軌道交通工程施工深基坑降排水關鍵技術分析★

李 斌

(中鐵二十一局集團第二工程有限公司，甘肅 蘭州 100855)

1 概述

隨著我國經濟建設的飛速發展，城市軌道交通工程建設也取得了長足的進展，建設的標準和要求也越來越高，軌道交通工程基坑施工中，通常會遇到含水層被切斷，地表和地下水大量涌入的情況，這會造成地基浸泡，導致工程建設后建筑物產生不均勻的沉降，繼而導致結構物的開裂和破壞。因此在城市軌道交通工程的建設中，在基坑開挖階段，實施合理有效的手段和措施確保基坑內無水就顯得尤為重要，從而保證基坑建設的質量與安全以及后期整個軌道交通運營的質量。任國旭[1]探討分析了蓋挖逆作法深基坑降排水施工的措施以及相關改造和應用。王軒，蔣麗君[2]采用地連墻+止水帷幕技術進行軌道交通工程的基坑排水。郭銳[7]分析了井點降水技術在深基坑施工中的應用，解決了砂土層，黏土層以及地下水位帶來的施工問題。本文以某在建的高鐵站預留城市軌道交通工程建設過程中的基坑排水施工為依據，對相應的排水施工步驟和方法進行了總結。

2 降水方案設計計算

2.1 涌水量計算

計算模型選取:

本項目所處位置地形平坦，周邊土層一般為粉土和粉質粘土，砂類土夾姜石層，含水層較厚，地面標高11.78 m～13.28 m，自標高13.28 m～-17 m(深度0 m～-27.2 m)為粉土及粉質粘土層，-20.2 m標高(深度-33 m)以下為粉質粘土且較厚?；涌傆克坑嬎悖?/p>

(1)

其中，Q為基坑降水的總涌水量,m3/d；k為滲透系數,m/d；H0為潛水含水層厚度,m；R為降水影響半徑,m；r0為應用半徑,m。

2.2 降水井數量及井深驗算

2.2.1單井出水量計算

(2)

其中，q0為單井出水量,m3/d；rs為過濾器半徑,m；l為過濾器進水部分長度,m；k為含水層滲透系數,m/d。

2.2.2降水井數量計算

(3)

其中，N為降水井數量;Q為基坑降水的總涌水量,m3/d。

2.2.3降水井深度計算

降水井深度計算公式為:

Hw=H1+H2+H3+H4+H5+H6

(4)

Hw=21+1+8+1+3+3=37 m

(5)

其中，Hw為降水井深度,m；H1為基坑深度,m：H1=21 m；H2為井點外露出的距離,m：H2=1 m；H3為H3=I×r，I為水力坡度，取1/10，r為井點間距；H4為水位變動幅度,m：H4=1 m；H5為過濾器有效長度,m：取H5=3 m；H6為沉沙管長度，1 m：H6=3 m。

考慮水位波動及施工控制等因素，標準段設計井深取37 m。

降水井計算結果如表1,表2所示。

表1 降水計算參數表

表2 降水井水泵配置表

本工程共設降水井15眼，其中備用1眼，視降水實際效果而定。

3 施工工藝及技術要求

3.1 施工準備

設定井位：根據井位平面布置圖進行井位確定。當布設的井位受到地面障礙物的影響時，應當做適當調整，正常情況下井位偏差不大于50 mm。埋設護筒：護筒插入原狀土層中，筒外用粘性土封嚴，護筒深度大于1.5 m，外徑大于1 m，中心位置與井中心垂直。鉆機就位、調整：調整鉆機的水平和垂直位置，應安裝穩固，鉆桿對準孔中心，達到相關精度要求。

3.2 降水井施工

本項目中，采用干鉆作業，做好施工原始記錄。利用回旋式鉆機下端的鉆頭切削刃對土層進行切削破碎，碎土擠進鉆斗，鉆機底盤反轉，打開鉆斗閥門，排除其中的碎土，反復作業，直到孔底標高。

下管時，井管底部包裹尼龍紗布；混凝土管接口處包裹塑料布，井管作業前，在管子上，中，下部位安裝找中器，確保施工作業時，管子能豎直下放。

填濾料時，采用動水填礫法均勻的從四周向井內緩慢注入，洗井后，若濾料下沉，應及時填充，確保填料高度標準。

4 降水運行管理

4.1 降水運行原則

1)正式施工作業前，保證12 d以上的預降水試驗；2)地下水排出后，防止就地回流，增加施工負擔；3)及時監測地下水位變化，并相應調整開泵數量及泵量，執行“按需降水”的運行原則，避免過量降低地下水位，造成浪費；4)在施工及周邊區域，做好地下水位的監測工作。

4.2 降水運行工況

在正式開始基坑施工前，進行預降水作業，經過合理的地下水位監測，將水位控制在基坑底部1 m左右。按需降水，適時調整抽水泵量，保證降水井的24 h連續作業，并做好適時的監測與調整。對滲透系數差異較大的土層，施工期間密切觀察流沙、流土或管涌等不良現象，發現問題及時處理。

4.3 降水井抽水維護

1)根據現場情況及工況，及時記錄降排水作業情況提交項目部，適時調整施工進度，直到降水作業完成。2)隨時檢查降排水設備，如有問題，及時維護與保養。3)作業中，做好記錄，包括涌水量，井管深度，不斷優化施工結構和人員調整。

