強透水砂層地質地鐵車站降水施工技術應用研究

劉海東

（中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 101300）

因地鐵行駛的路線主要為全封閉的獨立運行線路，其運載能力強，且基本不受其他運輸系統和天氣的影響，是準點率較高的運輸交通工具，可以滿足現代城市快速發展的需要。在以節能減排為主要目標的環境下，地鐵已成為人們出行最便捷的交通工具之一。因此，隨著現代社會的高速發展和大眾對于出行效率的需求提升，全國有能力、有條件的城市都加快修建地鐵的進程。但是，由于地鐵線路和車站主要位于城市地下，因此相關的施工環境較易受到地質條件和其他因素的影響。對此，本文以阿爾山路站為例，詳細地介紹并分析了地鐵車站建設在強透水砂層地質條件下所采用的降水、排水施工工藝和施工技術，以期更好地為同等地質施工環境的項目提供參考。

1 工程概述

阿爾山路車站為地下2 層的11 m 島式站臺車站，車站總長379.9 m，有效站臺長118 m，左右線間距14 m，為牽引降壓混合變電所車站。標準段主體結構采用單柱雙跨雙層框架結構，縱向柱距8.5 m，標準段寬度19.7 m。西側端頭井基坑寬度為24.1 m，深度為18.7 m。基坑安全等級為一級，采用明挖法進行施工。阿爾山路站1 層為站廳，2 層為站臺。根據鉆孔樣發現，沿巖層的上下順序是第四系全新統人工填土、全新統和上更新統湖積粉土、粉砂、細砂、粗砂、圓礫、中更新統湖積粉質土、細砂、粉砂。地下水位埋深4.9 m～8.1 m，地下水位高程約1 043.070 m～1 045.650 m。

2 施工難點分析

阿爾山路站按圖紙開挖17 m 深，開挖深度大，開挖及結構施工的安全風險大。地形圖標高1 023.93 m～1 042.44 m 處為細紗層、中砂、粗砂、礫砂層，該層底板透水性強，地下連續墻成槽時容易塌陷，對泥漿比重條件要求較高，此外透水性強意味著造漿要求高，泥漿循環利用率低，地質條件對地下連續墻施工影響較大，同時由于工程地質條件差，砂層和圓礫層透水性好，容易塌陷，在地下連續墻成槽期間及隨后的基坑降水、開挖過程中，極易造成建筑物沉降、傾斜等不良后果[1]。

3 基坑降水施工工藝

結合項目地勘報告資料，場地地下水位年變化幅度按1.5 m～2.0 m 考慮，地下水位較高，基坑深度范圍內土層滲透系數較大，采用降水方案抽水量較多，具有一定的技術難度，結合實際情況，本站采用基坑圍護結構止水方案，基坑內設置降水井對基坑內進行降水。根據計算，阿爾山路車站主體施工需要布置38 口降水井，車站附屬施工需要布置48 口降水井。

3.1 降水井結構設計

根據呼和浩特市的相關降水經驗和綜合因素分析擬定車站降水采用大口井井點降水，設置2 排井點，井點在基坑范圍內均勻布置，并保證每個井點降水范圍≤150 m2。井點埋設深度為：

式（1）中，H 為井點深度，m；H1為井點處的基坑深度，m；4 為補償深度，m。

3.2 降水井施工技術

3.2.1 放樣

根據施工圖紙和測量單位提供的坐標點, 井位的偏差不得＞45 mm，如果有特殊情況可經過分析計算后調整，應保證降水井和基坑的邊緣＞1.7 m。同時，確定井位后應人工挖入1 m～3 m，確定是否有地下管線和其他干擾井位施工的設施，以便確定是否需要進行井位調整規避障礙物。

3.2.2 探坑

在進行降水井鉆孔施工前，需要人工進行井探坑，以確定地下是否存在管線等障礙物。人工挖掘的深度不得＜2 m，需見原狀土，人工挖掘的井點直徑應＞護筒直徑，保證作業人員在井下的安全作業。如果在人工挖掘的過程中遇到地下管線等情況，應棄坑回填，作出調整后另開探坑進行挖掘。探坑挖到要求深度后，需要經技術人員驗收合格后才可進行下一步鉆機作業。探坑挖掘產生的土方，應及時清理，不可污染路面和現場[2]。

3.2.3 設置泥漿池

根據施工現場的實際情況在降水井2 m～4 m內就地定點，每2 口～4 口降水井設置1 口泥漿池，利用沙袋和塑料布進行泥漿池挖掘或圍堰施工，以保證泥漿不泄露，在鉆機進行井點施工作業時，如果有泥漿泄露污染現場和路面，應及時的封閉泥漿池泄露處，保證泥漿不再泄露，及時清理泥漿，避免污染現場，做好文明施工。

3.2.4 埋入護筒

為防止在鉆井施工時的循環水流大量損失和沖塌孔壁導致塌孔，需要在人工探孔后下入護筒進行保護，護筒另一側用粘土進行填實，護筒中心應和井點中心一致，同時應保證護筒垂直，且高于路面20 cm 以上，以免泥漿發生外溢。

3.2.5 鉆機掘進

為保證降水質量和減小洗井難度，降水井的孔徑應≥設計值，孔深應符合設計要求，在鉆機開孔前，應檢查大鉤鋼絲繩是否牢靠，采用輕壓慢轉的方式進行，以保證井孔的垂直度。在鉆進過程中要保持泥漿液面，以防止塌孔。

