福州地鐵樹兜站降水工程的分析與防治

孫 迪

(福建省建筑設計研究院 福建福州 350001)

引 言

隨著城市建設進程日益加快，城市地下空間的開發和利用越來越迫切。深基坑工程作為一項投資高、風險大的工程，則在當前城市地下工程活動中扮有重要角色。其中地鐵區間及其各站點深基坑的開挖，被列為難度最為突出的深基坑工程[1-2]。而基坑降水則是保證深基坑工程開挖施工能否順利進行的一個重要因素。因此，基坑開挖施工前，應根據場地不同地質條件制定出有效的降水方案，從而確保基坑施工安全。

1 工程概況

福州地鐵1號線樹兜站設在五四路與華林路交叉口以西，沿華林路而設，車站主體基本為東西走向，設計里程為CK6+216.5～CK6+483.5，車站為地下雙層箱形框架結構，主體圍護型式采用地下連續墻圍護，總長約267m，設六個出入口通道、兩組風道。擬建車站具體性質詳見(表1)。

表1 車站建(構)筑物性質一覽表

1.1 場地周邊環境

擬建車站地處商業繁華區，周邊主要為居民小區、商業、辦公樓等建筑，建筑物密集，車站終點鄰近樹兜河(最近約17m左右)。

擬建場地現狀及周邊環境詳見(圖1～2)。

圖1 華林路現狀(五四路口)

圖2 場地西側樹兜河

1.2 地下障礙物及管線

擬建車站主體位于華林路上，道路兩側多分布有地下電纜、煤氣管道、污水管、給排水管等各種類型的地下管線，基坑開挖施工時將會導致地面產生一定的變形，引起地下管線、管道等產生不均勻變形，嚴重時會產生開裂、漏氣、漏水等不良作用，并影響市民的正常生產、生活;尤其是在具有深厚層飽和軟土分布的地段中施工時，對地下管線的不良影響將會更加明顯。此外，擬建車站部分出入口及風井位于現有建筑物范圍內，原有建筑物舊基礎等地下障礙物對本工程施工作業也會產生一定影響。

1.3 場地巖土層情況

根據勘探資料揭露的50.5m深度范圍內，主要分布有第四紀松散沉積物及強風化、中風化巖層。第四系松散沉積物主要由粘性土、砂土及碎卵石層組成，一般具有成層分布特點。

說明:為保證福州地鐵1號線3個標段地層的連貫性，由勘察監理單位根據各標段的地層分布情況進行地層統一編號，本標段的地層編號系根據統一編號確定。

擬建場地主要巖土層自上而下分布如下:

第①1層雜填土～第②層粘土(Q43(al))～第③1層淤泥(Q41-2(m))～第④層粉質粘土(Q33(al))～第④j層含礫中粗砂(Q33(al))～第⑤1層淤泥質粘土(Q3

3(m))～第⑥層碎卵石(Q33(al+pl))～第⑦層粉(砂)質粘土(Q32(al))～第⑨層碎卵石(Q31(al+pl))～第⒂層散體狀強風化花崗巖(γ53)～第⒃層碎裂狀強風化花崗巖(γ53)～第⒄a層中等風化(石英正長)斑巖(Jξn)。擬建場地Ⅱ -Ⅱ’工程地質剖面圖如(圖3)所示。

1.4 場地水文地質條件

1.4.1 地表水

擬建車站西側緊鄰樹兜河(最近約17m)，樹兜河為城市內河，屬于閩江內河水系，其水位主要主要受降雨和地表徑流補給并受河道水閘調節控制，據了解其水位標高平時多為4.2～5.5m。根據福州地區區域資料，市區內澇最高水位為7.5m。

圖3 擬建場地Ⅱ－Ⅱ’工程地質剖面圖

1.4.2 上層滯水

上層滯水主要賦存于淺部雜填土層中，為孔隙水，水量不大，補給主要為大氣降水及地表徑流，以蒸發及下滲方式排泄。根據福州市地區經驗，該層水位埋深一般在1.0～3.0m間，水位變化幅度約1～3m。

