地鐵工程中深基坑降排水施工技術

方佳

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，云南昆明650500）

地鐵工程中深基坑降排水施工技術

方佳

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，云南昆明650500）

在地鐵工程施工過程中，深基坑排水施工是保證工程質量的基礎，做好地鐵工程深基坑排水具有重要意義。以實際工程為例，從基坑降排水方案設計、深基坑排水施工等方面，探討深基坑排水施工技術。

地鐵工程；深基坑降排水；井點布置；環(huán)形封閉

1 工程概況

某地鐵工程為雙層結構，基坑為寬度22.8 m，長度27.6 m的長方形結構，基坑采用明挖法進行施工，由于基坑深度達18 m，為保證施工安全，需要采取相關措施將地下水降至20 m以下。主要地質情況如下。

（1）開挖深度范圍內核基坑以下土層滲透性比較強、含水量高，含水后地層自穩(wěn)性差，強度低，開挖過程中容易出現(xiàn)側向變形，影響開挖面的穩(wěn)定性。

（2）粉、細砂和粉土的含水量比較高，土層呈中等壓縮性，強度比較低，中、高靈敏度。開挖過程中，受地下水水頭影響容易出現(xiàn)涌砂、涌土、開挖面穩(wěn)定性差等情況，會影響施工質量。

（3）車站施工過程中需要進行大面積降水，容易使道路和四周的地面出現(xiàn)沉降。由于道路兩側主要為高層建筑，存在比較大的施工風險。

（4）場地20 m深度范圍中所分布的②-4d4-3松散、稍密中砂和②-3c3稍密粉土進行貫入試驗后，判定為液化土層。

2 設計降水方案

2.1 擬定降水方法

根據(jù)本工程的施工條件，對地質資料進行充分研究和分析后，綜合對比了管井、輕型、噴射、電滲幾種常用的降水方式的綜合效益，分析上述幾種降水方式對基坑后續(xù)施工所產(chǎn)生的影響后，最終選擇管井法進行降水。

2.2 井點布置方法

由于本工程基坑為近似于正方形的長方形結構，因此使用環(huán)形封閉的方式布置管井，考慮到本工程降水層主要為基坑底部承壓含水，而且降水深度比較大，因此最好選擇坑外降水進行施工。選擇這種施工方式，對后續(xù)各工序產(chǎn)生的影響比較小，結構施工完成后不需要進行封井，管井實際布置時，為了保證在不影響周圍道路車輛通行的前提下順利施工，保證后續(xù)施工順利開展，選擇基坑內、外相結合的布井方式[1]。坑內降水井同時作為減壓井和疏干井使用，可以將二元結構體疏干至硬塑或可塑狀態(tài)，以便施工順利開展。坑外布置減壓井主要為了便于結構進行封井施工。

3 降水方案的計算

3.1 計算基坑水力

由于基坑開挖為二元結構含水層，降水主要受承壓水和潛水影響，經(jīng)過分析后潛水對基坑影響不大，因此主要對承壓水含水層進行降水施工。基坑總涌水量使用公式（1）進行計算，抽水影響半徑R由公式（2）計算，引用半徑R0見式（3）。

式中Q總——基坑總排水量，m3/d

K——含水層滲透系數(shù)，經(jīng)過計算K取加權平均值，K= 15 m/d

M——承壓含水層厚度，M=45 m

R——抽水影響半徑，R=45 m

Sw——設計基坑水位降深，取S=21 m

F——開挖面積，取F=600 m2

R0——引用半徑，取R0=45 m

經(jīng)過計算后，Q總=21786 m3/d。

3.2 單井涌水量計算

單井涌水量q使用公式（4）計算。

式中q——單井涌水量

r——過濾器的半徑，取r=0.2 m

K——滲透系數(shù)，K=15 m/d

l——過濾器有效長度，l=15 m

經(jīng)過計算后，q=2786.8 m3/d。

3.3 確定管井數(shù)量

管井數(shù)量主要是根據(jù)單井涌水量和總涌水量進行試算后得到的，根據(jù)單井涌水量和基坑總涌水量以及成井材質和工藝差異性形象，設計單井涌水量一般要比計算值小，此次施工設計單井涌水量為2100 m3/d。初步確定管井數(shù)量n見式（5）。

經(jīng)驗證后，設置11口管井出水量可以達到要求。

3.4 降水井布置以及降水井深度確定

由于本基坑工程使用封閉是管井降水的防水進行管井的布置，因此所有的管井均布置在開挖基坑外部邊緣圍護樁外部1.5 m左右的位置，在進行施工時，要先將建筑物基礎和地下管線的

