摘要：轻型井点降排水在基坑施工临时降排水方案中应用极为广泛，但因影响因素较多，施工中常会出现原设计方案降深不足而影响施工或降深过大造成浪费的情况。采用三维有限元方法，以南水北调干渠镇平段一断面为例，分析了多层地质结构条件下，井深、井点间距及井底地层特性对轻型井降深的影响。结果表明，若井底位于强透水层，轻型井降深随井深增加而增大;若井底位于相对不透水层，轻型井井深对降深没有影响;井点间距越大，降深越小。此外，井底强透水层越厚，无效降深越小;当强透水层厚底大于5m时，无效降深基本恒定，但井点间距越大，该值也越大。
关键词：多层地质结构;轻型井;降深;影响因素;有限元
中图分类号：TV551.4文献标志码：A文章编号：
Impactfactorsofdrawdowninlightwellwithmultilayergeologicstructure
LIUWei，JIANGDing-guo
（CollegeofHydroelectricEnvironmentEngineering，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China）
Keywords：multilayergeologicalstructure;lightwell;drawdown;impactfactor;finiteelementmethod
1研究对象
南水北调中线一期总干渠镇平段是陶岔渠首至沙河南段干渠的一个设计单元，位于河南省南阳市镇平县境内，起点在邓州尚寨以北约1km的邓州与镇平县界，终点在官鲁岗镇附近潦河右岸的镇平县与南阳市卧龙区交界处。地质
构成可大致分为双层结构和多层结构两大类;依据开挖底板高程和透水砂砾层在高程方向上的相对关系，又可分为开挖到强透水层及未能开挖至强透水层两大类。渠道地质条件为多层组成时，可视为双层地质的组合情况，在施工中存在的问题与双层渠道类似，见图1，即轻型降水井点水位接近相对不透水层时，设计降深无法满足施工要求，应同时考虑其它合理的降水措施。本文以具有双相对不透水层和单强透水层的典型多层地质结构渠段为例，分析轻型井降深的影响因素。
2.1计算区域
计算采用有限元方法，通过求解三维饱和恒定渗流偏微分方程，分析不同工况下降深的变化。考虑到渠道两侧地形、地质条件的对称性，取渠道轴线一侧作为计算对象，渗流计算模型底部隔水边界至114.0m高程，侧边界与渠坡的距离约为50.0m，沿渠向长度取为井点间距。有限元网格三维计算模型采用六面体八节点等参单元，局部区域采用五面体六节点等参单元过渡。为方便计算，将网格节点布置在轻型井所处位置上，同时加密井点附近单元网格，以减弱由此带来的数值影响。三维有限元网格剖分见图3。
2.2边界条件
2.3计算工况
3计算结果及分析
3.1井深对降深的影响
由图4（a）可知，在渠道横断面上，所有工况下浸润线高程自远端边界处逐步降至井点管附近，在井点管附近突然降低，经井点管后又突然升高，在井点管附近形成明显漏斗区。过漏斗区后，浸润线近似水平，在渠道基坑中形成稳定降水面，且都在相对不透水层之上。由图4（b）可知，浸润线顺渠向的分布与渠道横断面上类似，即在井点管附近0.5m范围内形成明显漏斗区后，在其它区域降水曲线变得平缓，井点管的降水效果大体由漏斗区深度决定。由此可知，当井底位于强透水层时，降深随井深增加而增加;若井底位于相对不透水层，除井点附近外，降深并不随井深增加而改变。
3.2井点间距对降深的影响
为分析井点间距对降深的影响，分别计算了井点水位为135.1m（井点在强透水层）、131.8m（井点在相对不透水层）且井点间距分别为3m、5m、8m时浸润线沿渠道横断面及顺渠向断面的分布情况（图5）。
3.3井底地层特性对降深的影响
对不同井点间距下无效降深和井底透水层厚度间的关系进行拟合，可分别得到式（4）-式（6）。
h=0.34+4.931+exp（x-1.049）/1.19（井点间距5m时）（5）
h=0.37+5.521+exp（x+0.901）/1.33（井点间距8m时）（6）
式中：h为无效降深;x为井底强透水层厚度。
4结论
本文采用三维数值模拟的方法分析了多层地质结构条件下轻型井降深的几个影响因素，结果表明，轻型井降水效果受井深、井点间距及井底地层特性共同的影响;在井底强透水层厚度大于5m时，井深与降深基本呈线性关系;井底强透水层厚度小于5m时，降深随井深增加而增加，但降水效果变差;若井底为相对不透水层，受相对不透水层顶托作用影响，强透水层中总会有一定厚度的含水层，其厚度随井点管间距的增加而增加。 设计轻型井降排水方案时，若井底强透水层厚度较小，需结合数值方法对降水方案重新评估。本文采用简化的处理方法分析了对轻型井降深几个的因素，但实际情况下轻型井降水方案设计时还要考虑井点流量的计算、泵及排水管道的选择等，而且降深还受地层的渗透参数、地下水的补给情况、施工工艺及施工质量等因素的影响，因此在今后的研究中还需要逐步揭示这些影响因素，为降排水方案的合理设计提供参考。
参考文献（References）：
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