人防工程處理的深導(dǎo)墻地下水控制技術(shù)

劉盈華 張春強(qiáng)

（1.中鐵十九局集團(tuán)有限公司地鐵工程有限公司 中國(guó) 北京 100000；2.蘇州軌道交通工程有限公司 江蘇 蘇州 215031）

0 前言

蘇州軌道交通4 號(hào)線沿人民路南北向穿越蘇州古城區(qū)，其中觀前街站需拆除既有人防設(shè)施。 為保證周邊商家經(jīng)營(yíng)及道路通行要求，對(duì)車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)穿越人防地段采用深導(dǎo)墻支撐既有人防方案。該方案難點(diǎn)是在深導(dǎo)墻施工后破除人防地板時(shí)地下水的處理，同時(shí)又要保證周邊商家等建筑物不受影響。

1 深導(dǎo)墻的地下水處理

1.1 工程概況

地下水的控制主要采用三種方式進(jìn)行， 一種是輕型井點(diǎn)降水，第二種是采用疏干井作為緊急臨時(shí)降水井（需嚴(yán)格控制降水深度）或回灌井，第三種是周邊設(shè)置備用回灌井。

人防工程處理過(guò)程中地下水的控制途徑：

圖1

1.2 井點(diǎn)降水施工技術(shù)措施

1.2.1 地面沉降驗(yàn)算

（1）附加沉降計(jì)算原理

①附加沉降

采用分層總和法進(jìn)行沉降計(jì)算，計(jì)算公式如下：

其中，S——降水引起的地面總附加沉降量（m）；

Si——第i 計(jì)算土層的附加沉降量（m）；

對(duì)于第i 層土，其附加沉降計(jì)算公式如下：

其中，ΔPi——第i 計(jì)算土層降水引起的附加荷載（kPa）；

Ei——第i 計(jì)算土層的壓縮模量（kPa）；

Hi——第i 計(jì)算土層的土層厚度（m）

②ΔPi值的修正系數(shù)

