富水砂層地區臨河地鐵深基坑降水技術研究

邱文翔

（福州地鐵集團有限公司，福州 350000）

1 引言

隨著城市中大量地鐵工程投入建設，軌道交通已成為城市交通的主動脈。在富水砂層地區的地鐵工程建設過程中，地下水降水、防水及管涌流沙等災害的處理，是基坑施工的難點。

目前，國內外學者針對深基坑開挖和降水處理已有大量研究。降水是保障富水地層深基坑開挖安全的重要手段，可以使基坑邊坡、支護結構保持穩定，避免失穩或坍塌，同時，可以為基坑底部創造干燥穩定的施工環境，也能避免管涌、流沙等災害[1，2]。論文針對富水砂層地區臨河地鐵深基坑降水處理問題建立了三維離散滲流模型，計算分析降水參數，設計了適合該地層的施工參數，并提出了相應的沉降控制措施，取得了一定效果，保證了工程對順利進行。

2 工程背景

福州地鐵4號線鰲峰路站，位于臺江區鰲峰路與鰲江路交叉口北側，靠規劃路東側設置，鰲峰路站為單柱2跨地下3層島式車站。車站設計總長度為145 m，標準段寬為22.1 m，局部寬度為25.65~27.70 m。本車站共設置2組風亭，5個出入口。車站基坑施工為明挖法，圍護選用1 000 mm厚地下連續墻與內支撐結合的結構。

2.1 工程地質及水文地質狀況

車站局部頂板覆土約3 m，基坑開挖范圍內地層主要為填土層，含泥細中砂，淤泥夾砂，淤泥質土層，基底基本處在淤泥質土層。各地層在垂直方向分布較均勻，局部可能存在上層滯水。

鰲峰路站北側為光明港二支河（即鰲峰河），南側為鰲峰路，東側有110 kV高壓電纜（架空）及村民房屋，西側為富閔時代廣場。光明港是福州市中心城區主要的內河和滯洪區，河道總長6 700 m。河水自西向東游，從上游到下游河寬60～320 m，局部河寬變窄，河床高程為0.8～2.1 m，整條河道呈上游高下游低的趨勢，河床底的土層具有高滲透特性。

2.2 工程難點

1）本工程地下分布了較多管線，管線埋深較淺，距離基坑較近，需做好前期遷改工作。

2）基坑周邊居民樓較多，文明施工程度要求高。同時，基坑開挖過程中需要運走大量泥土，需要加強環境保護措施，也給施工造成了一定影響。

3）鰲峰路站臨近光明港二支河，地層以沙層為主，透水性強，且車站為地下3層站，開挖深度較深，極易基坑坍塌，引起周圍建筑物、路面沉降。

因此，如何處理地下水成為本工程最大難點，關乎基坑工程安全高效地進行。

3 降水設計與參數選取

3.1 降水設計驗算

3.1.1 基坑底板抗突涌穩定性驗算

基坑開挖減小了承壓含水層上覆不透水土層的厚度，使上覆土壓力減小。當覆土層厚度減少到一定程度后，承壓水的壓力超過上覆土壓力，會使基坑底部土體產生隆起，甚至破壞，造成坑底突涌。基坑突涌會破壞基坑基礎，帶來施工安全風險。

根據地質勘察報告，本工程承壓水主要賦存于中細砂、粉細砂、卵石層中，基坑底板位于淤泥夾砂和粉質黏土層中。基坑開挖范圍內主要是中細砂層，根據JGJ 111—2016《建筑與市政工程地下水控制技術規范》[3]，計算基坑開挖后基坑底部承壓水層突涌穩定狀態，并對基坑各分區最不利勘察孔進行驗算，結果見表1。

表1 基坑抗突涌穩定性驗算結果表

3.1.2 疏干設計

采用明挖法開挖基坑時，為保證基坑開挖順利進行，應及時排干開挖范圍內土層中的地下水。根據JGJ 111—2016《建筑與市政工程地下水控制技術規范》中梳干井口數n的計算公式為n=1.2Q/q（其中，Q為基坑總涌水量；q為單井涌水量），共需布置疏干井17口；考慮到開挖面范圍及以下為粉細砂層，為確保不揭穿隔水性較好的粉質黏土層，疏干井設計井深為26 m。

對于減壓降水，降壓井的深度一方面需考慮降壓井的水頭損失（即井損），另外一方面，還需考慮到抽水至觀測井之間的水力梯度是否滿足安全水位要求，同時，需盡量淺于圍護底部，以確保充分利用止水帷幕。考慮到地層性質、降壓幅度要求，本工程降壓井按井深46 m考慮。

3.2 滲流模型

地下水流和土體是由固、液、氣體組成的三相空間系統，土體可以簡化為多孔介質模型。為求解地下水滲流規律，將問題簡化為地下水在多孔介質模型中流動的問題，可以用下述地下水滲流連續性方程及其定解條件來描述地下水的三維非穩定滲流規律[4]。根據本工程水文地質狀況，建立了以下三維地下水非穩定滲流模型，圖1為該方程組離散化后的三維數值模型。

圖1 離散三維模型

采用有限差分法離散上述方程，建立三維數值模型，驗算主體基坑減壓降水參數。求解方程后，基坑需要布設的降水井應不少于8口，根據觀測與備用井數量不少于所有降水井數的20%且至少1口的要求，坑內共布設3口觀測兼降壓備用井；各類降水減壓井總計11口，結構一致，井深均為46 m，濾管深度38~45 m。降水90 d后，懸掛式帷幕下坑內外水位降深等值線圖如圖2所示。對于封閉式圍護結構，根據模型計算，安全系數應取1.1，坑內的承壓水位應滿足降深要求，坑外的水位最大降深為0.9 m。

圖2 懸掛式帷幕下坑內外水位降深等值線圖（單位：m，抽水60 d）

4 減壓降水引起的地面沉降控制措施

1）由專業監測單位對各種管線、需要保護的建筑、地下連續墻等進行嚴密監測。按規范要求控制沉降量和沉降速率。

2）降水過程中應做到：降水范圍不宜過大，降水時間不宜太長，降壓深度不宜過深。

3）在挖土施工過程中，應提高挖土效率，減少挖土時間和抽水時間。

4）隨著開挖深度加大，應相應地降低降水中地承壓水頭。

5）采用信息化施工，建議對坑內外觀測井水位進行實時跟蹤監測，進行按需降水。

6）基坑施工時，應密切關注地下連續墻狀態，一旦發生滲漏或嚴重滲漏，應及時封堵。

7）當坑外觀測井內的水位下降超過預測的最大值時，應該提高監測頻率并調整施工計劃，必要時需進行回灌。

5 結論

針對富水砂層地區臨河深基坑降水處理問題，本文結合福州地鐵4號線鰲峰路站，對深基坑降水方案設計與施工技術進行了研究，主要得出以下結論：

1）通過地質勘察與滲流分析，獲得了富水砂層地區基坑降水施工參數，為該工程提供了明確的解決思路和技術參數，也可為類似工程提供參；

2）通過計算預測了基坑降水所造成的地表沉降，基坑外約6.8 mm，并結合現場環境，提出了相應的控制措施。

由于水文地質與周邊環境的復雜性，并且現場降水及梳干井等施工因素存在不確定性，降水措施局部不能達到完美效果，仍然會存在殘留水現象，因此，要結合施工環境，加強監測與安全意識，才能保證工程順利進行。