3.2.6 清孔

鉆機在掘進到設計深度后，將鉆桿抬離至孔底0.5 m～0.8 m 處進行清孔作業，直到孔內的泥漿濃稠度＜1，且沉淀液距孔底＜15 cm，同時涌出的泥漿不再含有沉淀物為宜。

3.2.7 下井管

井管由透水管和混凝土管組成，使用0.2 mm孔徑的尼龍網包裹水位下的井管后緩慢放入井中，在距井口20 cm 處接上節井管并用尼龍網包裹嚴實，以防止泥沙堵塞井管，豎向可用竹條固定。下放時需要注意井管和井口中心點應保持垂直一致，井管需要高于地面20 cm 以上，防止雨水、泥沙落入，井口應加蓋防水雨布或井蓋。

3.2.8 填濾料

下入井管后立即填充濾料，選用直徑為2 cm左右的濾料，濾料投放前先用清水沖洗干凈夾雜的灰塵和泥沙，以保證濾料的潔凈。從井管外側均勻連續地投入，從而將泥漿擠出。不可使用手推車直接大體積堆料填入，以防止不均勻沖擊孔壁或出現搭橋現象，應使用人工鐵鍬填入的方式均勻連續地填入。填料過程中應隨時監測填入量和設計量是否存在偏差，如果偏差過大，應及時查明原因，方可繼續填入[3]。

3.2.9 洗井

反循環鉆機進行泵水，同時直接放入潛水泵進行抽水洗井，排出的水清、無雜質淤泥、上下層水質一致即可，在洗井作業時，應安排專人觀察水量和水位情況。洗井過程中，如果造成井管外的濾料下降需要補填濾料至井下3 m 處后用粘土進行填蓋。

3.2.10 降水

將潛水泵下至離井底1.5 m 處后接通潛水泵電路，降水設施的電路設計應考慮1 井1 控制，同時設置漏電開關等安全系統。連通抽水時應連續地進行，如果潛水泵發生故障，需要維修或更換時，不可全部停止，應單一進行。剛啟動抽水作業時，考慮到排水管的排水能力，應按井號逐個啟動，并逐個檢查單口降水井的出水量和出水水質情況，排出的淤泥較多時可將潛水泵上提，如果上提后情況依舊，則需要重新進行洗井作業。

3.3 明溝排水施工

降水作業不可能將所有地下水都抽干，所以在施工時應輔助基坑內的明溝進行排水。根據工程地質、水文地質及相關工程經驗，為最大限度地減少周邊建筑物受到影響，車站基坑采用明溝排水，為此需要在基坑內設置排水溝，每20 m 設置1個0.8 m×0.8 m 的集水井，集水井應視基坑開挖情況同步進行，基坑周邊設截水溝與集水井，防止地表水流入基坑，基坑外側設置磚墻作為擋水墻。同時，為每1 個集水井配置抽水泵和備用水泵，避免排水溢出從而返流至基坑，做到集水的同時隨時排水，另外在雨季施工時配備好足夠的排水設備以應對突發事件。基坑周圍地表設截水溝、集水井。排出的積水需經沉淀處理后方可排入到市政管網中。

4 降水施工質量關鍵點總結

針對降水施工中容易出現的問題，提出相應的質量控制關鍵點，總結如下：

1）對沿路排水設施和基礎進行全面疏通清理，以便大雨或暴雨造成的地面水能迅速排走，保證地面水不流入基坑，防止積水浸泡基坑。

2）雨季需要對排水溝和集水井進行擴充，防止排水溝和集水井因為雨水超出排水能力而造成基坑浸泡。

3）降水過程應有專人負責并記錄反饋出水量和抽水等情況。

4）排水管需要設置單向止逆閥，以防止排水倒灌入井內。

5）降水井深需要預留一定的深度，以應對出現淤井情況時可以上提抽水泵。

6）濾料回填不得用裝載機或手推車直接填料，應安排人工手動進行填料，以防不均勻或沖擊井壁和搭橋現象。

7）如排水管和井經過路面，應使用暗排方式進行布置，以避免管線破損導致漏水。

8）降水井施工作業前應探明是否存在地下管線或其他干擾施工的設施。

9）降水井護筒外壁應使用粘土進行封閉，以免滲水造成塌井。

10）降水井指定深度后，需要經過技術人員驗收確認，合格后方可進行下一步施工操作。

5 結論

綜上所述，地鐵建設面臨的地下環境千變萬化，每一處的地質和水文參數都不盡相同，基坑施工質量是影響地鐵整體質量的關鍵因素，是確定地鐵車站施工安全的保障，特別是在富水砂層、強透水地質環境下，基坑開挖容易引起地表沉降、地下連續墻和基坑坍塌等一系列的風險，所以為了保障項目正常安全的施工，降水處理是基坑開挖的重要手段。通過對項目地下水位進行實際監測發現，本文采用的降水設計和施工方案在項目實際應用中取得了良好的效果，可以為類似工程提供相關參考，但在實際施工中需要注意：①井點數量需要根據工程實際潛水量和出水量進行確定，并通過試驗反算降水范圍；②為了確保基坑開挖施工的順利進行，降水施工應在基坑開挖前20 d 進行，并且井內水位應始終控制在基坑開挖面的1 m 以下；③在強透水砂層地質下進行降水井成孔施工時，應采用調配泥漿進行護壁，初始泥漿濃稠度為1.3，并根據實際情況調整以保持液面穩定，如果泥漿滲漏損失嚴重，應及時監測沉降情況。