西安地鐵14號線某車站深基坑降水設計

宋園園，申振華

(1.信息產業部電子綜合勘察研究院，陜西西安 710054; 2.陜西省建筑科學研究院，陜西西安 710000)

隨著經濟建設的迅速發展，城市空間的緊缺，地下建筑成為了未來發展趨勢。當前我國城市發展地鐵建設占據了很重要的位置，并且在國內經濟發達城市取得了顯著建設成效。地鐵車站開挖過程中大都涉及降水問題，且周邊環境復雜。為了降低地鐵建設成本，確保基坑開挖的經濟安全性，制定合理的降水設計方案至關重要。

1 工程概況

擬建場地位于西安市迎賓大道與北舍村村道(規劃向東路)十字交叉口東側。車站主體呈東西向布設，起訖里程YCK7+949.496～YCK8+197.396，中心里程YCK8+046.021，為地下三層框架結構，全長約247.9 m，標準段寬度為24.7 m,基坑深度為23.3～26.4 m，基底高程介于350.10～353.0 m之間,采用明挖法施工。場地地下水位高程介于363.30～364.76 m之間，擬建車站場地距離西安灞河約400 m，如圖1所示。

圖1 車站與灞河位置關系

2 周邊環境

據現場調查及委托單位對現場情況的說明，施工場地及其周圍較為空曠，無重要相鄰建筑物分布，不存在地下管線分布，場地東側為新建市政道路。

3 場地水位地質條件

據本站巖土工程勘察報告及現場調查，場地地形較平坦，地面高程介于375.64～376.93 m之間，相對高差約1.29 m。地貌單元屬灞河一級階地。

車站在勘探深度范圍內的地層主要由第四系人工填土，全新統沖積黃土狀土、中砂、礫砂、圓礫、卵石，上更新統沖積粉質黏土、細砂、中砂，中更新統沖積粉質黏土、中砂組成。場地地下水穩定水位埋深介于11.70～13.30 m之間，地下水位高程為363.30～364.76 m，地下水屬第四系松散層孔隙潛水，含水層主要以砂土為主，局部夾少量圓礫、卵石透鏡體含水層。根據勘察報告建議值，各含水層的綜合滲透系數為27 m/d。

4 基坑降水設計

4.1 降水設計計算

根據場地水文地質條件，施工降水采用大口徑管井法降水方案。擬將場地地下水位降深至主體結構最深底板以下不小于1.0 m。

4.1.1 基坑涌水量估算

(1)按均質含水層潛水完整井估算基坑涌水量(不考慮灞河補給)。

根據場地水文地質條件及地下水位降深，將沿地鐵車站基槽四周布置的降水井所包圍的區域視作一個大井，采用JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》附錄E公式E.0.1估算基坑的涌水量，估算時不考慮灞河補給見式(1)。

(1)

經在平面圖上量測，基坑周邊降水井所包圍區域的面積為8 718.0 m2，簡化為一個大直徑井時其半徑為52.7 m。降水期間場地地下水位上升幅度按2.0 m考慮，根據工程地質剖面圖，潛水含水層厚度取33.0 m，其它參數取值詳見表1。按式(1)估算的基坑總涌水量列于表1。

表1 基坑總涌水量估算

(2)按均質含水層潛水完整井估算基坑涌水量(考慮灞河河水補給作用)。

(2)

式中：b為基坑中心至岸邊的距離(m)；其它符號意義同式(1)。

按式(2)估算的基坑總涌水量見表2

表2 基坑總涌水量按式(2)估算

基坑涌水量采用二種計算方法計算結果表明，不考慮灞河地表水補給作用和考慮灞河地表水補給作用二種條件，估算的基坑總涌水量差異較小，說明灞河地表水補給作用輕微，對基坑降水影響較小。

4.1.2 單井出水能力估算

降水期間，控制各降水井井內穩定動水位深度為31.94 m，使降水井濾水管有效進水段長度不少于4.70 m時，降水井單井出水能力按JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》式7.3.16計算,見式(3)，計算結果見表3。

表3 降水井出水量驗算

(3)

式中：q0為單井的出水能力(m3/d)；rs為過濾器半徑(m)；l為過濾器進水部分的長度(m)；k為含水層滲透系數(m/d)，取27 m/d。

4.1.3 降水井數量計算

為安全起見，采用考慮灞河地表水補給作用下的基坑總涌水量估算值30 079.0 m3/d進行降水井數量估算，根據西安地區工程經驗，在降水井數量計算時，該基坑涌水量宜乘以1.20～1.50倍數做為基坑最大涌水量，即降水井井數按下列經驗公式計算見式(4)

(4)

