地鐵明挖車站懸掛與落底綜合地連墻基坑降水開挖施工淺談

晏 煒

（福州地鐵集團(tuán)有限公司， 福建 福州 350000）

0 引言

地下水尤其是承壓水是深基坑工程研究的核心問(wèn)題之一，地下水是基坑工程失穩(wěn)破壞的關(guān)鍵因素，也是導(dǎo)致基坑工程事故最直接的原因之一。目前的研究及工程實(shí)踐也表明，承壓水對(duì)基坑工程的施工安全性具有重要的影響。本文主要通過(guò)福州地鐵某車站采取的兩種地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式（落底式和懸掛式）在施工過(guò)程中降水和開挖的相關(guān)數(shù)據(jù)比對(duì)并通過(guò)建模分析，為后續(xù)施工提供一定的參考和借鑒。

1 工程概況

某地鐵地下站基坑范圍場(chǎng)區(qū)覆蓋地層由上至下依次為：人工填土層（包括雜填土和填石，弱透水）、海積相淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥夾砂（弱透水層）、（含泥）中砂（強(qiáng)透水層）、卵石（強(qiáng)透水層）、燕山期花崗巖風(fēng)化巖和基巖。除淤泥夾砂、淤泥質(zhì)土層滲透系數(shù)較小外，其余透水性均較強(qiáng)。

地下連續(xù)墻圍護(hù)體系，小里程92.4m范圍采用1000m厚地連墻落底封閉隔水方案（進(jìn)入風(fēng)化花崗巖1m、平均墻深60m）、大里程114.1m采用800mm厚地連墻懸掛式隔水方案，利用基底以下隔水層并結(jié)合按需降水控制坑內(nèi)突涌（墻趾進(jìn)入淤泥夾砂層、平均墻深5m），墻厚變折處設(shè)置落底中隔墻。

圖1 .1車站地質(zhì)剖面圖

2 落底與懸掛連續(xù)墻降水效果分析

本文利用數(shù)值模擬開展同一模型相同參數(shù)及邊界條件下落底和懸掛兩種方案的計(jì)算分析，基于流固耦合理論研究不同降水方案地下水滲流機(jī)理和對(duì)周邊環(huán)境的影響。

落底式與懸掛式止水帷幕的基坑降水過(guò)程滲流場(chǎng)演化機(jī)理和特征具有明顯差異。經(jīng)過(guò)對(duì)連續(xù)墻構(gòu)建的參數(shù)更改賦值，在同樣外部環(huán)境下進(jìn)行迭代計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并模擬降水過(guò)程，具體過(guò)程參數(shù)不在贅述。對(duì)比分析從定量角度對(duì)兩種方案工況下的降水過(guò)程進(jìn)行研究，探尋同一工程兩種方案的影響，為工程方案選擇提供預(yù)判手段和方法。基坑降水工程的降水效果最直接評(píng)價(jià)指標(biāo)即為坑內(nèi)孔隙水壓力的變化情況。為此，在坑內(nèi)中部?jī)删虚g位置設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)模擬計(jì)算坑內(nèi)進(jìn)行孔隙水壓力測(cè)試：

圖2 .1 連續(xù)墻落底與懸掛模型對(duì)比

圖2 .3落底/懸掛帷幕基坑降水過(guò)程檢測(cè)孔隙水壓力變化曲線

對(duì)比圖2.3可見，落底方案降水速率較懸掛式快，且基底監(jiān)測(cè)點(diǎn)能夠較快降為0，更深處的檢測(cè)點(diǎn)孔壓下降速率與基坑底類似。

相比之下，懸掛式方案在初始階段孔隙水壓力下降相對(duì)明顯，但隨著抽水過(guò)程繼續(xù)，孔隙水壓力逐漸接近極限值，表明模型中滲流場(chǎng)已初步達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，坑內(nèi)抽水井的抽水作用與墻底地下水補(bǔ)給作用達(dá)到平衡。

