冯硕谋  教授级高工

● 摘要    广州地铁二号线三元里折返线北竖井在施工开挖中突然涌水。研究表明，竖井底部埋藏有灰岩裂隙 — 溶洞承压水，其水头压力大于灰岩上覆不透水土层自重压力，是导致突水的主要原因。

● 关键词    突水    承压力    分析

          一、  工程概况

广州地铁二号线首期工程三元里折返线段，位于广州城区三元里至机场路南缘。左线隧道设计里程ZDK17＋973－ZDK18＋250，全长277m。右线隧道设计里程YDK17＋973－YDK18＋060，全长87m。隧道采用暗挖法施工。开挖面积近似椭圆形，垂直高8.5m,水平宽11.54m。地面高程9.37m, 隧道结构底板高程 -7.7m。布置南北两个竖井出碴。北竖井位于里程桩号ZDK18＋226，面积为7.4×4.5m²。

2000年9月5日，北竖井开挖至 -5.25m高程时，竖井底板突然涌水。经1小时零8分，水位壅高4.71m,施工被迫仃止。突水的发生，使本线左、右线隧道施工开挖面临重大的威胁。

二、    地质及水文地质条件

北竖井所处地层结构为：上部自上而下为第四系人工杂填土（Q^m1）、晚期冲洪积粉质黏土夹粉土（Q₄^al+pl）、早期冲洪积粉质黏土夹黏土（Q₃^al+pl）;下部为石炭系中上统壶天群灰岩、白云质灰岩（C_2＋3h）。

上部第四系覆盖层含孔隙潜水。透水性微弱，属相对隔水层。潜水埋深1.75～3.5m。水位高程7.62～5.87m。下部石炭系灰岩、白云质灰岩，裂隙和溶洞发育，钻探揭露溶洞直径达1.7m。富含裂隙 — 溶洞承压水，承压水位埋深约2.67m，水位高程约6.5m。根据北竖井抽水试验水位恢复资料计算，其渗透系数为28.61m/d，属强透水层。地下水补给来源丰富。抽水试验表明，深部承压含水层水位下降时，浅部观测孔潜水位没有变化，说明承压和潜水没有水力联系。

三、      突水原因分析

北竖井开挖至 -5.25m高程时，发生涌水。根据左线隧道工程地质纵剖面图，北竖井位于勘探孔MBZ4 – 32 - css 5号孔与MBZ3 – 32 - 15号孔之间，两孔相隔57.50 m,从两孔基岩面连线量得北竖井底板下伏灰岩顶面埋藏高程－11.00m。竖井底板至灰岩顶面之间，不透水土层厚度仅为5.75m。裂隙 —溶洞承压水水位高程为6.50m，承压水头高于含水层顶板17.50m（见图1）。

按压力平衡理论，采用土层自重压力与承压水压力平衡公式进行验算：

γ·Ｈ =γ_Ｗ·h

       式中：H —竖井开挖后不透水层厚度，m ；

             γ— 土的重度，kN/m³，取土层平均重度 19 kN/m³ ；

             γ_Ｗ —水的重度，kN/m³，水重度取 10 kN/m³ ；

              h — 承压水头高于含水层顶板的高度，m ；

    当H =5.75m，h =17.50m时，计算结果：土层自重压力为109.25 kN/m² ，

承压水水头压力为175 kN/m² ，水头压力大于土层自重压力，承压水将冲溃不透水土层上涌而导致突水。

四、      结  论

综上所述，北竖井底部埋藏灰岩裂隙— 溶洞承压含水层。当上覆不透