上海地铁维护保障有限公司 上海 200070
摘要：本文通过对上海市地下水采灌情况的阐述，引出上海市地下水水位的变化，具体到轨道交通10号线虹桥路—交通大学区间隧道所在位置的地下水水位随时间的变化与该区段隧道累计沉降随时间变化的关系。
关键词：地下水采灌；地下水水位；累计沉降；运营地铁隧道
中途分类号 U231.3 文献标识码 A
1 引言
在地铁的运营过程中，地下地质环境对运营地铁影响重大，其中地下水水位变化便是造成地铁修建运营过程中可能出现的工程问题的主要因素之一。依据有效应力原理可知，土体的孔隙水压力会随着地下水水位的变化而变化，使得土骨架受力也随之变化，从而造成隧道结构的变形或产生位移。一般而言，地下水水位的变化会造成隧道局部的隆起或下沉，继而引发隧道结构应力集中现象，加速隧道结构产生破坏。另外，隧道结构在施工过程中由于施工技术、作业环境等影响，使混凝土材料产生细微缺陷，投入使用后受到外荷载的作用，细微缺陷会成为隧道结构破坏的入口，迅速产生进一步的破坏，从而发生渗漏水现象。隧道结构内外受力不平衡产生渗透力，在渗透力的作用下隧道结构原有的应力场发生改变，会加速隧道结构的破坏。研究分析地下水水位变化对隧道结构的不利影响，对预防和减少地下水水位变化对隧道结构的沉降及破坏具有重大意义。
2 上海市地下水位变化情况
2.1 上海市地下水采灌历史
上海在1860年开凿了第一口深井，至1921年地下水开采量已达30×104m3/a,1949年增至8750×104m3/a。建国后开采量剧增,全市年度开采总量迅速突破2×108m3/a。地下水开采同时存在“三集中”特征，即集中于中心城区、集中于100 m以内浅的第二承压层、集中于每年5～10月的夏季。三集中的开采致使地下水位急剧下降,地面沉降快速发展。1965年以后，通过压缩地下水开采量、调整开采层次和布局、实行“冬灌夏用”等综合措施，开采强度明显降低。20世纪80年代、90年代因经济快速发展，全市地下水开采量增长明显,但城区总体处于有效监管中。近年来,上海市的地下水开采持续显著减少，2008年全市开采总量为3475.77×104m3,其中中心城区579.43×104m3,均处于建国以来最低水平(图1)。
地下水人工回灌自1966年开始全面展开,回灌量持续增长,全市最高年回灌量约2750×104m3/a,中心城区超过2500×104m3/a。20世纪90年代中后期,因产业结构调整,回灌工作受到一定影响。近年来得到有效加强,2008年全市回灌总量1763.29×104m3,中心城区1198.58×104m3 (图2)。
2.2 上海市地下水采灌的现状
目前上海地下水的采灌格局,总体呈现中心城区采灌基本平衡、近远郊开采集中且呈常年性开采、深部第四五承压层开采集中、受毗邻的江浙地区地下水开采影响明显等特点。
2.3 上海市地下水位变化的原因
历年上海市地下水的开采主要集中于中心城区、集中于第二承压层、集中于每年的夏季，这种在地区、层次、时间上的过度集中,是上海市地下水水位急剧发展并迅速降低的重要原因。
3 运营地铁隧道变形分析
3.1 隧道区间概况简介
轨道交通10号线虹桥路站—交通大学站，该区间为单圆隧道，位于徐汇区淮海西路下面，如图3，区间位于市区内，保护区内无施工项目。其中，交通大学站距离内环高架约1.7公里。
虹桥路—交通大学站由于旁通道差异沉降大，于2011年6月份加入沉降重点区段，频率为1次/月，该区段于2015年9月份频率进行了修改，更改后频率为1次/季。测量范围为：上行为：SK11+091.1(506环)—SK11+256.9(368环)；下行为：XK11+108.7(443环)—XK11+213.3(530环)。
3.2 隧道变形情况
虹桥路—交通大学站区间旁通道重点段持续监测，分别选择上行线和下行线的三个点作为特征点，画出沉降历时沉降曲线图，如图4,5。
以上行线三个点为例,对特征点的选取做出说明。取虹桥路—交通大学站区间旁通道重点段测量数据的第一个点，中间的点和最后一个点，作为上行线沉降数据的特征点。下行线同样选取。
3.3旁通道附近隧道沉降变形分析
根据3.2的图4、图5显示，10号线虹桥路—交通大学站区间旁通道附近的隧道累计沉降变化趋势明显，在冬季下沉量比较小，在夏季下沉量比较大，具体体现为在每年的5月—10月累计沉降量比较大，在其他月份累计沉降量相对于5月—10月累计沉降量小很多。其中冬季和夏季的累计沉降量差距在5-8mm左右。
轨道交通10号线虹桥路—交通大学站区间交通大学站距离内环约1.7Km，该区间对应内环到中环的距离为2.5Km左右。根据实施下水回灌的相关资料，在以内环为中线左右至中环的距离范围之间每年都进行一定量的地下水的回灌，回灌工作为每月进行，回灌深度大约在65-100m之间。
鉴于该地区地下水回灌工作的进行，在秋季、冬季、春季地下水开采量不大的情况下，地下水水位会相对比较高，地面下沉比较小，地铁运营隧道累计下沉也会比较小。进入夏季，该地区地下水的开采量在5-10月份逐渐达到最高值。随着地下水开采量的增加，地下水水位相对于开采量小的时候会降低，因而使地面产生下沉，地铁运营隧道累计下沉会加大，因此产生了轨道交通10号线虹桥路—交通大学站区间旁通道附近隧道累计沉降在夏季的沉降量比较明显的大于其他季节的沉降量。
4结语
地下水位的变化对运营地铁隧道的沉降有一定的影响。地下水位高运营地铁隧道沉降量会减小，甚至会出现地铁运营隧道上抬；地下水位低运营地铁隧道沉降量会增大。运营地铁隧道的沉降在一定条件下会随地下水位的变化而变化。
本文仅对地下水位的变化和运营地铁隧道的沉降做了定性的分析，对地下水位的变化和运营地铁隧道的沉降量的定量分析有待进一步研究。
参考文献
[1]李锴.地下水位上升对地铁隧道结构的影响分析[J].道路环保，2016（1）：83-87
[2]龚士良.上海地下水流场变化及对地面沉降发展的影响[J]. 水资源与水工程学报,2009，20（3）：1-6
论文作者:李美娟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/9
标签：地下水论文; 隧道论文; 水位论文; 地铁论文; 上海市论文; 交通大学论文; 结构论文; 《基层建设》2017年第15期论文;