人防工程處理的深導墻地下水控制技術

劉盈華 張春強

（1.中鐵十九局集團有限公司地鐵工程有限公司 中國 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 號線沿人民路南北向穿越蘇州古城區，其中觀前街站需拆除既有人防設施。 為保證周邊商家經營及道路通行要求，對車站圍護結構穿越人防地段采用深導墻支撐既有人防方案。該方案難點是在深導墻施工后破除人防地板時地下水的處理，同時又要保證周邊商家等建筑物不受影響。

1 深導墻的地下水處理

1.1 工程概況

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

人防工程處理過程中地下水的控制途徑：

圖1

1.2 井點降水施工技術措施

1.2.1 地面沉降驗算

（1）附加沉降計算原理

①附加沉降

采用分層總和法進行沉降計算，計算公式如下：

其中，S——降水引起的地面總附加沉降量（m）；

Si——第i 計算土層的附加沉降量（m）；

對于第i 層土，其附加沉降計算公式如下：

其中，ΔPi——第i 計算土層降水引起的附加荷載（kPa）；

Ei——第i 計算土層的壓縮模量（kPa）；

Hi——第i 計算土層的土層厚度（m）

②ΔPi值的修正系數

對于粘土和粉質粘土，其附加荷載的修正系數計算式如下：

μ＝容水度-持水度=給水度（含水量）=W

其中，μ——計算土層降水引起的附加荷載修正系數；

W——計算土層的給水度（含水量）

因此，對于粘土和粉質粘土，修正過后的附加沉降計算公式如下：

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

對于粘土、粉質粘土和粉土，彈性模量計算式如下：

其中，e——土層的原始孔隙比；

α——土的體積壓縮系數（MPa－1）

⑤距離降水范圍邊界任意距離處水位降落值

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

其中，ΔH——距離降水點任意距離處的水位下降值（m）；

H——潛水含水層厚度（m）；

hw——井點降水穩定水頭值（從含水層底板算起）（m）；

M——井點降水水位降深值，其計算公式如下：

L（x）——計算點距離降水點的距離（m）

r0——仿大井半徑（降水范圍等效半徑）（m）

對于本工程，降水區域近似矩形，其計算公式如下：

a——降水范圍長邊長度（m）

b——降水范圍短邊長度（m）

R——單井抽水影響半徑（m）。 其計算公式如下：

K——滲透系數（m/d）

（2）計算模型建立

以察院場東側地下連續墻范圍底板破除時的底板降水為例，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）附加沉降計算

①距離降水范圍邊界任意距離處水位降落值的計算

根據典型降水模型、地質參數等，各參數取值如表1 所示。

將表1 中的參數代入公式（6），并分別計算L（x）＝2.5m、5m、7.5m、10m、15m 時的水位降落值ΔH，計算結果見表2 所示。

根據計算結果，繪制水位降落曲線如《水位降落曲線圖》所示。

②彈性模量計算

將相關孔隙比、壓縮系數代入公式（5），計算出③1 粘土層的彈性模量，詳見表3。

表1 任意距離處水位降落值計算參數表

表2 水位降落值（ΔH）計算結果匯總表

圖3 水位降落曲線圖

表3 彈性模量計算參數及結果匯總表

③附加荷載計算

根據計算式（4），降水原點處土層附加荷載計算參數及結果詳見表4。

表4 附加荷載計算參數及結果匯總表

表5 附加沉降計算參數及結果匯總表（L（x）=0m 時）

④附加沉降計算

將表2、3、4 相關數據代入公式（2），計算出各土層附加沉降量，當距離L（x）=0m 時計算參數及結果如表5。

依此類推，各距離處沉降計算結果分別如表6 所示。

表6 沉降計算結果匯總表

⑤計算結果分析

根據計算結果分析，降水引起的地面沉降量較小，由于不均勻沉降可能導致的周邊建筑物傾斜率以及沉降量均在相關規范要求的允許值范圍以內，不會造成環境破壞。因此，采用輕型井點降水在環境安全性上是可行的。

1.2.2 井點降水設計

以《典型降水模型圖》所示地下連續墻施工工況為例進行降水設計。

（1）計算參數

根據上文沉降計算相關參數及計算結果得出：

滲透系數：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

計算影響半徑：R0=R+r0=16.6＋3.3=19.9 m

（2）涌水量計算

（3）單根井點管的允許最大出水量

井點管濾水管長度：L=1 m，井點管半徑：r0=0.015 m，代入單根井點管的允許最大出水量計算公式：

（4）井點數量計算

（5）井點間距計算

降水范圍周長為2（a＋b）=22 m

井點間距為2（a＋b）/n=0.88 m，為保險起見，施工時按間距0.8 m布置。

（6）井點管長度計算

井點管距離底板開槽中心距離為1.4 m，根據水位降落曲線圖，底板底面以下最小有效井管長度為1.524 m， 施工時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，濾管長度1m，考慮底板厚度，井點管長度為3.6 m。 由于人防結構內部部分內凈空高度小于3.6 m，為便于施工，可根據凈空尺寸，井點管可采用分節拼接井點管。

（7）立柱樁及放坡開挖時的輕型井點設計

參照以上地下連續墻施工時的井點降水計算，立柱樁（降水井）及放坡開挖施工時的輕型井點可參照地下連續墻施工時的井點降水布置。

（8）圖例

①地下連續墻施工時的井點降水圖例

圖4 地下連續墻施工時的井點降水布置示意圖

②立柱樁施工時的井點降水圖例

圖5 立柱樁施工時的井點降水布置示意圖

③放坡開挖時的井點降水圖例

圖6 放坡開挖施工時的井點降水布置示意圖

1.2.3 輕型井點降水施工

（1）鉆孔

采用混凝土取芯機在人防結構底板上鉆取φ80 mm 孔洞，進行井點管的安裝。

鉆孔時旁邊準備一定數量的應急物資，如直徑與鉆孔直徑相當的圓木、麻袋布、棉絮、榔頭、雙快水泥、塑料軟管等，一旦出現鉆孔后地下水噴涌的情況，可以立即進行封堵。

（2）井點管安裝

由于人防結構內凈空高度一般不超過3.8 m， 部分位置凈空高度小于井點管長度，為便于施工，可根據凈空尺寸采用分節拼接井點管。

井點管安裝應在盡可能短的時間內完成，一旦井點管插入到設計標高位置，立即進行孔洞的封堵，封堵方法詳見圖7。

圖7 輕型井點孔洞封堵示意圖

1.2.4 疏干井、回灌井

在人防結構底板破除前在人防結構范圍以內施工一定數量的疏干井，在人防結構范圍以外（同時位于設計主體圍護結構外側）施工一定數量回灌井，以備緊急情況下使用。

疏干井按照1 口/250 m2左右進行布置。 井點沿車站及區間的線路縱向布置成兩排，相鄰井點呈梅花形交錯布置。 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。 人防施工時作為臨時水位觀測井及緊急降水時使用，降水深度不超過人防結構底板底以下2 m。

回灌井沿圍護結構及人防結構外側布置， 間距15 m。 井管直徑φ250，鉆孔直徑φ600，其成井方式、深度及構造同疏干井。回灌井井口采用鋼板覆蓋，作為水位觀測或緊急回灌水時使用。

2 深導墻降水技術的實用性

2.1 保證了道路交通需要和商家正常經營的需要；

2.2 較先處理人防工程節省了較大工程造價；

2.3 為快速完成本工程節約了工期；

2.4 為類似工程提供類比經驗。