地鐵車站深基坑開挖降水技術

李鴻賓

(中鐵一局集團有限公司，陜西西安710054)

1 工程概況

1.1 車站概述

南京地鐵一號線玄武門車站位于南京市中央路與湖南路交匯處東北側，江蘇展覽館廣場的前端，呈南北走向。車站設計為地下兩層雙排柱列三跨鋼筋混凝土箱形結構，車站全長192.9 m，標準段基坑凈寬20.6 m，開挖深度14.8 m，北端頭開挖深度16.4 m。車站采用明挖順作法施工。

1.2 工程及水文地質

車站表層普遍分布有人工填土層，厚度為1 m，其最厚處達3.8 m;人工填土層以下為軟弱黏性土及砂性土，其中場地中部松散粉砂土分布相對較厚，該土層中含有豐富的地下水，滲透系數為3.63 m/d，范圍在4.0～19.5 m之間;19.5 m以下的覆蓋土為可塑性粉質黏土，該土層具有中低壓縮性、土質較好，強度較高，為不透水地層，滲透系數較小，為0.22 m/d。地下水位在地表以下1.0～1.2 m之間。

2 降水方案的選擇

2.1 基坑降水條件

由于基底以下處于不透水層，四周有地下連續墻隔水，基坑內地下水除了大氣降水外基本上無有效的補給來源，故開挖時采用積水坑抽排的辦法可以達到抽干坑內積水的目的。由于基坑開挖最大深度為16.4 m，開挖前必須將其降到基底標高2 m以下，根據地質資料顯示，只要將圍護結構內含水層中的水抽出，就可達到降低地下水的目的。

2.2 方案的選擇

結合施工現場情況，可供選擇的降水方案有輕型井點降水和深井降水兩種。井點降水適用于水位降至地面以下10 m以內，以細砂和粉砂為主，滲透系數為0.1～50 m/d的土層中，需要投入的設備較多，降水時間較長，對車站工期影響較大。深井降水最大深度可至20 m以下，且施工工藝簡單，成井速度較快，其管井在基坑開挖中易于拆除。故深井降水可以改善施工條件，提高功效，同時也大大加快工程進度。

因此，玄武門站深基坑開挖選用深井降水方案。

3 降水設計

3.1 降水設計思路

根據基坑開挖深度，按照基坑水位降至基底以下1～2 m的原則。初步設計井深16 m，井孔直徑600 mm，井管選擇外徑為350 mm混凝土管和混凝土濾管，其中混凝土管單節長度4 m，濾水管單節長度4 m(孔呈梅花型布置)，每道深井由1節混凝土濾管和3節混凝土管組成(在管井底加焊10 mm厚的鋼板，防止潛水泵在抽水時堵塞)。施工時采用GPS158型旋轉鉆機成井，鉆頭直徑為600 mm，抽水采用8臺揚程為20 m，功率為0.75 kW的小型真空潛水泵(該泵最大特點是根據水位情況自動開啟)，抽水管采用內部帶有鋼絲的塑料軟管或膠管，其直徑為38 mm，單節長度20 m，降水共需管長240 m(其中包括引出井管外的長度)。

3.2 設計計算過程

由于井點系統涌水量以水井理論為依據，該降水井井底為透水層且布置在兩層含水層之間，所以涌水量的計算以無壓非完整井的理論為依據進行設計計算。根據玄武門站西側國際商城抽水試驗資料及工程地質報告確定滲透系數為0.34 m/d，含水層的有效深度H0，按經驗系數查表得H0＞H=18.5 m，則仍取含水層的厚度18.5 m。

影響半徑R=1.95S(HK)1/2

式中:R為影響半徑(m);S為水位降深16 m;H0為含水層厚度18.5 m;K為土層滲透系數0.34 m/d。

則: R=1.95×16×(18.5×0.34)1/2=78.25 m

因為A/B=192.9/20.6=9.364＞3

則引用半徑采用公式r0=P/2π進行計算

式中:A為基坑長度，A=192.9 m;B為基坑寬度，B=20.6 m;