4.4 降水井抽水試驗

1)試驗目的。a.通過試驗數據，分析井孔涌水量與地下水位情況，判斷出單個井出水量；b.確定水文地質數據，如涌水量，單井出水量，水力半徑，干擾系數等，并確定水泵型號；c.進行不同井位的試驗，開挖3口降水井，以中間降水井為主，其兩側降水井為對照組，分析降水情況。

2)抽水試驗的計算。一個觀測井時，計算公式如下：

其中，K為滲透系數,m/d;R為影響半徑,m;Q為出水量,m3/d;H為潛水含水層厚度,m;rω為抽水井半徑,m;r1為觀測孔至抽水孔距離,m;sω,s1分別為抽水試驗井及觀測孔水位下降值,m。

3)觀測頻率及精度要求。a.作業中，對水位進行精確觀測與控制，在泵開始抽水后，每隔數分鐘便檢測一次，具體時間如第1 min,3 min,5 min,7 min,10 min,20 min,30 min,40 min,60 min,90 min，連續監測5次后，監測間隔可延長至10 min,數次后，可再延長至30 min等；b.同時對地下水位和涌水量進行監測，用孔板流量計數時，要準確到毫米；c.降排水作業完成后，及時進行恢復水位的監測，其時間間隔與抽水時間間隔基本一致，若4 h后，恢復水位變化不超過1 cm時，可停止監測，亦需對孔深進行測量，確定過濾器地下部分長度。

4.5 排水設施

為了降低基坑開挖土體內的含水率和含水層水壓力，需要一定的排水設施來確保該項工作的完成，保證降水效果，對于排水設施，有如下要求：

1)該項目設備要滿足飽和排水量的出水需求，確保任何時候排水的順暢；2)縮短排水設備與降水井的距離，減少設備消耗。

4.6 降水運行管理措施

1)降水井在進行作業時，抽水泵的時間間隔逐漸延長，泵內無水時，停止抽水泵作業，在地下水位較高，含水率高的地方，適當增加水泵量或開泵次數，力求地下水位的均衡，避免地下不同區域的水的滲透；2)作業過程中，加強降水井內水位的監測，及時進行井內水位的記錄和對比，起伏較大時，及時進行周圍地質情況勘探；3)降排水設施運行期間，安排人員值班，對運行情況進行記錄，做到記錄及時，記錄齊全；4)對于運行期間的各種數據，相關人員及時通過繪圖出表等方法進行分析處理，確保運行的正常進行，如有問題，應當及時對現場人員進行指導，從而提高作業效果；5)降水設備運行期間，如有異常，應立即進行維護和更換；6)降排水設施運行期間，注意井內的干凈，確保無異物掉落，冬季作業時，應當考慮到降水井的防凍。

4.7 降水井保護

由于降水井均設于基坑內格構柱軸線靠近柱體位置，不易受機械碾壓，加蓋木蓋即可，并設置醒目的標記，施工過程中加強人員的盯控，避免施工機械等設備對其造成破壞。

4.8 降水監測

在項目的整個作業過程中，降水監測工作幾乎貫穿整個過程，為了確?；优潘鳂I的順利完成，要建立細致完善的動態的地下水監測網和支護結構變形監測方案，在地下水位監測中：

1)對地下水位變化進行動態分析，并確定地下水位，排水量以及含沙量等；2)嚴格控制含沙量，防止因地下水抽出時帶出地層顆粒物，導致地面下沉等；3)遇到異常天氣時，要適當加強對地下水位加時加密觀測，也應當及時向上級部門提交監測記錄，如數據異常時，應當等上級給出新的解決方案時再繼續施工。

4.9 封井方案

1)封井原則。a.作業期內，在完成試驗抽水后，要觀察降水井內水位以及附近區域的觀測井水位，以確保基坑開挖區域的地下水位滿足當前的施工和支護要求；如未達到要求，則繼續進行抽降水試驗，直至達到標準要求。b.封井前，要經過各方的檢驗與現場考察，符合封井標準后，則可以停止抽降水工作，實施降水井封井。

2)封井方案。a.完成降水作業的降水井，如果不及時回填封頂，當井內水位上升時，會危及到基坑的安全。所以需要采用合理的步驟對降水井封井。b.封井之前，在開挖基坑底部500 mm以上的位置，在降水井井管外部焊接兩道5 mm厚，150 mm寬的止水環。c.對降水井內進行抽水，當井內水位抽至最低時，應當切斷電源，取出抽水泵，電纜等，現場采用沙土回填，填到距離井口2 m左右,井內沙土與水結合，利用自重壓實。d.待井內沙土壓實后，將水井上部0.5 m深范圍內的井管切除，露出外側土，繼續開始回填工作。

5 結語

在城市軌道交通工程的施工中，深基坑降排水的質量將直接影響到工程施工的質量與安全以及后期的運營。因此，在降排水施工中，需要進行合理的設計，控制好基坑施工的地下水位情況。本文通過對某市高鐵站預留城市軌道交通工程深基坑進行科學的降排水設計與布井施工，結合施工地點的實際情況，落實基坑施工的每一道工序，控制好水位變化，從而保證了該工程深基坑降排水的施工質量，同時也為城市軌道交通的建設奠定了基礎。