對(duì)于粘土和粉質(zhì)粘土，其附加荷載的修正系數(shù)計(jì)算式如下：

μ＝容水度-持水度=給水度（含水量）=W

其中，μ——計(jì)算土層降水引起的附加荷載修正系數(shù)；

W——計(jì)算土層的給水度（含水量）

因此，對(duì)于粘土和粉質(zhì)粘土，修正過(guò)后的附加沉降計(jì)算公式如下：

③附加荷載

因地下水位下降引起的土層附加荷載，計(jì)算式如下：

其中，ΔP——降水引起的土層附加荷載（kPa）

v——水的重度（kN/m3）

Δh——降水前后土層的水頭降落值（m）

④彈性模量

對(duì)于粘土、粉質(zhì)粘土和粉土，彈性模量計(jì)算式如下：

其中，e——土層的原始孔隙比；

α——土的體積壓縮系數(shù)（MPa－1）

⑤距離降水范圍邊界任意距離處水位降落值

通過(guò)潛水完整井水位下降曲線方程，得到距離降水點(diǎn)任意距離處水位降落值的計(jì)算公式如下：

其中，ΔH——距離降水點(diǎn)任意距離處的水位下降值（m）；

H——潛水含水層厚度（m）；

hw——井點(diǎn)降水穩(wěn)定水頭值（從含水層底板算起）（m）；

M——井點(diǎn)降水水位降深值，其計(jì)算公式如下：

L（x）——計(jì)算點(diǎn)距離降水點(diǎn)的距離（m）

r0——仿大井半徑（降水范圍等效半徑）（m）

對(duì)于本工程，降水區(qū)域近似矩形，其計(jì)算公式如下：

a——降水范圍長(zhǎng)邊長(zhǎng)度（m）

b——降水范圍短邊長(zhǎng)度（m）

R——單井抽水影響半徑（m）。 其計(jì)算公式如下：

K——滲透系數(shù)（m/d）

（2）計(jì)算模型建立

以察院場(chǎng)東側(cè)地下連續(xù)墻范圍底板破除時(shí)的底板降水為例，并考慮最不利因素，建立典型降水模型，如圖2 所示。

圖2 典型降水模型圖

（3）附加沉降計(jì)算

①距離降水范圍邊界任意距離處水位降落值的計(jì)算

根據(jù)典型降水模型、地質(zhì)參數(shù)等，各參數(shù)取值如表1 所示。

將表1 中的參數(shù)代入公式（6），并分別計(jì)算L（x）＝2.5m、5m、7.5m、10m、15m 時(shí)的水位降落值ΔH，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2 所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制水位降落曲線如《水位降落曲線圖》所示。

②彈性模量計(jì)算

將相關(guān)孔隙比、壓縮系數(shù)代入公式（5），計(jì)算出③1 粘土層的彈性模量，詳見(jiàn)表3。

表1 任意距離處水位降落值計(jì)算參數(shù)表

表2 水位降落值（ΔH）計(jì)算結(jié)果匯總表

圖3 水位降落曲線圖

表3 彈性模量計(jì)算參數(shù)及結(jié)果匯總表

③附加荷載計(jì)算

根據(jù)計(jì)算式（4），降水原點(diǎn)處土層附加荷載計(jì)算參數(shù)及結(jié)果詳見(jiàn)表4。

表4 附加荷載計(jì)算參數(shù)及結(jié)果匯總表

表5 附加沉降計(jì)算參數(shù)及結(jié)果匯總表（L（x）=0m 時(shí)）

④附加沉降計(jì)算

將表2、3、4 相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（2），計(jì)算出各土層附加沉降量，當(dāng)距離L（x）=0m 時(shí)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果如表5。

依此類推，各距離處沉降計(jì)算結(jié)果分別如表6 所示。

表6 沉降計(jì)算結(jié)果匯總表

⑤計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，降水引起的地面沉降量較小，由于不均勻沉降可能導(dǎo)致的周邊建筑物傾斜率以及沉降量均在相關(guān)規(guī)范要求的允許值范圍以內(nèi)，不會(huì)造成環(huán)境破壞。因此，采用輕型井點(diǎn)降水在環(huán)境安全性上是可行的。

1.2.2 井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)

以《典型降水模型圖》所示地下連續(xù)墻施工工況為例進(jìn)行降水設(shè)計(jì)。

（1）計(jì)算參數(shù)

根據(jù)上文沉降計(jì)算相關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果得出：

滲透系數(shù)：K=0.04752 m/d

含水層厚度：H=30 m

水位降深值：M=6.95 m

單井抽水影響半徑：R=16.6 m

降水范圍等效半徑：r0=3.3 m

計(jì)算影響半徑：R0=R+r0=16.6＋3.3=19.9 m

（2）涌水量計(jì)算

（3）單根井點(diǎn)管的允許最大出水量

井點(diǎn)管濾水管長(zhǎng)度：L=1 m，井點(diǎn)管半徑：r0=0.015 m，代入單根井點(diǎn)管的允許最大出水量計(jì)算公式：

（4）井點(diǎn)數(shù)量計(jì)算

（5）井點(diǎn)間距計(jì)算

降水范圍周長(zhǎng)為2（a＋b）=22 m

井點(diǎn)間距為2（a＋b）/n=0.88 m，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，施工時(shí)按間距0.8 m布置。

（6）井點(diǎn)管長(zhǎng)度計(jì)算

井點(diǎn)管距離底板開(kāi)槽中心距離為1.4 m，根據(jù)水位降落曲線圖，底板底面以下最小有效井管長(zhǎng)度為1.524 m， 施工時(shí)取按照底板頂面以上0.3 m，底板底面以下有效井管1.5 m，濾管長(zhǎng)度1m，考慮底板厚度，井點(diǎn)管長(zhǎng)度為3.6 m。 由于人防結(jié)構(gòu)內(nèi)部部分內(nèi)凈空高度小于3.6 m，為便于施工，可根據(jù)凈空尺寸，井點(diǎn)管可采用分節(jié)拼接井點(diǎn)管。

