基巖裂隙水對基坑影響及降水方案分析 楊寧

1、基巖裂隙水對基坑影響及降水方案分析楊寧摘要：地下水是影響巖土工程施工及危害其安全穩(wěn)定性的重要因素，地下水加 劇施工難度的同時，其流動特性及其對材料性質(zhì)的弱化作用導(dǎo)致巖土工程建設(shè)存 在潛在風(fēng)險。由于地層滲流場對工程的危害性較大，特別的是，基巖裂隙水的存 在對基坑工程具有潛在危害，因此，基坑施工過程中需要研究基巖裂隙水對基坑 工程危害，并針對具體的裂隙水特點提出相應(yīng)的降水方案。因此，通過總結(jié)基巖 裂隙水的相關(guān)理論，分析了基巖裂隙水的主要特征，富集規(guī)律以及滲流規(guī)律等； 其次，著重研究基裂隙水對基坑工程的影響，分析了基坑工程中基巖裂隙水的主 要不良影響，最后，對現(xiàn)有的基坑中基巖裂隙水降水進行綜述，提出

2、基巖裂隙水 的降水應(yīng)該根據(jù)施工區(qū)域裂隙水具體特征，采取結(jié)合多種手段的綜合降水方案。關(guān)鍵詞：基坑工程 基巖裂隙水 工程影響 降水措施1刖言隨著我國土木基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的跨越式發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)模日趨擴大，面臨的 問題也越來越復(fù)雜。地下空間的開挖會對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的擾動，尤其是與周 圍滲流場互相影響，其中影響較大的為地下賦存的基巖裂隙水1-2。基巖裂隙水 是我國分布較為廣泛的地下水類型，一方面在為周圍環(huán)境提供豐富水資源的同時， 另一方面，由于其分布條件復(fù)雜性，為地質(zhì)勘探探明其分布特征提供了諸多不便， 因此，給工程建設(shè)帶來嚴(yán)重的威脅3-4。在基坑、地鐵等地下工程建筑過程中，基巖裂隙水的富集及其運動規(guī)律對

3、基 坑施工階段及運營階段均造成威脅，嚴(yán)重時會造成工程災(zāi)害，如坍塌、涌水等。 巖體具有明顯的結(jié)構(gòu)性，具有典型的二元介質(zhì)的特征，裂隙水的存在不僅能夠引 起巖石基體的強度弱化，同時，裂隙水導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面的弱化，不斷溶解的巖石隨著 裂隙水的運動而被帶走，導(dǎo)致基坑工程結(jié)構(gòu)失穩(wěn)概率增大。因此，基坑工程建設(shè) 過程中應(yīng)該充分認(rèn)識周圍基巖裂隙水的富集特征及其運動規(guī)律。在基坑工程建設(shè) 過程中，對于基巖裂隙水的勘探具有重要的意義，目刖，已有的勘探方法主要包 括：瞬變電磁法、綜合勘查技術(shù)等5-6。不同的裂隙水富集特征及運動規(guī)律對基 坑工程的影響存在差別，因此，具體在工程建設(shè)中應(yīng)該充分考慮區(qū)域水文地質(zhì)特 征，為制定具體的基

4、坑降水措施提供基礎(chǔ)依據(jù)。根據(jù)上述分析得到基坑工程建設(shè)中基巖裂隙水對工程存在威脅，因此，總結(jié) 了基巖裂隙水的相關(guān)理論，包括富集理論、運動規(guī)律等，同時，對基坑工程中基 巖裂隙水的影響進行研究，得到裂隙水對基坑工程的主要影響，最后，對現(xiàn)有的 基坑工程基巖裂隙水降水措施進行綜述。2基巖裂隙水相關(guān)理論2.1基巖裂隙水主要特征基巖裂隙水的特征主要受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造作用的影響，是多種地質(zhì)作用共同影 響的結(jié)果。由于早在地質(zhì)成巖時期的復(fù)雜作用，導(dǎo)致巖石內(nèi)部分布有復(fù)雜的夾雜 體，各種不同形態(tài)的不連續(xù)結(jié)構(gòu)體成為部分地下水的賦存空間，同時，巖體與裂 隙水之間的相互作用導(dǎo)致賦存空間不斷擴大，巖體的強度產(chǎn)生不同程度的弱化。

