第9卷第6期地下空间与工程学报Vol．9 2013年12月Chinese Journal of Underground Space and Engineering Dec．2013复杂环境下深基坑地下水综合控制分析*陆建生1，付军2（1．上海广联建设发展有限公司，上海200438，2．上海隧道工程股份有限公司，上海200093）摘要：上海长江西路隧道浦西工作井紧邻地铁3号线和逸仙路高架，其周边环境及水文地质条件复杂，在其基坑开挖期间，地下水控制难度极大。
为消除或减弱该基坑地下水引起的基坑安全风险及环境风险问题，开展了专项水文地质试验，进行了基坑环境水文地质评价，评估了相应水文地质条件及地下水引起的环境变形问题，分析了基坑地下水控制的难点及风险，进而提出了基坑地下水控制的建议措施。
本文为类似基坑的基坑工程地下水控制分析提供了借鉴意义。
关键词：环境水文地质；地下水控制；环境变形；抽水试验；基坑安全；风险控制中图分类号：TU473文献标识码：A文章编号：1673-0836（2013）06-1433-06Analysis of Comprehensive Control of Groundwater in Foundation Pitunder Complex Environment ConditionLu Jiansheng1，Fu Jun2（1．Shanghai Guanglian Construction Development Co．，Ltd．，Shanghai200438，China；2．Shanghai TunnelEngineering Company．Co．Ltd．，Shanghai200072，China）Abstract：The Puxi working well of west Yangtze road tunnel in Shanghai is adjacent to subway line No．3and Yixianlu viaduct，the surrounding environment and hydro-geological conditions are complex．The control of groundwa-ter is difficult during the excavation of foundation pit．In order to eliminate or reduce risk of foundation and environ-ment safety caused by groundwater，special hydro-geological test is carried out，a hydro-geological evaluation is con-ducted，the corresponding hydro-geological conditions and environmental deformation caused by groundwater are eval-uated，the difficulty and risk of groundwater control is analyzed and the measures of groundwater control are proposed．This article provided reference to analysis of groundwater control in similar foundation pit engineering．Keywords：environmental hydrogeology；groundwater control；environmental deformation；pumping test；safety of excavation；risk control1引言目前因地下水控制不当而引发的基坑工程安全及环境事故屡有发生［1 4］，这些事故不仅造成了巨大的经济损失，而且带来了恶劣的社会影响，给基础工程的建设带了巨大的困扰。
解决这一问题首先需要加强对地下水的认识与分析［5 9］。
目前基坑建设中对于地下水的认识多来源于工程勘察资料，其深度及精度受到很大的制约，远不能满足基坑工程地下水控制分析的要求，已成为深基坑工程承压水风险源之一［10］。
为有效防治基坑建设过程中因地下水控制不*收稿日期：2013-05-16（修改稿）作者简介：陆建生（1981-），男，江苏昆山人，硕士，工程师，主要从事水文地质勘察、地下水综合治理方面的咨询及科研。
E-mail：lujest@sina．com基金项目：上海市科学委员会资助项目（08201201302）当而可能引起的基坑安全及环境问题，针对深大基坑或环境复杂地区，应进行专门的基坑环境水文地质评价，为基坑工程的设计与施工服务，消除或减弱地下水对基坑安全及其周边环境的不利影响［9］。
上海长江西路隧道浦西工作井紧邻地铁3号线和逸仙路高架，基坑开挖最深达到35．55m ，基坑开挖期间需大幅降低第Ⅱ承压含水层的水位，而基坑止水帷幕又未进入该含水层，因此在基坑降水期间，如对周边环境控制不到位，将造成地铁停运等恶劣的社会影响。
为有效地安全地进行地下水控制运行管理，在基坑施工前开展了相应的专项水文地质试验，进行了基坑工程的环境水文地质评价。
