1）地层渗透系数确定
以南京纬三路梅子洲风井为例，在现场进行专项抽水试验，试验情况及平面布置如图2-1、图2-2所示。本次试验分两个批次，分别下入81m3/h和131m3/h的抽水泵，获得了两个降深的水文地质试验资料，主要包括测孔水位降深（S）及出水量（Q）。
图2-1 试验井布设
图2-2 水池量测
现场绘制了试验井的S- t时间关系曲线，详如图2-3所示。根据野外抽水试验观测记录，整理抽水试验成果统计见表2-1。
图2-3 抽水试验St历时曲线
表2-1 高透水地层抽水试验成果统计表
为更准确地得出试验目的层的渗透系数，试验采用承压非完整井稳定流试验原理进行求解。
参数计算采用稳定流非完整井模型（图2-4），相关算式选用两个观测孔所对应的渗透系数计算式（2-3），将相关试验参数代入后进行求解。
图2-4 稳定流非完整井模型
式中：K为渗透系数（m/d）；M为含水层厚度（m）；Q为主孔出水量（m3/d）；r1、r2为主孔距观测孔的距离（m）；S1、S2为观测孔水位降深（m）；ξ、ξ0、ξ1、ξ2为补充水流阻力系数。
梅子洲风井紧临长江，切穿了承压水含水层。在无隔水条件下，基坑用水量可按均质含水层承压—潜水非完整井估算，取渗透系数k=35m/d，经计算涌水量Q=175483m3/d或Q=7312m3/h。可以看出，由于风井处紧临长江，承压含水层以强透水的卵砾石为主，地下水补给丰富，降水施工难度大。在基坑地下连续墙实施完毕后，为充分了解该场地承压水层的水文地质特征，以选择合理的施工方案，进行了水文地质专项抽水试验。根据抽水试验结果，坑外单井出水能力达5280m3/d，坑内单井出水量达到2400m3/d，进一步说明了地下水十分丰富。此外，水位恢复至100%需要60min；恢复至65%仅需4min，地下水恢复十分迅速，表明地下水具有较强的补给来源。因此，采用常规的干开挖方案，水位降深大、降水风险大、不确定性多。
2）含水层影响半径确定
一般含水层的影响半径R宜通过试验确定。缺少试验时，可按下式计算并结合当地经验取值：
式中：Sw为井的水位降深；K为含水层的渗透系数；H为潜水含水层厚度。
经过计算，影响半径已经超过防洪堤堤身范围。
3）全降水基坑底板稳定性分析
据本次勘察资料，工作井处26.0m以浅以流塑状淤泥质粉质黏土为主，26.0～29.0m为软塑状粉质黏土，29.0～52.0m为粉砂，其中穿插一层11.27m厚的粉质黏土夹粉砂透镜体，52m以下深度为卵砾石。风井开挖过程中，将经历未揭穿承压水隔水层、坑底为黏性土及揭穿隔水层、坑底为粉细砂两种工况。
（1）工况1分析：当风井开挖到一定深度，坑底黏性土在承压水压力作用下将产生突涌现象，其临界开挖深度可按《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）或《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）采用下式进行验算。
式中：γm为透水层以上土的饱和重度；t+Δt为透水层顶面至基坑底面的深度；pw为含水层压力。当γm取18.1kN/m3，pw取299kPa。则按上式计算得到为含水层顶板距坑底的距离t+Δt应不小于18.2m，则开挖深度大于11.7m时基地将出现突涌；此时需采用降水措施降低坑内承压水水头，方可保证基坑安全。
（2）工况2分析：当基坑开挖揭穿隔水层，坑底为透水的粉砂时，在承压水动压力作用下，粉砂易发生流砂现象。为满足坑内施工安全，可按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）采用下式对降水深度进行验算。
式中：D为截水帷幕底面至坑底的土层厚度；D1为承压水含水层顶面至坑底的土层厚度
为土的重度；Δh为基坑内外的水头差；γw为水的重度。按上式计算得到基坑开挖到坑底后为防止坑底出现突涌。坑内外的水头差Δh≤22.9m，即坑内水头降深至少应达到29.4m。
4）带水施工基坑底板稳定性分析
根据设计要求，上部+8.00～-8.00m范围内有四道环梁（含顶冠梁），应进行降水考虑，确保干开挖施工深度，在-8.0m以下位置将进行水下作业，将不再考虑降水。所以风井开挖过程中主要考虑未揭穿承压水隔水层、坑底为黏性土（或淤泥质黏土）的工况。
开挖过程中，基坑底面的安全稳定性，可按下式进行验算。
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式中：F为基坑底面突涌安全系数（取1.10）；hs为基坑底面至承压含水层顶板之间的距离（m），计算时承压含水层顶板埋深取最小值（m）；hw为承压含水层顶板以上的承压水头高度（m）；γs为基坑底面至承压含水层顶板之间的土的层厚加权平均重度，取18N/m3；γw为地下水的重度（取10.0kN/m3）。
经计算，在静止承压水位埋深在1.00m的情况下，当基坑开挖深度大于11.90m时，考虑减压降水。本基坑降水深度设计见表2-2。
表2-2 降水计算情况统计
（续表）
5）减压降水井布置
为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量。
坑内疏干井数量按下式确定：
式中：n为井数（口）；A为基坑需疏干面积（m2）；a井为单井有效疏干面积（m2）。
根据开挖面土质情况及加固因素，疏干井按350m2布设1口，共计布置2口疏干井，井深在坑底以下6m，考虑22m为宜。疏干井水泵以3t/h考虑。
为了有效降低和控制承压含水层水头，确保基坑开挖施工顺利进行，必须进行专门的水文地质渗流计算与分析，为减压降水设计提供理论依据。
多孔介质和流体不可压缩时非恒定达西渗流场求解的微分控制方程为
其中：
；
式中：S为贮水系数；Sy为给水度；M为承压含水层单元体厚度（m）；B为潜水含水层单元体地下水饱和厚度（m）；kxx、kyy、kzz为各向异性主方向渗透系数（m/d）；H为点（x，y，z）在t时刻的水头值（m）；W为源汇项（1/d）。
式中：H0（x，y，z，t）为点（x，y，z）处的初始水位（m）；Γ1为一类边界条件；H1（x，y，z，t）为点（x，y，z）在t时刻的边界已知水位（m）。
对整个渗流区进行离散后，采用向后差分法将上述数学模型进行离散，就可得到数值模型，由此计算、预测降水引起的地下水位的时空分布。
如图2-5所示，经过三维渗流模型计算，为了降低承压水，在基坑内布置4口减压井（其中含1口观测井），可以将水位控制在安全水位以下见表2-3。
图2-5 减压井布置三维计算图
表2-3 井的数量
降水井单井设计流量：
式中：q为单井设计流量；Q为基坑降水总涌水量；n为降水井数量。
管井的单井出水能力：
式中：q0为单井设计流量；rs为过滤器半径；L为过滤器进水部分的长度；K为含水层的渗透系数。
井的布置及构造如图2-6所示。
图2-6 降水井布置及构造示意图
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