與站點附近派河流域有關。

為了更直觀的比對各站點地下水位與降雨量的線性擬合關系，繪制出地下水位與降雨量線性擬合表，結果如表2所示。

表2 地下水位與降雨量線性擬合表

式中a為大氣降雨對該站點地下水變化漲幅的影響系數(shù)，b為本月無降雨情況下該站點的地下水位高程的理論計算值，x為月降雨量統(tǒng)計數(shù)值，單位為m，y為該月份的地下水位標高，單位為m。

由表2結果可知：仙霞路站影響系數(shù)最大，為3.828，青年路站影響系數(shù)最小，為0.234，云谷路、站前路、芮祠路三個站點影響系數(shù)均大于1，表明站點降雨量對地下水位標高有明顯影響；青年路站影響系數(shù)最小，為0.234，說明青年路站降雨量對地下水位影響不明顯，推測是受地表水系派河流域影響。

4 結 論

以合肥市地鐵3號線南延線為研究對象，以2018年1月～2018年12月一年的地下水位與降雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用變異系數(shù)法和線性擬合法來分析研究區(qū)站點地下水位變化與降雨量關系。結論如下：

(1)各站點地下水位隨著降雨量大小變化而波動，升幅為0.2～1.1m，降幅為0.37～1.11m，說明降雨量為地下水位標高變化主要影響因素。

(2)仙霞路站地下水位受降雨量影響系數(shù)最大，為3.828，青年路站影響系數(shù)最小，為0.234。云谷路、站前路、芮祠路三個站點影響系數(shù)均大于1，表明站點降雨量對地下水位標高有明顯影響；青年路站影響系數(shù)最小，為0.234，說明青年路站降雨量對地下水位影響不明顯，推測是受地表水系派河流域影響。

(3)在合肥軌道交通3號線施工過程中，要注意監(jiān)測天氣變化，減少因地區(qū)降雨對地下水位標高變化導致底板浮力上升，抗浮設計失敗的影響。