2工程概况2．1工程概况及周边环境特征上海长江西路隧道是目前上海市内在建的特大交通配套工程之一，连接宝山区与浦东新区，拟建浦西工作井位于宝山段，基坑面积约1800m 2，基坑开挖深度达到35．55m ，止水帷幕深度为58．0m ，未进入第Ⅱ承压含水层。
基坑与周边环境关系如图1所示，本基坑距正在运行的轨道交通3号线约为29m ，距逸仙路高架约为50m ，同时工作井周边管线众多，环境要求及其严格。
本基坑紧邻黄浦江，地下水受黄浦江潮汐影响明显。
按上海市《基坑工程技术规范》规定，本基坑工程的环境保护等级及安全等级均为一级。
图1深基坑周边环境关系图Fig．1The environment condition of deep foundation pit2．2水文地质条件拟建场地属长江三角洲下游滨海平原地貌，地面起伏不大，场区水文地质条件如图2所示，地下水主要包括潜水、第Ⅰ和Ⅱ承压含水层，其中潜水与第Ⅰ承压含水层均被止水帷幕隔断，且第I 承压含水层厚度较薄，局部地区缺失，因此在开挖期间该两层含水层引起的对周边环境的风险相对较小。
第II 承压含水层是地下水控制的难点，其初始水位埋深约为5．10m ，止水帷幕未进入该层含水层，为满足抗突涌要求需把第Ⅱ承压含水层（⑨层）水位下降14．03m ，如不采取相应环境控制措施，将直接影响轻轨3号线及高架线的运行。
图2水文地质剖面示意图Fig．2Hydrogeological profile of the foundation3专项水文地质试验3．1试验目的目前在上海市针对微承压含水层和第Ⅰ承压含水层的地下水控制技术已经开展了大量工作，但针对第Ⅱ承压含水层的地下水控制研究基本没有，本基坑开挖将面临第Ⅱ承压含水层，同时周边环境又极其复杂，如降水期间地下水控制不合理，则可能对地铁的正常运营造成不利影响，为此需开展相应的专项水文地质试验。
本次专项水文地质试验目的为：测定第II 承4341地下空间与工程学报第9卷压含水层（第⑨层）的初始水位、相应水文地质参数；确定第Ⅱ承压含水层试验井的单位出水量；分析第Ⅱ承压含水层施工降水断电/停泵风险；分析降水引起的环境变化趋势。
3．2试验布置抽水试验井的布置如图3所示，共设置3口试验井，其中两口井深71m ，一口深66m ，试验井均为非完整井。
试验期间对轻轨3号线的立柱桩进行沉降监测，根据监测结果实时监控试验流程。
3．3试验安排本次专项水文地质试验包括两组单井抽水试验和一组两井抽水试验，非抽水井作为观测井使用。
图3抽水试验平/剖面图Fig．3Plan and profile of pumping test4环境水文地质评价4．1初始水位的确定试验前期进行了为期3天的第Ⅱ承压含水层水位观测，其结果如图4所示，因受黄浦江水位影响，含水层水位呈周期性变化，水位标高为－1．10 －1．45m ，日均变幅0．35m ，每日水位有两个波峰，分别位于2：00 4：00和14：00 16：00。
因基坑正式施工降水的时间为8月份，其水位基本与7月一致，因此基坑工程地下水控制期间，初始水位标高可按－1．10m 考虑，同时地下水控制运行时必须注意波峰期间水位的波动，避免基坑事故的发生。
图4第II 承压含水层水位初始标高变化曲线Fig．4Groundwater level of the 2nd confined aquifers4．2含水层分布特征分析本区域第Ⅱ承压含水层层顶有一定的起伏，其标高等值线如图5所示，西北侧含水层层顶高程最高，将是本次降水的重点考虑所在，因此在西北角处设置一口抽水井且在降水运行期间持续抽水，可有效解决本处降水问题，同时又可以采用较低的抗突涌安全系数。
4．3水文地质参数的计算依据试验井的布设可知，本工程参数可按非完整井非稳定流的Moench 配线法计算，其结果如图6所示，渗透系数K =9．43m /d ，S =2．18ˑ10－3。
由图7可知试验井的单位出水量约为1．71m 3/（h ·m ），工程试验井的平均出水量约85m 3/h 。
4．4基坑抗突涌分析基坑开挖后，基坑与承压含水层顶板间距离减小，相应地承压含水层上部土压力也随之减小；当基坑开挖到一定深度后，承压含水层承压水顶托力可能大于其上覆土压力，导致基坑底部失稳，严重危害基坑安全。
因此，在基坑开挖过程中，需考虑基坑底部承压含水层的水压力，必要时按需降压，保障基坑安全。
基坑底板抗突涌稳定性条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。
即：Σh ·γs ≥F s ·γw ·H式中：h 为基坑底至承压含水层顶板间各层土的厚度（m ）；γs 为基坑底至承压含水层顶板间的各层土的平均重度（kN /m 3）；H 为承压含水层顶板以上承压水头高度；γw 为水的重度（kN /m 3），取10kN /m 3；F s 为安全系数。
本基坑的抗突涌验算结果如表1所示，安全系数分别取1．05和1．03时，其最大水位降深将差0．74m ，因本基坑环境极其复杂，因此建议实际运53412013年第6期陆建生，等：复杂环境下深基坑地下水综合控制分析图5第II 承压含水层顶板标高等值线图（m ）Fig．5The top elevation isoline of the 2nd confined aquifer （m）图6Moench 配线法曲线图Fig．6The graph of Moench layout行时安全系数采用1．03。