CN108425359B - 一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，包括：确定坑内降深设计值与保护设施的变形控制值；在基坑与保护设施间设置回灌井；采用数值软件模拟基坑开挖、降水和回灌的施工工序；根据坑内降深要求和保护设施变形控制值计算抽水流量和回灌流量阈值；布置检测元件，监测坑内外水位降深和保护设施变形；将变形测试结果输出到降水回灌自动控制系统并与变形控制值对比；控制系统通过对比分析，调整降水回灌流量。本发明将深基坑降水引起的环境变形由被动阻隔控制坑外水位降深设计变为主动回灌控制水位降深设计，根据紧邻深基坑被保护设施的变形控制要求主动进行环境变形调控，从而有效保护紧邻深基坑的被保护设施。
Description
技术领域
本发明涉及土木建筑行业基坑施工分析及环境保护方法，具体地，涉及一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法。
背景技术
近年来，上海、天津等沿海软土地区城市建设节奏不断加快，地下空间开发的规模和深度不断加大，深基坑工程中承压水降水对周围环境产生不良影响日益突出，甚至出现工程事故，如建筑物不均匀沉降引起开裂、地下管线爆裂等。因此，必须采取针对性措施，控制降水引起的环境变形，保护已有设施的正常运营。现有控制降水对环境变形的影响主要有加深止水帷幕和坑外设置回灌井，其中，对于承压含水层埋深较浅且厚度不大的情况，通过加深止水帷幕可以完全隔断承压水，从而达到有效控制坑外水位降水和地层变形的目的；对于承压含水层埋深较大或者含水层厚度较大的情况，止水帷幕无法隔断承压水，只能通过加深止水帷幕和优化降水井位置增加绕流路径，达到控制坑外水位降深的目的。然而，这种控制方法较为被动，降水实施过程中即使发现造成环境过大的影响，也难以再加强变形控制措施。
为了达到主动控制的目的，坑外回灌措施逐渐在基坑降水中被采用。2010年，中铁二十二局集团第三工程有限公司提出了“采用降水回灌控制深基坑周边沉降的施工方法”(CN102383412A)，该施工方法中，在基坑顶部设置高水位箱，用高压水泵将坑内抽出的水抽至水箱后，利用高位的水压力降水压至回灌井，达到回灌的目的。2016年，上海广联环境岩土工程股份有限公司提出的“自动回灌控制系统”(CN205975577U)，该系统包括蓄水池、回灌井、水位控制管、水质处理模块。该系统适用于基坑降水中的地下水回灌法。
此外，2014年，上海长凯岩土工程有限公司提出了“一种用于基坑降水中的地下水回灌系统结构”(CN103741671A)，其目的在于能够减少和减缓在巨厚承压含水层状态下基坑降水引起的周边地层沉降和地面沉降，同时可解决现有技术中回灌井堵塞或外侧冒水等缺陷，提高回灌效率，同时延长回灌系统的使用寿命。
由此可知，回灌技术已经在基坑降水中广泛应用，由于设计方法的不足，降低了回灌措施控制承压水降水引起变形的效果。
在进一步检索中，未发现关于地下水回灌控制降水对环境影响的报道。因此急需研发一种地下水回灌控制降水对环境影响的方法，对于控制降水引起的环境变形显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，将深基坑降水引起的环境变形由被动阻隔控制坑外水位降深设计变为主动回灌控制水位降深设计，从而实现有效保护紧邻深基坑的被保护设施的目的。
为实现以上目的，本发明提供一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，包括：
获取基坑内降深设计值及保护设施的变形控制值；
在所述基坑与所述保护设施之间设置回灌井，采用软件模拟基坑开挖、降水和回灌的施工工序，根据基坑内降深设计值和保护设施的变形控制值，通过数值计算得到抽水流量和回灌流量阈值；
监测基坑内外水位降深和保护设施的变形；
将监测到的坑内水位降深及保护设施的变形结果与获取的所述基坑内降深设计值及保护设施的变形控制值对比分析，实时调整降水回灌流量，达到满足基坑安全和保护设施变形控制的要求。
优选地，所述保护设施的变形控制值包括最大沉降量和沉降速率。
优选地，在所述基坑与所述保护设施之间设置回灌井，其中回灌井布置在保护建筑周围靠近基坑的一侧。
优选地，所述采用软件模拟基坑开挖、降水和回灌的施工工序，是指：采用数值软件建立全三维的数值模型，采用考虑流固耦合作用的模拟方法，模拟基坑开挖、降水和回灌的施工工序。
优选地，所述监测基坑内外水位降深和保护设施的变形，是指：布置水位及沉降检测元件，实时监测基坑工程施工过程中坑内外水位降深和保护设施的变形情况。
优选地，将监测到的坑内水位降深及保护设施的变形结果输出到降水和回灌控制系统，通过该控制系统进行对比分析。
优选地，所述实时调整降水回灌流量，是指：综合基坑安全和设施变形控制值来确定抽水流量和回灌流量：回灌会减小坑内水位降深，需增大抽水流量，而抽水流量增加会加大坑外水位降深，提高回灌流量阈值。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明上述采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，将深基坑降水引起的环境变形由被动阻隔控制坑外水位降深设计变为主动回灌控制水位降深设计，从而可根据紧邻深基坑被保护设施的变形控制要求，主动进行环境变形调控，从而有效保护紧邻深基坑的被保护设施。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的方法流程图；
图2为本发明一实施例的基坑与已有设施平面图布置图；
图3为本发明一实施例的采用流固耦合数值方法得到的承压水水头等值线图；
图4为本发明一实施例的采用流固耦合数值方法得到的地面沉降等值线图；
图5为本发明一实施例的有无回灌位置承压水水头随时间变化图；