所以r0為 P/(2π)=70.17 m

式中:P為基坑周長，440.9 m;r0為引用半徑m。

基坑總涌水量

式中:Q為基坑總涌水量;S為基坑底水位降深16 m。

單井涌水量

式中:d為井管直徑0.35 m;L為濾管長度4 m。

井數、間距

設計選擇8口井，井間距D=21.43 m，管井沿基坑中線以21.43 m間距避開連續墻鋼支撐，布置見圖1。

圖1 降水井平面示意(cm)

4 施工工藝

4.1 施工技術措施

(1)在定位井點位置前結合圍護結構施工圖，使井點的位置與基坑中架設的支撐相互避開。

(2)選用GPS158型鉆機成孔，鉆孔直徑600 mm。孔口設置鋼護筒，鉆至設計深度后用正循環方法清孔，施工中控制孔斜偏差＜1%。

(3)探測孔深滿足設計深度后按順序下放井管，首先仔細檢查濾網包扎質量(在濾管外圍采用兩層紗網包扎裹緊)，然后輕提慢放并使井管居中(單節管節上沿著管口對稱焊有Φ16的吊環，用于吊放管節)，兩管連接處均有預埋鐵環，鐵環接縫處采用電焊焊接，確保抽水過程中不漏水。

(4)當上部孔壁縮徑或孔底淤塞時，管井下放時邊向孔內注水邊慢慢放入。禁止上下提拉或強行沖擊。

(5)在井壁間隙回填4～10 mm細礫石至地面以下2.0 m，孔口部分用黏土填實，回填時按照要求利用井壁上設的對中線確保井壁四周填層厚度均勻。

圖2 工藝流程示意

(6)下管回填完細礫石后及時洗井，采用空氣壓縮機的方法進行洗井，至井口返出清水為止，洗井控制標準:

①洗井前后兩次抽水，涌水量相差＜15%;

②洗井后，井內沉渣不上升。

(7)降水過程中隨著基坑內水位下降，基坑邊鄰近建筑物、管線及周邊地表基礎下水的浮力減少，使地基荷載增大，從而造成結構物的下沉，因此要加強對基坑周圍布設5個觀測孔的監測。洗井成功后即進入井管的降水過程。

4.2 工藝流程

工藝流程見圖2。

5 結論及體會

5.1 降水效果及影響

按照在基坑開挖前14 d進行降水，待底板結構施工完7 d后進行封井處理。玄武門站主體基坑整個深井降水共花費83個工日，降水前與降水后從土樣含水率比較，發現砂層范圍內含水率降低85%，黏土層范圍內含水率降低4%～3.3%，降水效果明顯。降水后保證了基坑開挖土體邊坡穩定和深基坑作業的安全，確保了作業場地干燥，為主體結構的施工贏得了時間，創造了有利的施工條件。

5.2 施工中的幾點體會

(1)降水井數量和間距的確定一定要參考站址內的工程地質報告，同時在圍護結構施工時要結合連續墻成槽過程中的土層記錄。確保數據真實、準確。

(2)成井過程中的一個關鍵步驟在于洗井，它直接影響到整個基坑降水的效果。所以要求責任心強的人員進行操作，同時技術員現場值班，保證洗井成功。

(3)在基坑開挖過程中要作好成井的保護，嚴防開挖時井管被損壞或被土方掩埋，同時用警示牌作標記。

(4)降水的同時加強了對觀測井水位及周邊建筑物、管線及周邊地表的沉降觀測，及時調整抽水時間和次數，確保基坑作業場地的干燥及周邊建筑的安全。

(5)在正式抽水之前認真做好單井試驗性抽水，確定計算滲透系數K的取值，使得設計降水井的數目能達到基坑降水的預期效果。

［1］劉建航，侯學淵.基坑工程手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社出版，1999

［2］建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社出版，1999

［3］王維獻.北京地鐵十號線熊貓環島車站降水工程技術［J］.探礦工程，2010，37(3):42－48

［4］何小亮，王志碩，胡向陽.西安地鐵三號線某車站基坑降水設計［J］.地下水，2011，33(1):12－13