地鐵車站深基坑降水回灌關鍵技術

焦念輝

（中鐵十局集團第一工程有限公司，山東濟南250000）

0 引言

在深基坑施工中，基坑內降水與基坑外回灌是矛盾的，因此，必須合理選擇降水回灌方案，在保證基坑施工安全的前提下增強回灌施工效果，保護地下水資源，同時減少由于地下水位下降造成的地面不均勻沉降甚至塌陷，避免地下水回灌可能引發的基坑涌水、滲流破壞，防止基坑失穩。

1 工程概況

某地下車站位于濟南市槐蔭區齊魯大道上，處于聊城路與青島路之間，沿齊魯大道南北向設置。車站為地下兩層，采用明挖法施工。

本站基坑總體長度為359.6m，基坑開挖深度為16.51m，端頭井段開挖深度為17.76m。圍護樁采用φ1000鉆孔灌注樁；四周設置封閉的止水帷幕，止水帷幕采用φ0.8m三管高壓旋噴樁的形式，止水帷幕底標高為基坑底以下2.5m。

車站地層自上而下依次為雜填土、黃土、粉質粘土、粘土層、細砂層、粉質粘土層。車站范圍內地下水水位高，補給速度快。其地層中主要存在兩層地下水，分別為第四系松散層孔隙潛水和承壓水。潛水層埋深于地下5~8m，承壓水主要富含于細砂層、粉質粘土層，埋深約6~8m。

車站底板設置于粉質粘土層，低于承壓水地下水位。

2 工藝原理

首先進行基坑圍護樁以及基坑周邊止水帷幕施工，通過止水帷幕降低基坑內外側水力聯系。在止水帷幕封閉后，通過抽水試驗和回灌試驗確定在有止水帷幕條件下的降水與回灌施工所需的相關參數，包括綜合地層滲透系數、降水影響半徑等，估算基坑日涌水量、單井出水量、單井回灌量，確定所需的降水井、回灌井數量。

同時，對基坑開挖及回灌施工的全過程進行監控，掌握抽水量、回灌量，監控基坑內外水位變化，控制地下水水位相對穩定，減少地表沉降，監視基坑的穩定，保證整個車站施工的順利進行。

3 施工工藝流程及施工要點

3.1 施工工藝流程

施工準備→施工基坑支護結構以及止水帷幕→施工降水及回灌試驗井→抽水試驗及會館實驗→施工正式降水井、回灌井→基坑降水以及回灌施工→監控量測→車站基坑開挖以及結構施工

3.2 降水與回灌施工要點

3.2.1 降水試驗井施工

止水帷幕封閉后，在基坑兩端及中部打設三眼抽水試驗井，分別進行單井抽水和群井抽水，紀錄抽水參數。

降水井井深度根據需要降水的深度、含水層的位置與分布、過濾器管材以及現場施工環境等因素綜合而定。本工程中，依據經驗，試驗降水井的井底標高低于基坑底標高10m。

通過降水試驗井抽水試驗及數據分析，掌握在有止水帷幕條件下的地層的綜合滲透系數、降水影響半徑等重要參數。

3.2.2 基坑總涌水量估算

在本工程中，由于濟南地區粉質黏土層固有特點，在長期受下層承壓水豎向補給下，粉質黏土層存在天然裂隙，豎向補給速度超過水平補給。基坑止水帷幕隔斷了上部潛水含水層，但是粉質黏土層存在的天然裂隙，使下部深層地下水通過裂隙向上補給，故可認為止水帷幕沒有完全隔斷含水層。結合基坑止水帷幕形式、地下水類型、補給條件、降水井的完整性等因素，采用《建筑基坑支護技術規程（JGJ 120—2012）》中（E.0.2公式）對基坑降水總涌水量進行計算：

式中：Q-估算基坑降水總量（m3/d）；K-滲透系數（m/d），通過前述抽水試驗求的，并與勘察報告給出的各含水層滲透系數加權平均取得的綜合滲透系數相互驗證，本基坑取30m/d；H0-含水層厚度，m，含水層厚度取基坑底部以下全部粉質粘土厚度；SW=工程施工需要的水位降深，m，取地下水初始水位至基坑底下1.0m之差；R-降水影響半徑，通過前述抽水試驗求的；r0-降水井分布范圍的等效半徑其中，A可近似認為為基坑總面積。

