地鐵車站深基坑降水實例分析

孫英健

(北京鐵城建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京100855)

1 地鐵車站概況

該車站位于天津市匯川路與悅波路交口西南側(cè)，沿匯川路與外環(huán)南路之間綠化帶呈東西向敷設(shè)，為地下兩層島式站，主體規(guī)模529m×21.1m(結(jié)構(gòu)外皮)。車站基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬21.1m，深17.00～18.06m，盾構(gòu)井段寬26.3m，深18.80～19.86m。本站圍護結(jié)構(gòu)采用地連墻，墻長31.82m(不含冠梁高度)，墻底位于1黏土層，隔斷第一層承壓水。第二承壓水抗突涌穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，其中標(biāo)準(zhǔn)段下端3.0m為素混凝土墻段。車站主體分為兩期施工，在34軸～35軸中間設(shè)置分倉墻，采用800@500三重管高壓旋噴樁止水帷幕，深度與地下連續(xù)墻同深。

2 工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件

工程開挖主要潛水含水層為雜填土、粉質(zhì)黏土、黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)黏土和粉土層，含水介質(zhì)顆粒較細，當(dāng)局部地段夾有粉砂薄層時，其富水性、滲透性相應(yīng)增大。工程場地內(nèi)基坑開挖面主要存在2個承壓含水層。第一層微承壓水以⑨1粉質(zhì)黏土、⑨11黏土為相對隔水頂板，主要賦存在第Ⅲ陸相層中的⑨2黏質(zhì)粉土中，頂板埋深為25.9～31.5m(高程-27.75～-23.75m)，含水層厚度0.4～4.3m，基本呈層狀分布，局部地段尖滅，根據(jù)初勘7CZ-SW02及詳勘7XZ-HCsw02水文資料揭示承壓水頭穩(wěn)定水位埋深3.50～5.50m(高程-0.97～-0.66m)。圍護結(jié)構(gòu)已隔斷第一承壓含水層，降水不當(dāng)對基坑開挖有不利影響。第二層微承壓水以第Ⅳ陸相層的1粉質(zhì)黏土、11黏土為相對隔水頂板主要賦存在第Ⅳ陸相層中的2黏質(zhì)粉土、24粉砂、12黏質(zhì)粉土及24粉砂中，頂板埋深為34.6～40.5m(高程-37.0～-30.0m)，含水層厚度0.4～8.3m，基本呈層狀分布，12黏質(zhì)粉土及14粉砂呈透鏡體及條帶狀分布。根據(jù)初勘7CZ-SW02水文資料揭示承壓水頭穩(wěn)定水位埋深5.35m(高程-2.51m)。場區(qū)內(nèi)止水帷幕未隔斷第二承壓含水層，該層水對主體基坑無突涌風(fēng)險。

3 基坑降水控制整體思路

結(jié)合基坑止水帷幕設(shè)計，本工程降水控制思路如下：

(1)針對上部潛水含水層的風(fēng)險特點，布設(shè)疏干井在基坑開挖前進行一定時間的預(yù)抽水，并盡量增加預(yù)降水時間，同時在土方開挖過程中結(jié)合明排措施，降低土層的含水量。

(2)對于第一承壓含水層，場區(qū)內(nèi)整體范圍內(nèi)止水帷幕均隔斷了該層承壓水，無需針對該層單獨布置降水井，疏干處理即可。

(3)對于第二承壓含水層，根據(jù)抗突涌驗算，安全系數(shù)0.94～1.08，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗，基本無突涌風(fēng)險。

(4)后期需通過施工試抽水試驗進行降水效果驗證。

4 基坑降水方案計算書

4.1 涌水量計算

依據(jù)天津市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑降水工程技術(shù)規(guī)程》(DB/T29-229-2014)[1]，基坑帷幕截斷降水目的含水層的封閉式疏干降水，基坑降水出水量應(yīng)按以下公式進行計算，計算結(jié)果見表1、表2。

表1 疏干水量計算參數(shù)取值及計算表

表2 越流水量計算參數(shù)取值及計算表

式中：QW-基坑疏干降水總出水量，m3；Q1-坑內(nèi)疏干層范圍內(nèi)的出水量，m3；Q2-下伏第一承壓含水層和第二承壓含水層向基坑內(nèi)的越流補給量，m3；A-基坑降水面積，m2；μi-i土層給水度；i-基坑最大降水深度范圍內(nèi)所包含的土層數(shù)；Δhi-i土層中水位變化(降深)值，m；Δh2-坑內(nèi)降水設(shè)計的目的水位與承壓水頭的水頭差，m ；坑內(nèi)降水設(shè)計的目的水位與承壓含水層頂間土層的等效垂直滲透系數(shù)加權(quán)平均值，m/d；m2-坑內(nèi)降水設(shè)計目的水位與承壓含水層頂間土層的厚度，m；T-降水時間，d。