5、常見的基巖裂隙水類型可由裂隙巖石種類及含水裂隙的形成原因等兩個因素分類， 包括堅硬、半堅硬以及可溶性巖石裂隙水；成巖、構(gòu)造及風(fēng)化裂隙水等。裂隙水 的種類與賦存巖石類型及裂隙成因有關(guān)，因此，不同區(qū)域基巖裂隙水的種類是不 同的，即便是相鄰區(qū)域內(nèi)基巖裂隙水也可能存在細(xì)微差異?；鶐r裂隙水的分布具 有復(fù)雜性特征，復(fù)雜性是由于多種因素耦合的結(jié)果，需要滿足具有水力來源以及 具有儲水空間。因此，其分布規(guī)律主要由巖石內(nèi)部各種不連續(xù)缺陷分布特征及地 下水的運動情況決定，導(dǎo)致基巖裂隙水的形態(tài)、含水量等存在差異。在地質(zhì)構(gòu)造 力的作用下，地層具有多種多樣的形態(tài)，如斷層、褶皺等，滿足一定的水力條件 下，形成不同規(guī)模的裂隙

6、水賦存區(qū)域。正是由于基巖裂隙水分布的復(fù)雜性，因此， 基坑工程建設(shè)前期應(yīng)該成分進行水文地質(zhì)勘探。2.2基巖裂隙水富集規(guī)律基巖裂隙水的富集規(guī)律是與地質(zhì)構(gòu)造運動密切相關(guān)的，其主要特征是由地質(zhì) 構(gòu)造控制，因為不連續(xù)提供了裂隙水的賦存空間。對于基巖裂隙水富集規(guī)律的研 究，寧遠(yuǎn)明等7 以研究安徽地區(qū)基巖裂隙水分布特征，得到分布規(guī)律主要受斷裂 結(jié)構(gòu)控制；林鳳勛等8以無錫地區(qū)為研究對象，研究地質(zhì)構(gòu)造對該區(qū)域裂隙水的 主控作用，得到裂隙水富集規(guī)律主要受到構(gòu)造斷裂附近節(jié)理發(fā)育的影響；張桂蘭 等9 從巖溶發(fā)育及補源條件等兩個方面研究山東張店地區(qū)裂隙水，得到其主要富 集規(guī)律為地下巖溶區(qū)為主要儲水區(qū)，但隨著地下水位下降

7、，部分儲水區(qū)失去價值; 郭永海等10研究甘肅北山地區(qū)裂隙水分布規(guī)律，得到該區(qū)域主要為風(fēng)化裂隙水， 其富集規(guī)律主要受基巖巖性、區(qū)域地形以及地質(zhì)構(gòu)造等組合影響；王文豪等11 分析了滎鞏礦區(qū)裂隙水富集規(guī)律，得到了礦區(qū)巖溶裂隙水主要受到巖溶內(nèi)部裂紋 發(fā)育、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以及地形條件的影響；于華遠(yuǎn)等12分析影響裂隙水富集的 主要因素包括基巖巖性、褶皺及斷裂構(gòu)造等?；谏鲜龇治?，裂隙水的富集與區(qū) 域地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)，地質(zhì)構(gòu)造決定了基巖裂隙水形成的基本要素。2.3基巖裂隙水滲流規(guī)律一般而言，地下水以液態(tài)的形式賦存于地層中，由于其在裂隙巖體中流動規(guī) 律，主要涉及滲流力學(xué)及巖體力學(xué)等相關(guān)內(nèi)容，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性