1.4.3 承壓水

擬建場地分布有第⑥、⑨層碎卵石層，為承壓含水層，且本區間場地局部區域分布有第④j層含礫中粗砂層(局部與第⑥層相連)，該層中的地下水亦具有一定的承壓性。根據福州地區經驗，承壓含水層接受上部潛水含水層的補給，且以地下徑流等方式進行排泄，并以滲透等方式對深層地下水進行補給，水位低于潛水水位，受季節影響呈年周期性變化，變化幅度約2～6m。

根據本車站初勘階段1組抽水試驗及詳勘階段斗門站1組抽水試驗結果，測得承壓水水位埋深為12.45～17.20m，相應水位標高為-4.86～-11.16m。

2 基坑支護方案

由于本工程擬建車站主體部分基坑側壁安全等級為一級，圍護結構選擇地下連續墻圍護或采用柱列式排樁加旋噴樁止水進行圍護;車站風井、出入口等區域，基坑開挖深度相對較小(根據類似工程經驗，一般小于10.0m)，采用排樁支護加旋噴樁止水帷幕，樁型選用沖(鉆)孔灌注樁等;出入口開挖深度較小區域，采用鋼板樁支護。

3 降、排、止水設計方案

擬建場地地下水水位較高，對上層滯水可采用明排方式;對分布于第④j層含礫中粗砂層及第⑥層碎卵石層中的承壓水，應根據基坑開挖深度結合承壓水水位埋深情況，采用管井進行降水減壓。

本工程擬建車站基坑底板下分布有第⑥層碎卵石層，且局部區域分布有第④j層含礫中粗砂層(局部與第⑥層相連)，該兩層為承壓含水層，勘察期間測得的承壓水水頭，對基坑突涌可能性進行估算，結果見下(表2)。

表2 承壓水突涌可能性計算判別表

根據表1中估算結果，按本次勘察期間測得的承壓水高水位計算，本工程擬建車站基坑有承壓水突涌可能，基坑開挖時應采取降水減壓措施或進行坑底加固。

4 防治分析

降水工程是一項系統工程，其受多重因素影響，且影響較大。這就導致降水工程設計在工程實際中反復調整，多次優化。為保證降水工程的順利進行，且避免對周邊環境造成不利影響，并結合周邊各類建(構)筑物、地下管線、巖土層分布情況及基坑支護形式等，采取以下手段和措施[3-4]。

4.1 沉降監測

地面沉降對地鐵的危害主要表現為過大的不均勻沉降導致地鐵隧道襯砌結構變的形及滲漏，特別是上部土層存在有厚度較大的高壓縮性軟土。產生地面沉降的主要原因是由于過量開采地下水引起。監測表明:地面沉降與地下水在時空分布、演變規律、變化幅度等方面具有密切的相關性。地面沉降范圍與地下水位降落漏斗格局和形態的相似性，地面沉降幅度與地下水位降深的相關性，都充分證明了福州市區地面沉降是在特定的地質條件下，地下水長期不合理開采所致。

擬建車站位于福州市中心城區，根據以往其他城市軌道交通建設經驗，在降水工程實施之前，要根據降水設計方案中計算出的抽水影響半徑和該范圍內的重要建(構)筑物、道路及地下管線等布設沉降觀測點(如對周邊重要建(構)筑物、鄰近道路及地下管線按一定間距進行水平位移和沉降監測，對圍護墻及墻后土體在基坑周圍按一定間距進行深層土體水平位移監測)，在抽水期間沉降監測要連續不間斷進行，若累計沉降量瀕臨預警值時，應及時上報監理或建設單位，并在第一時間采取有效防治措施。

4.2 地下水動態監測

由于福州地區雨季較長，地下水豐富且呈動態變化。季節性的降水往往使場地內地下水各含水層的水力聯系發生較大變化，同時會對周邊環境產生影響。為了能夠及時采取必要和有效的地下水處理措施，所以準確掌握場地內地下水動態變化情況顯得尤為必要。因此，在降水工程實施期間，應收集地下水動態的第一手資料，并及時建立地下水動態監測網。地下水動態監測的主要任務主要是提供:地下水位日監測數據、地鐵各個站點和區間的日排水量數據、排水含砂量數據等。

4.3 雜填土的處理

根據勘察資料，擬建場地雜填土厚度普遍達2m以上(最厚處可達4.6m)，局部雜填土含有大量的碎塊石、混凝土塊等，成分復雜、土質不均、結構松散，工程性質較差，擬建車站基坑圍護設計及降水施工時，對雜填土較厚區域需加強圍護。

