復(fù)雜環(huán)境下地下車(chē)站深基坑降水技術(shù)研究

周海濤 (中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司,陜西 西安 710000)

1 工程概況

滁寧城際鐵路（滁州段）二期工程龍?bào)创蟮勒疚挥诔菔旋報(bào)创蟮琅c豐樂(lè)大道交叉路口，地勢(shì)較為平坦，多為城市道路及居住、商業(yè)及辦公樓，附近主要為河流、道路及房屋。場(chǎng)區(qū)西南側(cè)、西北側(cè)為技術(shù)學(xué)院、居民小區(qū)，東側(cè)為商業(yè)大樓，樓層較高，道路路面標(biāo)高與建筑群標(biāo)高基本相同。

車(chē)站站臺(tái)中心里程為DK8+032.22，起止里程為 DK7+940.92～DK8+123.52，全長(zhǎng)182.6m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度22.3m，基坑深度約19.1m，端頭井基坑寬度為31.5m，端頭井基坑深度約21.2m。本車(chē)站為地下基坑工程，采用明挖順作法施工，車(chē)站兩端接盾構(gòu)區(qū)間，本站由主體站房、I～I(xiàn)V號(hào)四個(gè)出入口及兩個(gè)風(fēng)亭組成，頂板覆土約3.3m，采用地下兩層兩跨（端頭井段為兩層三跨）的鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)。

圖1 龍?bào)创蟮勒究偲矫鎴D

本站所處水文地質(zhì)情況如下。

①龍?bào)创蟮勒镜乇硭饕獮楸眰?cè)一支流，寬約35m，水深0.50m～1.5m不等，距車(chē)站較近。支流中水的主要補(bǔ)給方式為大氣降水，主要通過(guò)自然蒸發(fā)和人工抽取灌溉進(jìn)行排泄。

②擬建工程范圍內(nèi)地下水以第四系孔隙潛水及基巖裂隙水為主。第四系孔隙潛水主要賦存于人工填土中，水量微弱。勘測(cè)階段地下水位埋深1.4m～4.1m，主要接受大氣降水、灌溉水等垂直滲漏補(bǔ)給，排泄方式為蒸發(fā)、向下補(bǔ)給和人工抽降地下水。擬建工程區(qū)內(nèi)地下土層均為泥質(zhì)砂巖、泥巖，其富水性及透水性能較弱，因此基巖裂隙水總體較少。

通過(guò)周邊情況調(diào)查和勘察結(jié)果可知，車(chē)站周?chē)h(huán)境較為復(fù)雜，降水過(guò)程中稍有不慎就會(huì)造成較大的安全隱患。為了有效緩解地下水對(duì)車(chē)站施工造成的影響，確保基坑降水施工中的安全，減小基坑降水施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，需要對(duì)車(chē)站基坑降水施工技術(shù)進(jìn)行分析研究，并嚴(yán)格控制降水施工時(shí)周邊地表沉降情況，保障周?chē)邔咏ㄖ踩?/p>

2 地下車(chē)站基坑降水施工技術(shù)分析

2.1 降水設(shè)計(jì)

龍?bào)创蟮勒净釉O(shè)計(jì)開(kāi)挖深度為19.1m～21.2m。按規(guī)范要求，基坑地下水位應(yīng)降至基坑底以下0.5m～1m，本工程按1m計(jì)算，降水深度為20.1m～22.2m。根據(jù)《基坑工程手冊(cè)》[1]，基坑含水量采用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

其中：Q——基坑含水量，單位m3；

μ——給水度，本工程取0.03；

A——基坑面積。本工程取4476.8m2；

Sd——降水深度。本工程取20m。

最終求得疏干含水量為Q=2686.08m3。

疏干井的井?dāng)?shù)可按下式確定：

其中：n——疏干井的個(gè)數(shù)；

A——基坑需疏干面積；

a——單井有效疏干面積；

本基坑需疏干面積為4476.8 m2，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，疏干井有效輻射面積通常取300m2/口～400m2/口，本次疏干目標(biāo)層為疏干開(kāi)挖范圍內(nèi)粉質(zhì)粘土層和全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖交界面中的孔隙水以及泥質(zhì)砂巖全風(fēng)化及碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化中的孔隙裂隙水，取有效輻射面積為360m2/口，如此計(jì)算疏干降水井總數(shù)為12口。