經計算求得：

基坑涌水量為Q=27181m3/d。

3.2.3 降水井的設置

降水井深度綜合考慮工程施工需要的水位降深、水力坡度線影響、降水期間的水位變幅影響、施工期間沉沙厚度等綜合確定。本項目中，參照工程以往經驗，降水井深度較基坑底標高深10m。

單井涌水量按《建筑基坑支護技術規程（JBJ 120—2012）》式7.3.16計算：

式中：q-單井出水能力（m3/d）；rs-過濾器半徑，m；l-過濾器進水部分的長度，m；k-地層綜合滲透系數（m/d）。

實際運用中，考慮到成井質量、止水帷幕的擋水作用、群井抽水綜合效應，單井出水量可以取計算值的80%。本項目經計算取1010m3/d。

在確定完基坑總涌水量及單晶出數量后，降水井數量采用涌水量法進行估算，并考慮10%的備用井進行布置，基坑共布設降水井30眼。

3.2.4 回灌井試驗施工

基坑地下水控制采用基坑外側管井回灌，確保基坑外部水位穩定。回灌井設置在基坑外側，為避免加壓回灌對于基坑圍護結構以及基坑自身的不利影響，回灌井距離應盡量遠離基坑。

回灌井施工前，先施工回灌試驗井，回灌試驗井可通過深度的不同來確認最佳回灌目標底層，通過調節回灌壓力確認回灌井能承受的最大壓力。考慮到基坑降水來源主要為下部地下水的豎向補給，地下水的流失也主要為下部地層的地下水，因此回灌目的層初步確認為下部承壓含水層，針對該層設置回灌井。

根據單井回灌量與估算的基坑日涌水量，確定回灌井的數量，使回灌率符合要求。基坑回灌以常壓回灌為主，必要時采用加壓回灌。

單井回灌量參考《建筑與市政工程地下水控制技術規范（JGJ 111—2016）》公式7.2.4-2進行計算：

式中：q-單井回灌量（m3/d）；k-滲透系數（m/d）；R-影響半徑，m；rw-回灌井半徑，m；ho-井內回灌動水位，m；Ho-自然狀態下含水層底板至井內水位高度，m；M-承壓含水層厚度，m。

濾水管的位置根據承壓含水層地層起伏情況進行精細化設置。回灌過程中采用全程監控，并根據回灌效果及時對回灌井數量、壓力等進行調整，做到動態施工。本工程共設置常壓回灌井24眼，加壓回灌井6眼（依據現場條件，加壓回灌井距離基坑邊約30m）。

3.2.5 降水回灌控制措施

依據抽灌平衡的原則，及時調整回灌水量。防止回灌導致坑外水位大幅抬升，以至超過初始水位，回灌水量過大從而滲入基坑內，對基坑降水造成不利影響。

回灌過程中，每天采集回灌井周邊水位觀測井變化情況，準確及時記錄回灌水量，基坑抽水量，定期對記錄數據進行分析整理，及時掌握回灌運行情況，根據需要做出適當調整。

此外加強回灌區域地表沉降監測，加強對建筑物及周邊管線的沉降監測，監測數據及時反饋給降水部門，降水部門結合基坑周邊環境變化情況，針對不利情況的出現及時調整基坑降水與地下水回灌。

一般情況下，基坑回灌采用常回頭自動控制回灌裝置，即確保回灌井內水頭始終處于初始水位位置，一旦地下水位下降，自動回灌裝置便立刻啟動，對其進行回灌補水，確保水頭穩定。同時結合基坑周邊觀測井水位變化，如水頭補償不能滿足要求時，可以考慮抬高回灌控制水頭，如還不能滿足要求，則需要考慮是否再用加壓回灌。

4 工程結果評價

本項目施工中貫徹動態施工理念，將基坑內降水與基坑外回灌聯系在一起，通過現場測量基坑止水帷幕施工完成后實際的土的滲透系數、降水影響半徑，取得切合實際的降水井施工參數，保證基坑降水的效果。

地下水回灌技術通過回灌補源、恢復水位，借助回灌井方案極大程度上保護地下水資源，減少施工期間地下水位的擾動。為類似工程的施工提供了可借鑒的經驗。