圖2 .4-1 孔隙水壓力變化曲線對(duì)比圖

圖2 .4-2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)流量變化對(duì)比圖

由圖2.4進(jìn)一步對(duì)比，兩組方案相同位置檢測(cè)點(diǎn)的流量均由一初始值向零值逼近，計(jì)算過(guò)程中正值為流入負(fù)值為流出。落底式方案的基坑向 0逼近，證實(shí)了該監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域地下水逐漸被疏干；懸掛式方案基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)流量穩(wěn)定于一非零值，說(shuō)明該區(qū)域已達(dá)到新的滲流平衡狀態(tài)，即地下水不斷由坑外向坑內(nèi)補(bǔ)給，抽水井不斷抽水這一動(dòng)態(tài)平衡。本例降水模擬結(jié)果實(shí)際上證明，該基坑工程在不增加降水井或加深連續(xù)墻的前提下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)承壓水降至坑底以下目標(biāo)。設(shè)計(jì)思路考慮利用坑底連續(xù)隔水層，滿足抗突涌安全要求，方案亦是可行，但也存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

3 基坑降水實(shí)施方案優(yōu)化及施工控制措施

從懸掛式止水帷幕降水效果過(guò)程及最終狀態(tài)圖中可見，由于連續(xù)墻沒有進(jìn)入基巖，地下水可通過(guò)砂層進(jìn)入坑內(nèi)，對(duì)坑內(nèi)進(jìn)行有效補(bǔ)給，因此降水速率較慢。同時(shí)，由于地下水的補(bǔ)給作用，基坑降水的效果明顯差于落底式止水帷幕的降水效果。而落底連續(xù)墻已入巖，止水帷幕隔水效果顯著，坑內(nèi)降水近乎為疏干坑中潛水。同時(shí)，坑內(nèi)降水對(duì)坑外土體中孔隙水壓力影響很小。因此，該車站存在基坑懸掛與落底兩種形式的地連墻止水帷幕的不同特點(diǎn)，應(yīng)有針對(duì)性的對(duì)基坑降水井進(jìn)行布設(shè)。

同時(shí)要注意懸掛式地連墻基坑區(qū)域，要求按需降水原則，控制抽水量，避免水量過(guò)大引起過(guò)多泥沙流失。疏干井與降壓井的濾網(wǎng)設(shè)置段存在本質(zhì)差別，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。坑外補(bǔ)充備用降壓井，當(dāng)坑內(nèi)降壓井遇堵塞或其他情況無(wú)法工作時(shí)，啟動(dòng)坑外備用降壓井。現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備備用電源，以免應(yīng)停電導(dǎo)致無(wú)法控制水頭。落底式地連墻基坑區(qū)域，基坑外水位觀測(cè)井及備用降壓井應(yīng)保證完好，必要時(shí)開啟。

車站基坑連續(xù)墻施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，尤其是成槽及接頭處務(wù)必認(rèn)真對(duì)待，優(yōu)化工藝工法，確保連續(xù)墻完整性及接頭嚴(yán)密，同時(shí)注意連續(xù)墻墻底注漿管等輔助措施的保護(hù)。落底地連墻入巖判別應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤。懸掛與落底地連墻分界處墻厚變折處設(shè)置的落底中隔墻，施工過(guò)程中應(yīng)確保墻體完整性，中隔墻與地連墻接縫處，必要時(shí)采用三軸攪拌樁進(jìn)行土體加固封閉處理。只有在兩種止水帷幕有效作用下，基坑開挖方能安全穩(wěn)定。

通過(guò)本文計(jì)算分析可知，從基坑降水角度看，相同抽水井布置前提下，落底式方案有利于快速疏干地下水。如采用懸掛式方案，則抽水難度加大，需要優(yōu)化水井布置，增加抽水強(qiáng)度才可能達(dá)到預(yù)定降水目標(biāo)。

對(duì)于落底與懸掛兩種方案均可滿足抽水目標(biāo)的前提下，如基坑周邊有較大單體建筑，且建成年代較近地區(qū)，推薦使用落底式連續(xù)墻方案，以保證安全。對(duì)于周邊建筑年代較遠(yuǎn)，無(wú)重要保護(hù)建構(gòu)筑物地區(qū)，考慮經(jīng)濟(jì)投入和工期要求，可選用懸掛帷幕作為基坑止水方案。但懸掛式止水帷幕方案的實(shí)施需結(jié)合坑底隔水層、抗突涌計(jì)算降水深度，按需降水，以確保方案安全實(shí)施。