地鐵車站深基坑降水方案應(yīng)用分析

佛山市軌道交通發(fā)展有限公司 廣東佛山 528000

摘要：降水工程需要充分考察施工地點的實際情況，根據(jù)地質(zhì)條件來制定相應(yīng)的施工方案，這樣才能提高施工的效率和質(zhì)量。本文以某地鐵車站深基坑降水工程為例，使用三維的模型來對基坑施工進行模擬，制定了合適的降水施工方案，保證基坑施工安全的同時提高了施工的質(zhì)量，為相類似工程積累了經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：地鐵；深基坑；降水；數(shù)值預(yù)測；地面沉降

引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，地鐵建設(shè)在許多城市得到了很好的發(fā)展，與此緊密相關(guān)的深基坑降水也受到了人們的重視。如何設(shè)計降水施工方案來最大限度地增加施工安全性和降低對周邊環(huán)境的影響一直是地鐵車站施工不能忽視的一個問題。下面結(jié)合實例來對這方面進行討論分析。

1工程概況

某地鐵車站主體結(jié)構(gòu)為地下二層島式站臺，矩形框架結(jié)構(gòu)，圍護結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻。車站總長度為470.8m，標準段寬度為20.7m，基坑深度為16.81m，其中北段盾構(gòu)井長度為13m，寬度為24.8m，開挖深度為l8.75m。開挖基坑縱向長21.11m，橫向?qū)?6.70m，開挖深度25.11m。圍護結(jié)構(gòu)為1m厚地下連續(xù)墻，深50m，采用H型鋼接頭，基底以下4m采用滿堂高壓旋噴加固，基坑設(shè)有32根4，1000抗拔樁、10根4，900鉆孔灌注立柱樁。

2基坑降水方案

2.1基坑涌水量預(yù)測

根據(jù)基坑抗突涌穩(wěn)定性驗算，本工程需要對承壓含水層⑧3層粉砂夾粉質(zhì)黏土、（12）4層圓礫層降壓。由于換乘節(jié)點處地下連續(xù)墻較深，對地下水運動有一定的阻礙作用，使地下水在墻處產(chǎn)生繞流，因此，“大井法”不適用于換乘節(jié)點處的涌水量預(yù)測。該處宜采用達西定律進行計算。

根據(jù)本地區(qū)類似降水經(jīng)驗，坑內(nèi)降深15m時，坑外降深4m。將相關(guān)參數(shù)代入公式（1），計算得到換乘節(jié)點的總涌水量Q=26000m3/d。

2.2降壓井布置

（1）標準段及北段盾構(gòu)井

由于標準段及北段盾構(gòu)井的維護結(jié)構(gòu)深入承壓含水層的厚度小，對承壓地下水滲流阻隔作用小，同時考慮到坑外降水對基坑環(huán)境的影響較大，采取基坑內(nèi)布井的降水方案，降水效果較好。

（2）換乘節(jié)點

換乘節(jié)點段降壓井布置平面圖如圖1所示。由于對水文地質(zhì)條件的認識不足，初期方案設(shè)計基坑總涌水量僅為8000m3/d，單井出水能力在1000 m3/d以上，根據(jù)該方案施工了一批11口井，編號為CJ-0l～CJ-11（對出水量小的CJ-2、CJ-4、CJ-5、CJ-6作封井處理），但實際抽水試驗數(shù)據(jù)顯示，水位降深遠遠小于設(shè)計水位降深值，后經(jīng)進一步分析試驗，調(diào)整降壓井結(jié)構(gòu)，如圖2所示，又施工了第二批6口井，即編號為CJ-12～CJ-17。調(diào)整后的降壓井結(jié)構(gòu)井深51m，孔徑600mm，井壁管為325mm鋼管，長度42m，濾管為325mm的圓孔式外包10目濾網(wǎng)，長度8m，濾管底部設(shè)置1m沉淀管。

2.3換乘節(jié)點段抽水試驗分析

2010年12月2日～2010年12月10日抽水試驗期間，基坑內(nèi)共設(shè)了抽水井7口，其中3口為前期施工涌水量較小的降壓井（CJ-1、CJ-3、CJ-7），4口為后續(xù)施工的更改過井結(jié)構(gòu)的降壓井（CJ-12、CJ-13CJ-14、CJ-15），設(shè)置地下水位觀井5口，其中基坑內(nèi)3口（CJ-2、CJ-4、CJ-5、CJ-6）、基坑外1口（CJ-1O），井群布置如圖2所示。

圖1 換乘節(jié)點段現(xiàn)有降壓井布置平面圖

圖2換乘節(jié)點段降壓井結(jié)構(gòu)圖

2010年12月31日～2011年1月1日進行了一次生產(chǎn)性驗證抽水試驗，抽水井8口，其中6口為后期施工井（CJ-12、CJ-13CJ-l4、CJ-15、CJ-l6、CJ-l7），2口為前期施工井（CJ-1、CJ-3）；坑內(nèi)觀測井3口（CJ-4、CJ-5、CJ-6），坑夕觀狽0井1口（CJ-lO）。

群井抽水試驗期間，抽水試驗實施情況及測試數(shù)據(jù)如表1所示。

從最后一次抽水試驗可以看出，當(dāng)基坑內(nèi)水位達到設(shè)計要求時，坑內(nèi)水位降深16.19m，坑外水位降深僅為2.5m，說明地下連續(xù)墻對墻內(nèi)外承壓含水層的水力聯(lián)系有較強的阻隔作用，一方面它降低承壓含水層的輸水能力，便于連續(xù)墻內(nèi)降水，另一方面還能減少井點降水的影響范圍，能夠滿足抗突涌要求。

表1坑抽水試驗數(shù)據(jù)匯總

2.4有限元模擬

地下水非穩(wěn)定三維滲流數(shù)學(xué)模型為：

（4）

式中Kxx，Kyy，Kzz——沿著x，y，z坐標軸方向的滲透系數(shù)（cm/s）；

W一源匯項（含井）（m3/d）；

h——點（，Y，z）在t時刻的水頭值（m）；

Ss——儲水率（1/m）；

Ω——立體時間域；

T2——第二類邊界條件；