（7）立柱樁及放坡開(kāi)挖時(shí)的輕型井點(diǎn)設(shè)計(jì)

參照以上地下連續(xù)墻施工時(shí)的井點(diǎn)降水計(jì)算，立柱樁（降水井）及放坡開(kāi)挖施工時(shí)的輕型井點(diǎn)可參照地下連續(xù)墻施工時(shí)的井點(diǎn)降水布置。

（8）圖例

①地下連續(xù)墻施工時(shí)的井點(diǎn)降水圖例

圖4 地下連續(xù)墻施工時(shí)的井點(diǎn)降水布置示意圖

②立柱樁施工時(shí)的井點(diǎn)降水圖例

圖5 立柱樁施工時(shí)的井點(diǎn)降水布置示意圖

③放坡開(kāi)挖時(shí)的井點(diǎn)降水圖例

圖6 放坡開(kāi)挖施工時(shí)的井點(diǎn)降水布置示意圖

1.2.3 輕型井點(diǎn)降水施工

（1）鉆孔

采用混凝土取芯機(jī)在人防結(jié)構(gòu)底板上鉆取φ80 mm 孔洞，進(jìn)行井點(diǎn)管的安裝。

鉆孔時(shí)旁邊準(zhǔn)備一定數(shù)量的應(yīng)急物資，如直徑與鉆孔直徑相當(dāng)?shù)膱A木、麻袋布、棉絮、榔頭、雙快水泥、塑料軟管等，一旦出現(xiàn)鉆孔后地下水噴涌的情況，可以立即進(jìn)行封堵。

（2）井點(diǎn)管安裝

由于人防結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空高度一般不超過(guò)3.8 m， 部分位置凈空高度小于井點(diǎn)管長(zhǎng)度，為便于施工，可根據(jù)凈空尺寸采用分節(jié)拼接井點(diǎn)管。

井點(diǎn)管安裝應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成，一旦井點(diǎn)管插入到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，立即進(jìn)行孔洞的封堵，封堵方法詳見(jiàn)圖7。

圖7 輕型井點(diǎn)孔洞封堵示意圖

1.2.4 疏干井、回灌井

在人防結(jié)構(gòu)底板破除前在人防結(jié)構(gòu)范圍以內(nèi)施工一定數(shù)量的疏干井，在人防結(jié)構(gòu)范圍以外（同時(shí)位于設(shè)計(jì)主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)）施工一定數(shù)量回灌井，以備緊急情況下使用。

疏干井按照1 口/250 m2左右進(jìn)行布置。 井點(diǎn)沿車站及區(qū)間的線路縱向布置成兩排，相鄰井點(diǎn)呈梅花形交錯(cuò)布置。 井管直徑φ300，鉆孔直徑φ600，管井采用3mm 厚鋼板加工而成。 井管底位于主體基坑底面以下5 m。 人防施工時(shí)作為臨時(shí)水位觀測(cè)井及緊急降水時(shí)使用，降水深度不超過(guò)人防結(jié)構(gòu)底板底以下2 m。

回灌井沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)及人防結(jié)構(gòu)外側(cè)布置， 間距15 m。 井管直徑φ250，鉆孔直徑φ600，其成井方式、深度及構(gòu)造同疏干井。回灌井井口采用鋼板覆蓋，作為水位觀測(cè)或緊急回灌水時(shí)使用。

2 深導(dǎo)墻降水技術(shù)的實(shí)用性

2.1 保證了道路交通需要和商家正常經(jīng)營(yíng)的需要；

2.2 較先處理人防工程節(jié)省了較大工程造價(jià)；

2.3 為快速完成本工程節(jié)約了工期；

2.4 為類似工程提供類比經(jīng)驗(yàn)。