計算時放大倍數取1.30，計算得：

n=1.30×24969.71/1017.3=32個

綜合西安周邊降水經驗，沿基坑周邊設計井數為40眼，觀察井6個(降水前期用做抽水井)，設計降水井數量可滿足施工降水的要求。

4.2 降水設計方案

4.2.1 降水井布置

本降水工程在車站主體結構外圍共布置降水井40個，水位觀測井6個，一般井間距為15.0 m左右，最小井間距為8.6 m，為避讓車站附屬結構，最大井間距為22.60 m；降水井深度從現地表算起均為45.0 m，施工時應控制井底高程為331.60 m，G1～G4觀測井深度均為35.0 m，G5～G6觀測井深度均為45.0 m。

4.2.2 降水井結構

降水井成孔直徑800 mm，濾水管采用質量合格的無砂混凝土管,內徑不小于400 mm，壁厚不小于45 mm，孔隙率不小于15 %。濾料采用含泥量不大于5 %的天然圓礫，圓礫粒徑2～6 mm，井底設沉淀管長度2.0 m。如圖2所示。

圖2 降水井結構

5 施工技術要求及注意事項

(1)施工前，應詳細查明降水井井位及降水井施工影響范圍內有無地下水管、天然氣、電纜、光纜、雨污水等地下管線及其它地下構筑物，施工應確保地下管線及地下構筑物的安全，當受地下管線或地下構筑等影響不能按設計井位施工時，降水井位置可適當調整，當降水井中心移動距離小于等于2.0 m時施工單位可現場自行調整。

(2)施工總包單位應負責地鐵隧道中線及結構邊線位置的測放、復核工作，并向降水施工單位進行技術交底，降水井施工時應注意避開地鐵地下結構及圍護樁適當距離。

(3)根據場地地層結構及地層巖性條件，降水井施工宜優先采用反循環清水鉆進工藝，當井壁塌孔較嚴重時可采用泥漿護壁回轉成孔工藝，但應嚴格進行洗孔，消除泥皮對降水井涌水量的影響。前期施工的降水井應進行抽水試驗，以檢驗降水井成孔工藝、質量和抽水效果。

(4)為防止降水井涌砂，井管外壁應包裹二層60目紗網，用12#低碳鍍鋅鋼絲按一定豎向間距扎緊，紗網上下接縫應設置于濾水管中部，濾水管與井壁之間空隙應整孔填充含泥量不大于5 %的天然圓礫，圓礫粒徑2～6 mm，嚴禁采用破口石或其它石碴做為濾料。濾料填充應密實均勻，防止抽水過程中濾料的大幅下降。

(5)加強封井底措施。井底可采用30～50 cm厚3～5 mm礫石或應采用50 cm厚的低含水量混凝土封底，用素混凝土封底時需要注意封填方式，建議采用帶封口的麻袋放置井底附近再打開。控制抽水泵的位置。抽水泵不宜放置過低，放置距離井底3 m處為宜。

(6)抽水采用潛水泵，抽水采用潛水泵，要求流量不大于45 m3/h，揚程不小于45 m，降水井井內穩定動水位最終可控制在深度31.94 m左右。

(7)降水前期基坑涌水量較大，觀測井可做為臨時降水井使用，在場地地下水位整體下降至接近結構底板時觀測井停止抽水并做為地下水位觀測井進行水位觀測。

(8)考慮支護樁遮攔效應，降水應在進行水下基槽開挖前30 d進行，降水應保證場地地下水位低于施工最低開挖面以下不少于1.0 m，基坑側壁或基底不應出現地下水滲出情況。降水應連續、緩慢進行，中間不得中斷，直到施工結束。

(9)降水期間，施工單位應設專人對各降水井抽水量、井內動水位、抽水井井底、沉淀池內有無泥砂沉淀及排水是否有混濁現象等進行檢查記錄。發現異常及時分析原因，采取相應措施。

(10)本項目地處城市郊區，降水時間較長，降水單位應有備用發電機和備用潛水泵，以防城市可能的供電中斷、潛水泵故障造成地下水位上升。

(11)抽水時嚴禁出現水中帶砂、帶泥(水混濁)等現象，以免降低本場地砂土的密實性，引發地鐵結構地基持力層的承載力下降以及相鄰地面沉降等問題。

(12)基坑開挖及降水執行動態施工，加強基坑監測及水位觀測，及時將監測數據反饋設計單位。

6 結論

目前該車站主體結構已封頂，該設計方案有效解決了車站的降水問題。有以下主要結論：

(1)考慮抽水試驗提供的地層滲透系數的局限性，應及時根據降水效果對滲透系數進行反算校正。因此，設計參數的準確性非常重要。

(2)降水嚴格按照施工注意事項執行，避免出現涌砂現象，控制流量不大于45 m3/h。

(3)車站基坑降水執行動態施工，加強基坑周邊環境監測及水位觀測至關重要。