式中q——設計單井出水量，q=2100 m3/d

D——過濾器外部直徑，D=530 mm

A——經(jīng)驗系數(shù)，a=3.65 d/mm。

經(jīng)過計算，l=14.46＜15 m，達到了設計要求。

單井深度用公式（7）計算。

式中Hm——管井深度，m

H——基坑深度，m

h——井點外露的高度，m

l——井點管距離，m

i——降水區(qū)水力坡度，m

Y——過濾器工作部分的長度，m

Z——降水期間地下水位變化幅度，m

T——沉砂管長度，m

經(jīng)過計算后得出管井深度為38.2 m。

3.5 基坑四周沉降控制和參數(shù)設計

埋設好井點后進行抽水時，井內水位會降低，四周含水層中的水會不斷流向濾管中，一段時間后井點四周會出現(xiàn)漏斗狀彎曲水面，導致地面固結沉降。降水過程中，降水面和原地下水未面之間的土層會出現(xiàn)固結，并導致自重應力情況下沉降值增大。所以，因降水造成的地面沉降會以這部分沉降量為主。可以用（8）和（9）式對降水造成的沉降值進行估算。

式中S——固結沉降量

Δpi——i層土因降水產(chǎn)生的附加應力

ΔH——降水深度

El-2——體積壓縮模量

ΔP——附加應力增量

γw——水的容重

結合地質勘測資料，降水深度ΔH=10 m，El-2=19～24 kPa，

Δpi=ΔP/ΔH，γw=9.8 kN/m3，則有式（10）和（11）。

經(jīng)過計算，最終固結沉降量S=1.2～1.34 cm，此方案已經(jīng)對基坑周圍緊鄰建筑物進行了考慮，因此使用小排量深井水泵（功率

2.2 kW，揚程30 m，流量20 m3/h）不會影響四周建筑物的安全性。

4 管井施工技術要點

井管主要由吸水管、濾水管和沉砂管3部分組成。施工過程中，需要重點做好5個方面的工作。

（1）施放井位。降水井井位在施放時，需要對場區(qū)內地形管位置確定出來，并適當對降水井井位進行調整。設計降水井間隔距離為10.5 m。

降水井深度和過濾器工作部分長度之間有著直接的聯(lián)系，一般可以根據(jù)單井出水量和含水層厚度進行確定，在將單井出水量設計好后，使用公式（6）對過濾器長度進行檢測，保證其長度可以達到要求。線的分布情況進行核查，為了可以避開障礙物，可以根據(jù)實際情況對降水井間距作局部調整。

（2）成孔。管井使用8QZJ-160高效輕型水井鉆機進行成孔施工，鉆孔孔口位置要布置護筒，孔徑要超出管徑300～400 mm，孔徑上下要一致，并保持垂直，井徑誤差控制在20 mm以內，垂直誤差控制在1%以內。

（3）下管。下管之前要對孔深進行探測，當發(fā)現(xiàn)井管深度未達到要求時，要重新進行成孔。成孔后立即將井管安裝好，避免井管長時間暴露引發(fā)塌孔，要逐節(jié)將沉入管節(jié)，并將接頭對正[3]。下管過程中要注意輕提、慢放，并使井管保持在中部。當孔底淤塞或上部孔壁出現(xiàn)縮徑時，要放慢下管速度，不允許強行沖擊或上下提拉。

（4）填料。下放好管井后，將填料投放到管內，填料選擇2～4 mm砂，填料要一次性完成，避免填料沖擊井管或分層不均。填料從井底填到距離井口下部1.5 m左右的位置，使用不含砂石的黏土對上部進行封口。

（5）洗井。使用水泵和活塞結合的方式對管井進行反復清洗，直至前后兩次洗井用水量差值<10%時停止。水中含砂量要控制在1/20 000以內，當井內出現(xiàn)涌水情況時，要報廢處理。洗井工作完成后，要進行降水試運行，各項指標達到設計要求后即可進行正常運轉，出水量亦穩(wěn)定在2100 m3/d以上。

5 觀測降水效果

以2#點位觀測點對土體開挖情況和地下水位情況進行觀測，見表1。施工過程中，雖然遇到了幾次暴雨天氣，但是水位變化幅度不大，均保持在基底以下，沒有對基坑和施工造成不利影響。在降水初期出水總量為20 000 m3/d，地下水位只能下降到基底上部1.5 m左右，此后水量會增加到23 000 m3/d，地下水位會立即下降到基地面下1 m處，基坑施工過程中涌水量沒有出現(xiàn)過大的變化，直到結構施工完成，基坑出水量始終保持在23 000 m3/d左右，底板成形后，受基坑外減壓井的影響，順利完成了降水井的封堵，結構質量達到了要求。

表1 土體開挖和地下水位之間的關系

6 結論

在基坑施工過程中，降排水施工是一個非常重要的環(huán)節(jié)，對基礎工程安全和施工進度均有比較大的影響。以實際工程例，對基坑降排水施工的設計和施工進行了分析和探討，相關結論用于工程施工后，取得良好施工效果。

［1］楊海慶.地鐵深基坑降排水施工技術[J].山東交通科技，2007，（2）：31-33.

［2］劉悅強.軟土地區(qū)排水管道深基坑支護設計與施工關鍵技術[D].華南理工大學，2014，（12）.

［3］郭勇剛，董春靈.南京地鐵深基坑降排水施工技術[J].鐵道建筑技術，2004，（4）：36-39.

〔編輯利文〕

TU74

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.38