8、更加劇了 基巖裂隙水滲流規(guī)律的復(fù)雜性。巖體力學(xué)理論表明巖體具有顯著的結(jié)構(gòu)性，裂隙 的隨機分布將完整巖體劃分為不同的結(jié)構(gòu)形式，主要包括層狀結(jié)構(gòu)、塊體結(jié)構(gòu)以 及碎裂結(jié)構(gòu)等。不同類型的結(jié)構(gòu)巖體，裂隙水具有不同的滲流規(guī)律，對于層狀結(jié) 構(gòu)巖體，明顯的層理狀結(jié)構(gòu)提供了良好的儲水空間，裂隙水通常滲流方向通常沿 著巖石層理面；對于塊體結(jié)構(gòu)巖體，由于巖體內(nèi)部節(jié)理發(fā)育，一般張性節(jié)理中儲 水空間較大，滲透性好，其基巖裂隙水的滲流規(guī)律有節(jié)理發(fā)育特征決定；對于碎 裂結(jié)構(gòu)巖體，由于巖體結(jié)構(gòu)的破碎程度較大，內(nèi)部導(dǎo)水通道的較多，很難作為儲 水空間，但是不排除有局部富水帶的存在13-14。3基巖裂隙水對基坑工程影響分析基巖裂隙

9、水對基坑工程施工具有重要影響，由于基巖裂隙水富集規(guī)律及滲流 規(guī)律的復(fù)雜性，基坑施工過程中不可避免的會存在安全事故風(fēng)險，不僅造成工期 延誤，帶來巨大的經(jīng)濟損失，甚至?xí)斐扇藛T傷亡，引起不良的社會影響，因此， 需要充分認(rèn)識基巖裂隙水對基坑工程施工的影響。基巖裂隙水對基坑工程影響主 要包括：（1）基巖裂隙水引起的涌水事故基巖裂隙水的富集規(guī)律與區(qū)域地質(zhì)裂隙發(fā)育程度相關(guān)，裂隙發(fā)育區(qū)域儲水量 較大，是發(fā)生涌水事故的危險區(qū)域。由于基巖內(nèi)部裂隙發(fā)育，加上地下水的補給， 基巖裂隙水極易造成涌水災(zāi)害?；娱_挖導(dǎo)致應(yīng)力場及地下水滲流場的變化，引 起的周圍巖土體應(yīng)力平衡狀態(tài)的破壞，地下水的流動、水力沖刷動，引起可溶性

10、 物質(zhì)的溶解并隨水流運移，儲水空間及涌水通道逐漸擴大、貫通，發(fā)生涌水涌砂 事故，同時，部分儲水空間“疏干”，還導(dǎo)致地層沉降。（2）基巖裂隙水對巖土體強度影響：由于巖土介質(zhì)內(nèi)部分布有裂隙等缺陷，巖土材料可以看作是由基體和不連續(xù) 結(jié)構(gòu)體組成的二元介質(zhì)，裂隙水的存在主要對基體和不連續(xù)結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生影響，對 于基體的影響主要通過影響其微觀結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其力學(xué)強度的弱化，而對于不 連續(xù)結(jié)構(gòu)體，主要是通過溶解可溶性物質(zhì)、潤滑結(jié)構(gòu)體與基質(zhì)界面等，擴大不連 續(xù)結(jié)構(gòu)的范圍，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剪切破壞等。（3）基巖裂隙水對基坑變形影響：由于基坑開挖形成一定巖土空間范圍，臨空面的存在導(dǎo)致巖土體內(nèi)部應(yīng)力狀 態(tài)的變化，裂隙承壓水

11、沿著優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面運動，不僅導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面的弱化，而且在一 定程度上潤滑基巖與結(jié)構(gòu)面界面，極易發(fā)生滑動破壞。裂隙水弱化結(jié)構(gòu)面引起巖 土體破碎程度加深，已有的支護結(jié)構(gòu)支護能力降低，導(dǎo)致基坑圍護結(jié)構(gòu)受到的側(cè) 壓力增大，引起支護結(jié)構(gòu)的變形，造成基坑的失穩(wěn)垮塌。如果存在裂隙水富集集 中的區(qū)域，承壓裂隙水的運動排除或者基坑降水措施的不到位導(dǎo)致周圍地層出現(xiàn) 較大的沉降，引起周圍建構(gòu)筑物等的開裂破壞。4基坑工程基巖裂隙水降水措施基坑工程施工過程中，基巖裂隙水的存在極易對基坑施工帶來風(fēng)險，基于基 巖裂隙水對基坑工程影響分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)了常用的基巖裂隙水降水措施，主 要包括以下幾個方面：（1）輕型井點降水：井點降水是