4.2 疏干井?dāng)?shù)量計算

單井涌水量的確定主要依據(jù)管井的出水能力和所選取的水泵型號?；邮韪山邓?dāng)M選用QDX3-25-0.75型，流量為3.0m3/h，考慮場地淺層水多為粉質(zhì)粘土滲透性較差，無法滿足每臺泵均能保證3.0m3/h的出水能力，根據(jù)類似工程經(jīng)驗，單井出水量平均取為12m3/d，疏干井提前20天啟動疏干排水，則需要疏干井?dāng)?shù)量為56口，單口井控制降水面積a=A/n=11767/56=210.13m2，小于天津市《建筑基坑降水工程技術(shù)規(guī)程》(DB/T29-229-2014)要求的單口井控制降水面積250～400m2[1]。但根據(jù)地質(zhì)條件、圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計，針對狹長型基坑，長寬比大，基坑內(nèi)實際布設(shè)60口疏干井，其中端頭井各布設(shè)疏干井4口(深度為26m)，標(biāo)準(zhǔn)段布設(shè)疏干井52口(深度為24m)，按井間距14～16m布設(shè)。

此外，基坑外設(shè)置承壓水備用減壓井10口(兼觀測承壓水水頭)及觀察井30口。在基坑開挖過程中，承壓水備用減壓井觀測承壓水水位是否滿足抗突涌要求，輔助觀測止水帷幕的封閉效果；原則上承壓水備用減壓井不開啟，如開挖過程中承壓水水位標(biāo)高高于安全水位標(biāo)高，則啟動備用觀測井輔助降壓。觀測井觀測基坑外水位變化情況，根據(jù)水位觀測數(shù)據(jù)進行分析，校驗坑內(nèi)降水對坑外水位影響以及坑內(nèi)外水力聯(lián)系情況，間接對止水帷幕滲漏起監(jiān)測作用。

5 降水效果分析

降水效果監(jiān)測分為兩區(qū)域、兩步進行：第一步水泵放置深度在-12m位置；第二步放置井底，在抽水運行期間，同步觀測坑內(nèi)觀測井與坑外觀測井的水位變化情況。試驗時間為運行約11天，觀測頻率為每2小時觀測一次，待水位穩(wěn)定后觀測頻率為每4小時觀測一次，見圖1。

圖1 群井試驗區(qū)域示意圖

5.1 數(shù)據(jù)分析

5.1.1 第一部位基坑群井降水?dāng)?shù)據(jù)分析

第一部位降水井運行約6天時間，動水位下降較快，之后動水位小幅緩慢下降，見圖2。J20終止水位-21.2m、J58終止水位-21m。停抽后約2天時間，水位緩慢上升至-13m左右，滿足開挖最大19.86m的要求。降水井前期出水量在4～6t/h，后期出水量逐漸減小，出水量在0.8～1.5t/h。

圖2 第一部位群井試驗坑內(nèi)觀測井水位曲線圖

5.1.2 第二部位基坑群井降水?dāng)?shù)據(jù)分析

第二部位降水井運行約6天時間，動水位下降較快，之后動水位小幅緩慢下降，見圖3。J24終止水位-21.3m、J36終止水位-21.5m。停抽后約2天時間，水位緩慢上升至-13m左右，滿足開挖最大19.86m的要求。降水井前期出水量在4～6t/h，后期出水量逐漸減小，出水量在0.9～1.7t/h。

圖3 第二部位群井試驗坑內(nèi)觀測井水位曲線圖

另外通過潛水觀測井水位變化和承壓水觀測井水位變化分析得出：在試驗運行期間，坑外潛水觀測井水位基本穩(wěn)定，水位波動在2-10cm之間，水位波動在正常范圍內(nèi)，無異常變化，坑外承壓觀測井水位變化幅度0.03～0.22m，變化幅度較小。

5.2 降水效果分析

(1)試驗中開啟單口降水井，單井水位下降能影響至周邊降水井，停抽后，水位均能短時間內(nèi)回升，說明成井質(zhì)量良好。

(2)坑內(nèi)所有降水井開啟后，井內(nèi)水位均可以降至基底以下1m，降水井降水能力滿足設(shè)計要求。

(3)坑外觀測井水位變化幅度平穩(wěn)，水位下降滿足規(guī)范要求且未出現(xiàn)持續(xù)下降或下降趨勢繼續(xù)延續(xù)的情況，表明圍護結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯滲漏。

通過坑外觀察井水位變化情況分析，數(shù)據(jù)證明圍護結(jié)構(gòu)無明顯滲漏情況，證明基坑降水對周邊環(huán)境的影響較小，同時坑內(nèi)水位監(jiān)測數(shù)據(jù)證明基坑現(xiàn)有降水井設(shè)置方案及選用抽水設(shè)備能滿足基坑降水的需要，該降水方案是可行的。