2.2 疏干井井管構(gòu)造以及降水設(shè)施

疏干井井管構(gòu)造主要由以下幾個(gè)方面構(gòu)成。

①井口應(yīng)高出地面0.3m～0.5m。為防止污水進(jìn)入井內(nèi)，井壁外圍一般采用優(yōu)質(zhì)粘性土填實(shí)封閉，深度2.0m～3.0m。井口采用法蘭進(jìn)行封口處理。

②井管應(yīng)采用焊接鋼管，壁厚3.0mm，管徑219mm。

③過(guò)濾器（濾水管）采用鋼管制成，壁厚3.0mm，管徑219mm，孔隙率≥40%。所有濾水管外均采用雙層40目的尼龍網(wǎng)進(jìn)行包裹，其中尼龍網(wǎng)搭接約20%～50%，并采用鐵絲捆綁牢固。過(guò)濾器中的濾料為粒徑1.5mm～10mm卵礫石，從沉砂管底至頂部粘土回填區(qū)下部均填。

④沉砂管采用壁厚3.0mm的鋼管，直徑與濾水管相同，長(zhǎng)度1m，與濾水管底部搭接。為了防止井內(nèi)沉砂堵塞而影響進(jìn)水，沉砂管底口用鋼板封死。

⑤為了降水效率的提高，需要在每口疏干井內(nèi)設(shè)置深井泵，并確保其能夠控制連續(xù)抽水。

本工程止水帷幕施工時(shí)有可能存在缺陷，因此坑內(nèi)降水可能造成坑外水位降深，從而引起周邊地面沉降。為在降水施工、降水監(jiān)測(cè)與維護(hù)中控制地下水動(dòng)態(tài)，應(yīng)在基坑外布置坑外觀(guān)測(cè)井，坑外降水井也可兼作水位觀(guān)測(cè)井，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)坑外含水層水位變化情況，了解坑內(nèi)降水對(duì)坑外的影響，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)處理。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[2]（GB 50497-2019）水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距宜為20m～50m。本工程共布置10口水位觀(guān)測(cè)井，間距約為40m，且應(yīng)布置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)約2m處。

2.3 疏水井施工工藝

采用泥漿循環(huán)鉆進(jìn)、機(jī)械吊裝下管成井施工工藝，疏干井施工流程圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 疏干井施工流程圖

2.4 抽水試驗(yàn)

為了驗(yàn)證當(dāng)前降水方案的可行性，獲取含水層相關(guān)的水力參數(shù)，以便后期優(yōu)化降水方案，在正式降水之前需要進(jìn)行實(shí)地生產(chǎn)性抽水試驗(yàn)。

試驗(yàn)開(kāi)始前半個(gè)小時(shí)同時(shí)測(cè)定試驗(yàn)各井靜止水位（一般地區(qū)，每小時(shí)觀(guān)測(cè)一次，3次所得數(shù)值相同或4h內(nèi)水位變化不超過(guò)2cm，即為靜止水位）、井口標(biāo)高以及各井之間的距離。試驗(yàn)開(kāi)始后，須對(duì)抽水后的水位進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)，抽水觀(guān)測(cè)時(shí)間按如下規(guī)定進(jìn)行：以開(kāi)泵抽水時(shí)的時(shí)間為起點(diǎn)，首先對(duì)抽水開(kāi)始后第1min、2min、3min、4min、6min、8min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min、90min、120min的水位進(jìn)行觀(guān)測(cè)，隨后至480min時(shí)間內(nèi)每30min觀(guān)測(cè)一次，再到1200min時(shí)間內(nèi)每60min觀(guān)測(cè)一次，然后每2h觀(guān)測(cè)一次，直至抽水水位穩(wěn)定8h停止抽水。抽水時(shí)應(yīng)同時(shí)用流量表測(cè)量抽水流量，觀(guān)測(cè)時(shí)間間隔為30min，讀數(shù)時(shí)精度為0.1m3。若度數(shù)數(shù)據(jù)過(guò)小，水位降低緩慢，應(yīng)改換抽水效率更高的水泵進(jìn)行。抽水停止后應(yīng)同步觀(guān)測(cè)水位恢復(fù)情況，觀(guān)測(cè)頻率與抽水時(shí)相同，直至水位趨于穩(wěn)定為止。

