富水砂層地區(qū)臨河地鐵深基坑降水技術(shù)研究

邱文翔

（福州地鐵集團(tuán)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(shè)，軌道交通已成為城市交通的主動(dòng)脈。在富水砂層地區(qū)的地鐵工程建設(shè)過(guò)程中，地下水降水、防水及管涌流沙等災(zāi)害的處理，是基坑施工的難點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)深基坑開(kāi)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(kāi)挖安全的重要手段，可以使基坑邊坡、支護(hù)結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，避免失穩(wěn)或坍塌，同時(shí)，可以為基坑底部創(chuàng)造干燥穩(wěn)定的施工環(huán)境，也能避免管涌、流沙等災(zāi)害[1，2]。論文針對(duì)富水砂層地區(qū)臨河地鐵深基坑降水處理問(wèn)題建立了三維離散滲流模型，計(jì)算分析降水參數(shù)，設(shè)計(jì)了適合該地層的施工參數(shù)，并提出了相應(yīng)的沉降控制措施，取得了一定效果，保證了工程對(duì)順利進(jìn)行。

2 工程背景

福州地鐵4號(hào)線鰲峰路站，位于臺(tái)江區(qū)鰲峰路與鰲江路交叉口北側(cè)，靠規(guī)劃路東側(cè)設(shè)置，鰲峰路站為單柱2跨地下3層島式車(chē)站。車(chē)站設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為145 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為22.1 m，局部寬度為25.65~27.70 m。本車(chē)站共設(shè)置2組風(fēng)亭，5個(gè)出入口。車(chē)站基坑施工為明挖法，圍護(hù)選用1 000 mm厚地下連續(xù)墻與內(nèi)支撐結(jié)合的結(jié)構(gòu)。

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)狀況

車(chē)站局部頂板覆土約3 m，基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)地層主要為填土層，含泥細(xì)中砂，淤泥夾砂，淤泥質(zhì)土層，基底基本處在淤泥質(zhì)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(cè)為光明港二支河（即鰲峰河），南側(cè)為鰲峰路，東側(cè)有110 kV高壓電纜（架空）及村民房屋，西側(cè)為富閔時(shí)代廣場(chǎng)。光明港是福州市中心城區(qū)主要的內(nèi)河和滯洪區(qū)，河道總長(zhǎng)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(shì)，河床底的土層具有高滲透特性。

2.2 工程難點(diǎn)

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(shí)，基坑開(kāi)挖過(guò)程中需要運(yùn)走大量泥土，需要加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)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(qiáng)，且車(chē)站為地下3層站，開(kāi)挖深度較深，極易基坑坍塌，引起周?chē)ㄖ铩⒙访娉两怠?/p>

因此，如何處理地下水成為本工程最大難點(diǎn)，關(guān)乎基坑工程安全高效地進(jìn)行。

3 降水設(shè)計(jì)與參數(shù)選取

3.1 降水設(shè)計(jì)驗(yàn)算

3.1.1 基坑底板抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算

基坑開(kāi)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(dāng)覆土層厚度減少到一定程度后，承壓水的壓力超過(guò)上覆土壓力，會(huì)使基坑底部土體產(chǎn)生隆起，甚至破壞，造成坑底突涌。基坑突涌會(huì)破壞基坑基礎(chǔ)，帶來(lái)施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程承壓水主要賦存于中細(xì)砂、粉細(xì)砂、卵石層中，基坑底板位于淤泥夾砂和粉質(zhì)黏土層中。基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)主要是中細(xì)砂層，根據(jù)JGJ 111—2016《建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范》[3]，計(jì)算基坑開(kāi)挖后基坑底部承壓水層突涌穩(wěn)定狀態(tài)，并對(duì)基坑各分區(qū)最不利勘察孔進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 基坑抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果表

3.1.2 疏干設(shè)計(jì)