12、基坑降水最常用的方法之一，通過在基坑周 圍按照一定距離布設(shè)降水井，通過水泵將水管內(nèi)地下水排出，從而達(dá)基坑降水的 目的；（2）止水帷幕降水：止水帷幕也是基坑降水常用的手段之一，是指基坑外圍 止水系統(tǒng)，常見的止水帷幕包括高壓旋噴樁、深層攪拌樁止水帷幕等；（3）分層降水：分層降水的原則是考慮到地層不同位置的裂隙水的特征，分 別在含潛水、承壓水地層中，將疏干井和減壓井分開設(shè)置，進行分層降水（4）集水箱降水：利用集水箱兼作泄壓井，將加工的集水箱放置于基坑底部， 分別在集水箱上設(shè)置與滲水管連接口及與水泵連接的泄水孔，利用水泵排出集水 箱內(nèi)的，達(dá)到基坑降水目的；（5）分區(qū)封閉降水：根據(jù)基坑不同位置情況，將基

13、坑分為3個大區(qū)，然后根 據(jù)不同大區(qū)降水的難易程度，再將3個大區(qū)劃分為不同的小降水區(qū)。大區(qū)之間先 設(shè)置止水帷幕，小區(qū)內(nèi)部采用疏干降水管井；（6）不同階段與位置降排：根據(jù)基坑不同的施工階段，同時考慮基坑施工不 同建設(shè)位置，如土方清底階段采用設(shè)置排水盲溝、電梯井采用設(shè)置集水坑以及護 壁周邊排水溝，最后利用自吸泵排出（7）綜合降水方案：考慮到基坑周圍地下水的復(fù)雜性，采用多種方案并用的 綜合降水方案效果更好，如先采用地下連續(xù)墻止水，分別在基坑內(nèi)和基坑外采用 管井降水與集水明排，對于部分出水口堵砂導(dǎo)水，輔助以輕型井點降水；目前，針對基坑降水方案已經(jīng)開展了大量工程實踐，并且提出了多種有效的 基坑降水施工工法

14、。由于不同區(qū)域的裂隙水富集及滲流規(guī)律不同，最有效的方案 為多種方案的結(jié)合，提出綜合降水方案。根據(jù)對現(xiàn)有成果的總結(jié)，對基巖裂隙水的相關(guān)理論進行了總結(jié)，并系統(tǒng)歸納 了基巖裂隙水對基坑工程影響，并總結(jié)了現(xiàn)有的基坑工程基巖裂隙水降水措施， 由于新技術(shù)手段的研發(fā)，對于復(fù)雜的基巖裂隙水相關(guān)問題，仍需要從多個方面開 展研究：（1）基巖裂隙水的勘探：隨著地質(zhì)工程中物探技術(shù)的改進，許多先進的技術(shù) 手段不斷應(yīng)用于地下水勘探，如瞬變電磁法、核磁共振技術(shù)等，未來基巖裂隙水 的探測，需要避免采用單一的勘探技術(shù)，應(yīng)該根據(jù)不同方法的特點，充分發(fā)揮各 自優(yōu)勢，構(gòu)建基巖裂隙水復(fù)合勘探技術(shù)；（2）理論與具體工程的結(jié)合：不同基坑工

15、程水文地質(zhì)條件復(fù)雜性不同，因此， 在具體問題的研究過程中，需要將基礎(chǔ)理論與具體工程實踐相結(jié)合，前期要完善 地質(zhì)勘探、測繪手段與現(xiàn)場地質(zhì)條件的結(jié)合，選擇更符合施工現(xiàn)場實際的技術(shù)， 其次，基坑穩(wěn)定性分析要綜合工程力學(xué)、滲流力學(xué)以及有限元數(shù)值分析方法，前 期工程經(jīng)驗可以作為施工的參考；（3）基坑降水措施的研究：目前，隨著基坑工程的建設(shè)已經(jīng)提出了豐富的基 坑降水施工工法，對于受基巖裂隙水影響的基坑工程，應(yīng)該充分考慮基巖裂隙水 的特征，不斷改進基坑降水措施，以便滿足更高的基坑風(fēng)險控制要求。5結(jié)束語以基坑工程中基巖裂隙水的影響為研究對象，主要從基巖裂隙水理論、基巖 裂隙水對基坑工程影響分析以及基坑工程基巖