在整個(gè)抽水試驗(yàn)過(guò)程中，抽水泵的出水量應(yīng)保持穩(wěn)定，相鄰兩次流量表讀數(shù)變化不應(yīng)超過(guò)±5%。若超過(guò)這一變化值應(yīng)及時(shí)調(diào)整抽水速度。最終根據(jù)試驗(yàn)情況確定后續(xù)正式降水施工的方案。

2.5 降水運(yùn)行

①降水試運(yùn)行之前，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)定各疏干井口的地面標(biāo)高、靜止水位，然后開(kāi)始試運(yùn)行，以檢查抽水設(shè)備、抽水與排水系統(tǒng)能否滿(mǎn)足降水要求。

②疏干井應(yīng)隨著成井進(jìn)度即刻開(kāi)始運(yùn)行，并盡可能保證在基坑正式開(kāi)挖前20d開(kāi)始抽水，且應(yīng)配合土方開(kāi)挖進(jìn)度要求，確保降水深度始終控制在每層挖土標(biāo)高以下1m。降水過(guò)程中可不必啟動(dòng)全部的抽水井，應(yīng)根據(jù)觀(guān)測(cè)的地下水水位來(lái)確定啟動(dòng)抽水井?dāng)?shù)量。降水應(yīng)結(jié)合基坑開(kāi)挖及主體施工按需降水。

③當(dāng)?shù)叵碌装褰Y(jié)構(gòu)施工完畢，且強(qiáng)度滿(mǎn)足抗浮要求（底板至少養(yǎng)護(hù)一周），并由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位復(fù)核結(jié)構(gòu)自重可以抵抗地下水浮力后可停止抽水。降水停止并提泵后應(yīng)及時(shí)將井封閉，補(bǔ)好蓋板。

2.6 疏干井封井處理

對(duì)于基坑內(nèi)部降水井來(lái)說(shuō)，停水之后發(fā)生的水位回升，會(huì)對(duì)基坑的安全造成較大影響，所以在完成降水之后，需要對(duì)使用完成的疏干井進(jìn)行封閉處理[3]。

當(dāng)?shù)装迨┕ね戤吳覞M(mǎn)足主體結(jié)構(gòu)的抗浮要求后，封堵降水井，留三分之一降水井做為泄水孔，封井要求如下：

①墊層施工完后，切掉上部濾水管，焊上φ219鋼管，離墊層約15cm高處，在鋼管壁焊上一道止水翼；

②封井前預(yù)拌足量的混凝土；

③用抽水泵將井內(nèi)水位抽至井底；

④迅速拔除抽水泵；

⑤用砂礫填孔至墊層以下約1.0m；

⑥觀(guān)察井內(nèi)滲水情況，必要時(shí)再次下泵抽出余水；

⑦澆灌混凝土到底板面，搗實(shí)混凝土；

⑧混凝土初凝后，用鋼板焊牢井口，至此封井完畢。

3 降水監(jiān)測(cè)輔助措施

3.1 地表沉降監(jiān)測(cè)

①地表沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)，位置在基坑開(kāi)挖影響范圍之外。在開(kāi)挖卸荷急劇和降水階段，應(yīng)加密觀(guān)測(cè)。