4.4 承壓水突涌的處理

擬建場地分布有第⑥、⑨層碎卵石層，且場地局部區域分布有第④j層含礫中粗砂層，其滲透性大，富水性強，水量豐富，且具有承壓性，承壓水頭較高。基坑開挖時，當承壓含水層上覆土重減小易發生承壓水突涌現象，需采取有效的降水減壓措施，如采用懸掛式豎向截水與坑底井點降水相結合或懸掛式豎向截水與水平封底相結合等措施進行。

4.5 結合基坑支護形式降水的處理

本工程基坑采用地下連續墻圍護，由于擬建場地分布有厚度較大的碎卵石層，由于受該含水層底板標高不同等情況的影響，該部分水如果處理不好將會帶出巖土層中大量的細顆粒物質，致使地下連續墻樁成槽時基(坑)槽邊坡土層擾動，甚至出現坍塌現象，所以降水施工時應采取有效措施，如通過深井降水及時疏通成槽范圍內土層的地下水，使其得以固結，以提高土體強度和自穩性，防止成槽面土體失穩，從而保證地下連續墻施工質量，保證基(坑)槽開挖和主體結構施工的順利進行。

4.6 地下局部異常水的處理

由于本工程擬建車站主要沿城市主干道布置，所以基坑開挖范圍內及周邊分布可能存在個別已廢棄了的地下建(構)筑物，如地下室、防空洞等，由于其年久失修，且具體位置不明，長年累月其蓄水量大小不明，這就會給基坑安全帶來安全隱患，甚至造成基底巖土層擾動、基坑側壁或隧道側壁失穩破壞，不僅影響工程進度，還影響周邊環境，并使整個工程蒙受巨大損失。為避免此類情況發生，當基坑或區間隧道開挖遇到不明地下建(構)筑物時別盲目去破壞，首先應先查明其性質，然后探明其中是否含水;其次，當確定其中含水時，應先查明其是否有穩定的補給水源，若有則切斷其補給源(采取引排或封堵的措施)，然后再將其中的水排出;最后，當以上工作需在站點基坑內或區間隧道內進行時，應預先準備好臨時支護設施和緊急排水設施后方可進行。

4.7 地下水的回灌

當通過沉降監測確定周邊建(構)筑物是由于基坑降水所引起之時，應立刻進行地下水回灌。回灌井點位的詳細布設方案應根據周邊建(構)筑物具體發生的沉降情況來進行確定。

4.8 降水井的后期處理

降水工程是地下工程施工的輔助工程手段。所以，降水工程竣工或完成其使用目的后，應對降水設施(如施工圍擋、排水管線、臨時建筑及供電設施等)予以拆除或采取適當處理措施，降水井和其它地下臨時工程措施應按有關規定進行處置[5-6]，并恢復原地貌。

5 結語

通過福州地鐵樹兜站降水工程實踐證明，為了保證深基坑工程開挖施工的順利進行，減少對周邊鄰近建(構)筑物、道路、管線等的不利影響，必須結合基坑支護形式、降排水措施，通過采取地下水動態監測、沉降監測、設置止水帷幕以及地下水回灌等有效措施，從而確保工程能夠順利進行。這說明在降水過程中，做到先保護措施到位，然后再進行施工降水，并加強沉降監測、對周邊環境影響的調查和分析、保護周邊環境及地下水位相對穩定的上述保護措施是切實可行的。

[1]孫鈞.城市地下工程活動的環境土工學問題(上)[J].地下工程與隧道，1999，(3):2-6.

[2]孫鈞.城市地下工程活動的環境土工學問題(下)[J].地下工程與隧道，2000，(1):2-7.

[3]JGJ120-2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[4]JGJ/T111-98，建筑與市政降水工程技術規范[S].

[5]孫迪.沈陽地鐵一號線(黃海路站～洪湖北街站)巖土工程勘察分析與評價.吉林大學學士學位論文，(2006).

[6]白振國，孫迪.沈陽地鐵南京街站降水工程對周邊環境的影響分析與評價[J].中國房地產業，2011，07:212.