采用明挖法開(kāi)挖基坑時(shí)，為保證基坑開(kāi)挖順利進(jìn)行，應(yīng)及時(shí)排干開(kāi)挖范圍內(nèi)土層中的地下水。根據(jù)JGJ 111—2016《建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范》中梳干井口數(shù)n的計(jì)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(kāi)挖面范圍及以下為粉細(xì)砂層，為確保不揭穿隔水性較好的粉質(zhì)黏土層，疏干井設(shè)計(jì)井深為26 m。

對(duì)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(cè)井之間的水力梯度是否滿足安全水位要求，同時(shí)，需盡量淺于圍護(hù)底部，以確保充分利用止水帷幕。考慮到地層性質(zhì)、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(tǒng)，土體可以簡(jiǎn)化為多孔介質(zhì)模型。為求解地下水滲流規(guī)律，將問(wèn)題簡(jiǎn)化為地下水在多孔介質(zhì)模型中流動(dòng)的問(wèn)題，可以用下述地下水滲流連續(xù)性方程及其定解條件來(lái)描述地下水的三維非穩(wěn)定滲流規(guī)律[4]。根據(jù)本工程水文地質(zhì)狀況，建立了以下三維地下水非穩(wěn)定滲流模型，圖1為該方程組離散化后的三維數(shù)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(shù)值模型，驗(yàn)算主體基坑減壓降水參數(shù)。求解方程后，基坑需要布設(shè)的降水井應(yīng)不少于8口，根據(jù)觀測(cè)與備用井?dāng)?shù)量不少于所有降水井?dāng)?shù)的20%且至少1口的要求，坑內(nèi)共布設(shè)3口觀測(cè)兼降壓備用井；各類(lèi)降水減壓井總計(jì)11口，結(jié)構(gòu)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(nèi)外水位降深等值線圖如圖2所示。對(duì)于封閉式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)模型計(jì)算，安全系數(shù)應(yīng)取1.1，坑內(nèi)的承壓水位應(yīng)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(nèi)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(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)單位對(duì)各種管線、需要保護(hù)的建筑、地下連續(xù)墻等進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。按規(guī)范要求控制沉降量和沉降速率。

2）降水過(guò)程中應(yīng)做到：降水范圍不宜過(guò)大，降水時(shí)間不宜太長(zhǎng)，降壓深度不宜過(guò)深。

3）在挖土施工過(guò)程中，應(yīng)提高挖土效率，減少挖土?xí)r間和抽水時(shí)間。

4）隨著開(kāi)挖深度加大，應(yīng)相應(yīng)地降低降水中地承壓水頭。

5）采用信息化施工，建議對(duì)坑內(nèi)外觀測(cè)井水位進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，進(jìn)行按需降水。

6）基坑施工時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注地下連續(xù)墻狀態(tài)，一旦發(fā)生滲漏或嚴(yán)重滲漏，應(yīng)及時(shí)封堵。

7）當(dāng)坑外觀測(cè)井內(nèi)的水位下降超過(guò)預(yù)測(cè)的最大值時(shí)，應(yīng)該提高監(jiān)測(cè)頻率并調(diào)整施工計(jì)劃，必要時(shí)需進(jìn)行回灌。

5 結(jié)論

針對(duì)富水砂層地區(qū)臨河深基坑降水處理問(wèn)題，本文結(jié)合福州地鐵4號(hào)線鰲峰路站，對(duì)深基坑降水方案設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行了研究，主要得出以下結(jié)論：

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

2）通過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)了基坑降水所造成的地表沉降，基坑外約6.8 mm，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，提出了相應(yīng)的控制措施。

由于水文地質(zhì)與周邊環(huán)境的復(fù)雜性，并且現(xiàn)場(chǎng)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(dá)到完美效果，仍然會(huì)存在殘留水現(xiàn)象，因此，要結(jié)合施工環(huán)境，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與安全意識(shí)，才能保證工程順利進(jìn)行。