②根據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[4](GB50911-2013)監(jiān)測(cè)控制值的規(guī)定，并結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙關(guān)于監(jiān)測(cè)控制值的相關(guān)規(guī)定及工程特點(diǎn)，本工程地表沉降及地下水位監(jiān)測(cè)控制值如表1所示。

沉降及水位監(jiān)測(cè)預(yù)警值表 表1

③根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常情況，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果按照黃色、橙色和紅色三級(jí)預(yù)警進(jìn)行管理和控制，當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)向施工現(xiàn)場(chǎng)反饋信息，并發(fā)布預(yù)警通知單，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)調(diào)整施工參數(shù)、采取相應(yīng)措施，消除預(yù)警。預(yù)警消除后，增加相應(yīng)監(jiān)測(cè)頻率，直至監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。三級(jí)警戒狀態(tài)排定見(jiàn)表2。

沉降及水位監(jiān)測(cè)預(yù)警值表 表2

3.2 周?chē)h(huán)境監(jiān)測(cè)

①采用埋釘法進(jìn)行監(jiān)測(cè)見(jiàn)圖3所示。在建筑物大的裂縫兩側(cè)各埋設(shè)一根鋼筋，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚?cè)兩根鋼筋之間的距離變化來(lái)判斷裂縫的變形滑動(dòng)。觀(guān)測(cè)前需要觀(guān)測(cè)的裂縫應(yīng)統(tǒng)一進(jìn)行編號(hào)。對(duì)于寬度超過(guò)1mm的裂縫，每條裂縫應(yīng)至少布設(shè)兩組觀(guān)測(cè)標(biāo)志，一組設(shè)置在裂縫最寬處，另一組設(shè)置在裂縫延伸的末端。

圖3 埋釘法裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

②降水施工前應(yīng)對(duì)基坑周邊重點(diǎn)建筑物進(jìn)行裂縫普查，對(duì)已出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行記錄，記錄內(nèi)容包括裂縫的寬度、長(zhǎng)度、深度以及走向，有條件的應(yīng)在裂縫上做出明顯標(biāo)記，包括裂縫發(fā)現(xiàn)的日期等信息，最后進(jìn)行拍照取證，建立裂縫狀況檔案，以備日常檢查核對(duì)。

③降水施工過(guò)程中，對(duì)已有裂縫進(jìn)行重點(diǎn)觀(guān)測(cè)，記錄裂縫隨著降水施工的進(jìn)行，其變化情況，包括裂縫的長(zhǎng)度、寬度等變化信息。同時(shí)，應(yīng)監(jiān)測(cè)建筑的重點(diǎn)部位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并記錄新發(fā)現(xiàn)的裂縫，必要時(shí)通過(guò)超聲探測(cè)儀對(duì)裂縫深度進(jìn)行具體測(cè)量。

④若降水施工過(guò)程中周邊建筑物產(chǎn)生了較寬的新裂縫，應(yīng)及時(shí)停止施工，通知工程參建各方，以便采取必要措施，防止事故的發(fā)生。隨后對(duì)裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行詳細(xì)分析，排除隱患后才能繼續(xù)施工。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著地下軌道工程建設(shè)的發(fā)展，地下車(chē)站工程的重要性凸顯。地鐵車(chē)站建設(shè)過(guò)程中最重要的內(nèi)容之一就是車(chē)站基坑施工，基坑施工過(guò)程中常常會(huì)遭遇較高水位，影響基坑的穩(wěn)定性。本文以滁寧城際鐵路（滁州段）二期工程龍?bào)创蟮勒竟こ虨橐劳校榻B了在周?chē)鷱?fù)雜環(huán)境下深基坑降水的施工方法，對(duì)今后類(lèi)似的車(chē)站基坑降水施工提供一定參考和幫助，對(duì)于提升車(chē)站基坑穩(wěn)定性具有現(xiàn)實(shí)意義。