地下水控制在地铁车站建设中的新策略

引言

基坑工程中常见的不良作用有：基坑在进行管井降水时，地下水位下降，含水层被疏干，地下土层会产生固结沉降，导致基坑周边地面发生沉降甚至导致区域性地面沉降，进而导致进一步的次生灾害；基坑在未采取有效处理措施的情况下强行开挖，或者基坑开挖后止水帷幕失效，会产生流砂、管涌或基底突涌现象[1]。因此，地铁车站地下水控制涉及复杂的渗流过程与多层防护体系，调控方案的合理性直接影响施工安全和运营稳定性。传统地下水控制方法多采用单一手段，难以有效应对动态水文环境的变化，导致地层变形、涌水等风险加剧。现代工程实践中，实时监测和智能调控的综合技术体系成为研究热点。此外，提出基于风险分级的主动调压策略，结合多屏障协同控制系统，构建地下水 - 地层 - 环境多场耦合响应模型，形成系统化的地下水管理方法。研究目标是提高调控的灵活性和适应性，使地铁车站在复杂水文条件下仍能保持结构安全，为相关工程提供技术支持。

1. 地下水动态调控的预测与反馈理论

1.1 非稳定渗流场的三维数值模拟方法

地下水在地铁车站施工及运营过程中呈现复杂的非稳定渗流特征，受地层结构、降水、围护结构渗透性及开挖扰动等因素影响，导致地下水流场呈现动态变化。构建三维数值模拟方法，可为地下水调控提供定量预测能力。模型采用有限差分与有限元耦合计算，结合非饱和渗流理论，模拟地下水在多孔介质中的流动特性，并对边界条件进行动态修正。计算过程中，引入时变参数修正方法，对地层渗透系数、地下水补排量及水头变化进行动态调节，使得模拟结果更贴合具体工况。数值模型的构建不仅依赖理论推导，还需结合现场监测数据进行校准，以提高预测精度。在计算区域划分中，采用网格自适应优化策略，使计算单元能够在高梯度区域保持较高分辨率，确保模拟精度。

1.2 分布式传感网络的实时数据同化机制

地下水调控的精准性依赖于高时空分辨率的数据支持，分布式传感网络通过多节点部署，实现地下水流场的动态监测。系统由水位监测点、渗压传感器、土壤湿度传感器及多通道数据采集设备组成，构建高密度监测网络，覆盖地铁车站施工区域及周边地层。数据采集后，采用无线传输技术传送至中央控制系统，并通过数据同化算法优化信息质量。数据同化机制基于卡尔曼滤波与变分同化技术，利用实时观测数据修正数值模型中的初始条件及参数误差，提高预测精度。算法运行过程中，通过动态权重调整不同传感器的数据贡献度，避免异常数据对计算结果的影响 [2]。系统具备自学习功能，在长期运行中可依据历史数据优化传感节点的布设策略，使监测网络具有更高的适应性。

2. 多屏障协同控制系统的集成方法

2.1 基于风险分级的主动调压策略设计

地下水控制过程中，水压力变化直接影响地层稳定性与结构安全，针对不同等级风险制定主动调压策略，可有效降低突发性渗透风险。该策略基于地层渗流特性、围护结构承载能力及地下水动力学行为构建风险分级体系，将地下水压力异常区域划分为低、中、高三类风险等级。低风险区域维持常规水位调控，中风险区域采用局部降压措施，高风险区域采取应急压力释放方案，防止渗流失稳引发地层沉降或突涌[3]。压力调节系统结合多维传感网络，实现实时水位监测，并依据历史数据调整调控策略。调压设备包括深层井点降水、渗流导排系统及主动回灌装置，确保水压调节符合工程稳定性要求。计算模型结合数值仿真分析与现场监测数据，优化调压幅度及响应时间，使地下水控制具备更高的灵活性。

2.2 地下水- 地层- 环境的多场耦合响应模型

地下水运动受地层结构与环境变化的共同影响，构建多场耦合响应模型可揭示各因素间的动态相互作用。该模型基于渗流场、应力场及温度场耦合计算，分析地下水流动对地层变形、环境湿度及温度梯度的影响。渗流场模拟采用饱和 - 非饱和流动方程，考虑渗透系数时空变化，确保计算精度。应力场分析围绕地层应变特性，评估地下水压力波动对结构稳定性的影响，结合有限元方法预测不同工况下的变形模式[4]。温度场计算涵盖地下水对环境温度的调节作用，优化施工区域水热平衡，防止水温异常影响地层力学性质。模型参数通过现场监测数据校准，提升预测可靠性。

3. 结束语

地下水动态调控是地铁车站工程安全管理的核心环节。研究提出的非稳定渗流场三维数值模拟方法，能够在复杂地层条件下准确预测地下水变化趋势，为调控方案提供科学依据。分布式传感网络的数据同化机制通过实时监测，提高了地下水调控的响应速度和精准度，使调控方案能够适应不同环境变化。多屏障协同控制系统通过整合主动调压策略，有效降低了地下水突发异常引发的地层变形风险，并增强了对涌水问题的预防能力。地下水 - 地层 - 环境的多场耦合响应模型反映了不同影响因素之间的动态关系，使调控方案能够更精准地匹配实际工程需求。研究表明，该体系化方法不仅优化了地下水管理模式，还在施工安全和运营稳定性方面具有较高适用性。未来可在不同地质条件下进一步优化模型参数，提高数值模拟的精细化程度，并结合智能算法，实现更加自适应的地下水调控体系，以满足复杂城市地下空间工程的发展需求。

参考文献

[1]何训正 . 某地铁车站深基坑支护设计及地下水处理措施 [J]. 工程建设与设计 ，2017，（24）：52-53.

[2]周恺运 . 地铁车站深基坑地下水工程风险分析和控制 [J]. 中国市政工程 ，2013，（02）：70-72+111.

[3] 姚军 . 加强地下水控制确保地铁施工安全 [J]. 现代城市轨道交通 ，2011，（06）： 30-34+5 .

[4] 贾学猛 . 地铁深基坑车站临近既有线施工地下水控制技术 [J]. 四川水泥 ，2020，（03）：304-305.