图6为本发明一实施例的有无回灌位置地面沉降随时间变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1、图2所示，为本发明一实施例的方法流程图，其中采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，包括如下步骤：
(1)查阅相关规范，确定坑内降深设计值及保护设施的变形控制值；
(2)在基坑与保护设施之间布设回灌井；
(3)采用流固耦合数值分析方法模拟基坑开挖、降水和回灌的施工过程；根据坑内降深设计值和保护设施变形控制值，计算得到抽水流量和回灌流量阈值；
(4)布置检测元件，通过检测元件监测坑内外水位降深和保护设施变形值；
(5)将坑内水位监测结果及变形测试结果输出到降水和回灌控制系统，并与控制值对比；
(6)降水和回灌控制系统通过对比分析，调整降水回灌流量，达到满足基坑内降深要求和保护设施变形控制的要求。
需要说明的是，上述步骤之间并没有严格的先后关系，本领域技术人员可以根据上述实施内容进行调整，这对本发明没有实质性的影响。
在本发明一较佳实施例中：
S1中，查阅规范，确定本实施例中坑内开挖至坑底时降深设计值为9.38m，保护建筑物的变形控制值为5mm。
S2中，在基坑与保护设施之间设置回灌井数量和确定布置方式，回灌井布置在保护建筑周围靠近基坑的一侧，共布置了六口回灌井。
S3中，通过数值软件Flac3D建立全三维的数值模型，采用考虑流固耦合作用的模拟方法，模拟基坑开挖、降水和回灌的施工工序。
本步骤中，在降水与回灌阶段，回灌会减小坑内水位降深，需增大抽水流量；而抽水流量增加会加大坑外水位降深，进而提高回灌流量阈值。因此，需要综合考虑基坑安全和设施变形控制值来确定抽水流量和回灌流量。
如图3、图4所示分别为采用流固耦合数值方法得到的承压水水头等值线图和地面沉降等值线图，从图中可看出坑内水位降深与保护建筑物的变形均满足控制要求；此时，确定坑内抽水总流量的阈值为600m3/day，确定回灌总流量的阈值为359.28m3/day。
S4中，在基坑内外布置承压水水位检测元件，在保护建筑周围布设沉降检测元件，以实时监测基坑工程施工过程中坑内外水位降深和保护建筑物的变形。本实施例中，通过备用降水井观测坑内水位降深变化，以及备用回灌井观测回灌区域的水位降深变化，同时通过坑外的孔压检测元件观测未回灌区域孔压变化，进而得到相应的水位降深；在保护建筑周围布设沉降检测元件，同时在未保护建筑周围布设沉降检测元件；这样即可实时监测坑内、回灌与未回灌区域的水位降深及沉降变化情况。
S5中，将坑内水位降深及保护建筑物变形的监测结果输出到降水和回灌控制系统，并与控制值对比。
S6中，降水和回灌控制系统通过对比、分析检测元件监测并传输的监测结果与控制要求，实时调整降水与回灌流量，从而达到满足基坑安全和保护设施变形控制的要求。降水和回灌控制系统可以采用现有技术实现。
如图5、图6所示，分别为施工过程有无回灌位置承压水水头和地表沉降随时间变化图，可以看出：通过采用本发明所述方法，保护建筑物的沉降变形满足控制要求，同时满足了基坑坑内的降水要求，实现了基坑的安全施工。
综上，本发明将深基坑降水引起的环境变形由被动阻隔控制坑外水位降深设计变为主动回灌控制水位降深设计，从而可根据紧邻深基坑被保护设施的变形控制要求，主动进行环境变形调控，从而达到有效保护紧邻深基坑的被保护设施的目的。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，其特征在于：包括：
获取基坑内降深设计值及保护设施的变形控制值；
在所述基坑与所述保护设施之间设置回灌井，采用软件模拟基坑开挖、降水和回灌的施工工序，根据基坑内降深设计值和保护设施的变形控制值，通过数值计算得到抽水流量和回灌流量阈值；
监测基坑内外水位降深和保护设施的变形；
将监测到的坑内水位降深及保护设施的变形结果与获取的所述基坑内降深设计值及保护设施的变形控制值对比分析，实时调整降水回灌流量，满足基坑安全和保护设施变形控制的要求。
2.根据权利要求1所述的一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，其特征在于，所述保护设施的变形控制值包括最大沉降量和沉降速率。
3.根据权利要求1所述的一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，其特征在于，在所述基坑与所述保护设施之间设置回灌井，其中回灌井布置在保护设施周围靠近基坑的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，其特征在于，所述采用软件模拟基坑开挖、降水和回灌的施工工序，是指：采用数值软件建立全三维的数值模型，采用考虑流固耦合作用的模拟方法，模拟基坑开挖、降水和回灌的施工工序。
5.根据权利要求1所述的一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，其特征在于，所述监测基坑内外水位降深和保护设施的变形，是指：布置水位及沉降检测元件，实时监测基坑工程施工过程中坑内外水位降深和保护设施的变形情况。
6.根据权利要求5所述的一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，其特征在于，将监测到的坑内水位降深及保护设施的变形结果输出到降水和回灌控制系统，通过该控制系统进行对比分析。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种采用地下水回灌控制降水对环境影响的方法，其特征在于，所述实时调整降水回灌流量，是指：综合基坑安全和设施变形控制值来确定抽水流量和回灌流量，回灌会减小坑内水位降深，需增大抽水流量，而抽水流量增加会加大坑外水位降深，提高回灌流量阈值。
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