無錫地區典型地層下地鐵車站基坑承壓水處理措施研究

劉凌宇

摘 要 本文依托無錫地鐵3號線龍山梢站，進行了承壓水處理措施研究。結合既往無錫地鐵1、2號線的同類工程經驗，采用Visual Modflow軟件對該站承壓水影響進行了數值模擬，擬定了隔斷方案。與施工監測數據進行對比，證實龍山梢站素混凝土隔斷方案合理、可靠。借此對無錫地區典型地層下承壓水的處理措施給出了一定建議，為類似工程提供參考。

關鍵詞 深基坑;承壓水;素混凝土地下墻隔斷層;無錫地鐵;Modflow

引言

隨著我國經濟水平的發展，城市軌道交通工程高速推進。在城市軌道交通工程建設中，不可避免的涉及深基坑開挖過程中的承壓水處理問題。在無錫地區，地下水豐富，土體中有承壓水層，深基坑開挖時，基坑底部容易產生突涌。承壓水的突涌會引起周邊建筑物發生沉降，從而引起破壞。

我國現有規范《建筑地基基礎設計規范》[1]有對于承壓水的驗算有相關的條文，但該計算方法偏于保守。梁勇然等[2-3]在基于現有的計算方法基礎上，建立了更為精確地表達式。駱冠勇[4]等對承壓水降壓引起的地表沉降進行了相關的研究。

對于承壓水處理的手段通常有兩種措施[5-11]：一是：設置止水帷幕隔斷承壓水通道;二是：降水減低作用在圍護結構上的水頭壓力。隔斷方案雖安全可行，但止水帷幕增長過多時經濟型較差。不隔斷采取降承壓水的方案，需綜合考慮降水深度和對周邊建筑物的影響，否則存在較大風險。

本文結合無錫地鐵3號線龍山梢站工程實例，在處理承壓水時，結合既有1、2號線相關工程的經驗，綜合考慮安全性和與經濟性，對比采取降水減壓和采取素混凝土地下墻隔斷這兩種措施的適用性。

1工程概況及水文地質

1.1 工程概況

龍山梢站是3號線自西向東的第3個車站。車站主體基坑長260.9m，寬19.7m，深約17m。車站位于惠錢路路中，部分位于東側地塊內。車站北側為金鼎賓館、中石化無錫實驗地質研究所、九星賓館，東側為錫山區水產冷凍廠、匯景家園小區，西南側為駐軍基地，西北側為安井美食。車站范圍內管線主要有電信管、燃氣管線、電力管、混凝土給水管、混凝土雨水管和污水管等，詳見圖1。車站場地地貌類型屬于長江三角洲太湖沖湖積平原區，場地分布詳見圖2。龍山梢站標準段結構底板主要位于④2層砂質粉土層及⑥1層黏土層，端頭井結構底板主要位于⑥1層黏土層。具體的土力學物理參數見表1。

1.2 水文地質

第Ⅰ承壓水主要賦存于⑦2-2層粉砂中，含水量較豐富，以上部潛水及微承壓水的垂向越流補給為主要來源，以人工開采及對深層地下水的越流為主要排泄方式。據無錫市水文監測資料，隨著蘇錫常地區深層地下水禁采計劃的實施和完成，地下水位也將保持逐年上升的勢頭，孔隙微承壓水層及第Ⅰ承壓水含水層水位呈上升的趨勢。水位變化在5.82～8.25m之間。地下水特征見表2。

2承壓水頭計算公式

根據規范對于基坑抗滲流穩定驗算見圖3：

選擇龍山梢站的標準段和端頭井段進行驗證計算，見圖4和圖5。

由詳勘資料的坑底抗承壓水突涌的計算結果表明：標準段的安全系數0.90，端頭井的安全系數在0.74，均小于1.1，不能滿足《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）的要求。

承壓水的處理主要有降水和隔斷兩種處理方式。

降水是設置一定數量的深降水井，但降水會形成大面積的降水漏斗，可能會引起基坑周圍的地面沉降或變形，導致周邊建筑物或管線的破壞或變形，對周圍環境影響較大。在周邊建筑物密集地段采用降水方案，風險較大。

隔斷措施是將地連墻穿過坑底承壓含水層，隔斷承壓水，此方案優勢是避免了降水對周邊建筑物和管線的影響。為降低造價，地連墻下部可采用素混凝土（其中配有構造鋼筋）。

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）中關于降水引起的地層變形計算條文說明（P194頁）：“目前，降水引起的地層變形計算方法尚不成熟，只能在今后積累大量工程實測數據及進行充分研究后，再加以改進充實。現階段，宜根據地區基坑降水工程的經驗，結合計算與工程類比確定降水引起的地層變形量和分析降水對周邊建筑物的影響。”

由于規范中缺少群井降水引起地面沉降的計算公式，建議進行抽水實驗作為參考。素混凝土隔斷已有大量先例，如武漢地鐵6號線，前進村、海洋樂園、紅建路，武漢許多車站素混凝土隔斷直至基巖;常州地鐵1號線，常州北站、大學城南站5個車站;杭州地鐵1號線，城戰站等等。國內采用素混凝土隔斷超厚承壓水層案例見表4。

此外，根據無錫地區已經建設完成的地鐵1、2號線的施工經驗以及對承壓水的處理方案，本文通過工程類比法對地鐵3號線中龍山梢站的承壓水進行處理。通過對無錫地鐵1、2號線地下車站逐個排查，對牽涉承壓水處理問題的車站進行了梳理，形成統計數據見表5：

上表可知，無錫地鐵既有1、2號線的車站，牽涉承壓水處理問題主要為車站基坑中較深的端頭井基坑部分（基坑局部涉及），需降水頭不深（1～3m），采取措施主要為端頭井地墻封閉隔斷或全基坑范圍地墻封閉隔斷（處理方式較為保守）。可以說，既往1、2號線工程，其實無法很好地為無錫地區未來大量的涉承壓水地鐵工程提供太好的參照。

本文所涉3號線龍山梢站，基坑全范圍涉及承壓水處理問題，周邊臨近建、構筑物較多，且降水深度深于無錫地區已有地鐵工程，是非常典型的、承壓水處理方式研究必要性很強的地鐵工程。本文認為，應針對包括對周邊建筑物的影響分析、沉降、圍護結構自身變形等多方面因素進行系統性計算，深入的研究這類無錫典型地層下的地鐵工程承壓水處理問題。

3數值計算分析

為全面考慮各種因素，本次方案設計中，本文采用Modflow對降水引起的地面沉降進行了三維計算，并結合基坑開挖變形，分析了降水和基坑開挖共同引起的變形對周邊建筑的綜合影響，以綜合確定承壓水處理方案。