16、裂隙水降水措施等方面開展研究， 主要研究結(jié)論包括：（1）總結(jié)了現(xiàn)有的基巖裂隙水基礎(chǔ)理論，主要包括等；基巖裂隙水的主要特 征、基巖裂隙水富集規(guī)律以及滲流規(guī)律；（2）基巖裂隙水對基坑工程建設(shè)產(chǎn)生影響，系統(tǒng)歸納了現(xiàn)有基巖裂隙水的影 響，主要包括基巖裂隙水引起的涌水事故、基巖裂隙水對巖土體強度影響以及基 巖裂隙水對基坑變形影響等；（3）基坑工程基巖裂隙水降水施工對基坑安全性具有重要意義，常用的降水 方法包括輕型井點降水、止水帷幕降水、分層降水、集水箱降水、分區(qū)封閉降水、 不同階段與位置降排、綜合降水方案等。參考文獻：陳宇，溫忠輝，束龍倉.基巖裂隙水研究現(xiàn)狀與展望J.水電能源科學(xué)，2010，28（04）

17、： 62-65+109.谷少芹.黏土夾砂礓地層和基巖裂隙中基坑降水設(shè)計J.鐵道建筑技術(shù)，2018（05）： 26-28.祁福利，李永利，張峰龍，等.基巖裂隙水?dāng)?shù)值模擬探討一一以七臺河市特 大型應(yīng)急水源地為例J.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2015，42（05）： 34-41.Gvirtzman H， Magaritz M.Matrix and Fissure Water Movement through Unsaturated Calcareous SandstoneJ.Transport in Porous Media，1988，3 （4）： 343-356.王康東.瞬變電磁法在皖東某礦山周邊石英閃長

18、巖地區(qū)地下水勘查中的應(yīng)用 研究J.世界有色金屬，2019（14）： 216-218.金紅，王生力，武毅.基巖裂隙地下水綜合勘查技術(shù)模式J.工程地球物理 學(xué)報，2012，9（01）： 34-38.寧遠(yuǎn)明.試論安徽省基巖裂隙水的特征及其富集規(guī)律J.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報， 1983（02）： 84-94.林鳳勛.無錫峰嶂山地區(qū)裂隙水富集規(guī)律J.長春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，1984（04）： 107-117.張桂蘭.張店地區(qū)灰?guī)r巖溶裂隙水富集規(guī)律J.地下水，1994（02）： 28-30.郭永海，王海龍，董建楠，等.北山地區(qū)風(fēng)化裂隙水分布特征和富集規(guī)律J.世界核地質(zhì)科學(xué)，2012，29（04）： 222-226.王文豪，王紅印.淺析滎鞏礦區(qū)巖溶裂隙水發(fā)育富集規(guī)律J.能源與節(jié)能，2014 （01）： 114-115.于華遠(yuǎn)，王曉東.裂隙水的分布特征及富集規(guī)律研究J.硅谷，2013, 6 （04）： 142+69.楊會軍，韓文峰，諶文武，劉高.基巖裂隙水滲流特性探討與工程實例J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2003（S2）： 2582-2587.宋靜文，王明玉，湯大偉.基巖裂隙水三維滲流網(wǎng)絡(luò)溶質(zhì)運移試驗研究J.給水排水，2014，50（S1）： 50-53.谷少芹.黏土夾砂礓地層和基巖裂隙中基坑降水設(shè)計J.鐵道建筑技術(shù)， 2018（05）：26-28.陳青，陳惠敏.深大基坑基底破碎基巖裂隙水施