懸掛式止水帷幕的應(yīng)用

孫 彤

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高度發(fā)展，城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)作為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要組成部分發(fā)展速度日益提升，城市軌道交通建設(shè)逐漸迎來(lái)高峰期，而軌道交通工程多以地下工程為主，基坑向深和大的方向發(fā)展，地下水對(duì)基坑影響較大，開(kāi)挖基坑時(shí)為保證安全，需要降低地下水位使得基坑在“干燥”狀態(tài)下施工[1-5]。

長(zhǎng)春市軌道交通5 號(hào)線東大橋地鐵車站工程位于伊通河旁，東大橋站位于伊通河谷沖積階地（Ⅰ）地貌單元，本站內(nèi)潛水主要賦存于粉砂、細(xì)中砂和中粗砂層中，局部具有承壓性，地層富水性好，透水性強(qiáng)，與伊通河水力聯(lián)系密切。本區(qū)域基坑需要采取截水圍護(hù)方案，截水圍護(hù)方案根據(jù)其是否插入隔水層可分為落底式圍護(hù)方案和懸掛式圍護(hù)方案。落底式圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入基坑底部隔水層，阻止基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，止水效果好，對(duì)周邊影響較??；但當(dāng)含水層深厚時(shí)，需要采用懸掛式圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，這種情況下基坑外的水會(huì)通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的底端，繞流進(jìn)入基坑內(nèi)。以長(zhǎng)春市東大橋站地下連續(xù)墻深度對(duì)周邊建筑物的影響，以及對(duì)2 種圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。

基坑降水可以有效地降低坑內(nèi)水位，同時(shí)考慮減輕降水對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響，在滿足基坑降水深度條件下，使得基坑周邊地下水降深最小，確定合理的懸掛式止水帷幕的插入深度。

1 工程概況

長(zhǎng)春市軌道交通5 號(hào)線一期工程?hào)|大橋站位于東大橋街與惠工路交叉口，東大橋街布置呈東西走向。站點(diǎn)周邊主要以政府辦公、居住建筑和文物建筑為主。

東大橋站為地下三層標(biāo)準(zhǔn)島式車站。車站有效站臺(tái)中心里程為：K41+543.020，車站起點(diǎn)里程為：K41+381.545，車站終點(diǎn)里程為：K41+551.495，結(jié)合基坑地層情況，本工程為長(zhǎng)春軌道交通5 號(hào)線一期工程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案是懸掛式截水方案車站。東大橋站平面示意圖如圖1 所示。

圖1 東大橋站平面示意圖

2 地質(zhì)水文

東大橋站地層主要由人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）和白堊系泥巖層（K）3 大類組成。地層巖性以填土、粉質(zhì)黏土和砂類土為主，地表普遍存在1.5～7.0 m 厚的人工堆積填土層。車站縱斷面地質(zhì)水文圖如圖2 所示。

圖2 車站縱斷面地質(zhì)水文圖

本場(chǎng)地內(nèi)潛水主要賦存于第四系全新統(tǒng)沖洪積層中的粉砂、細(xì)中砂和中粗砂內(nèi)，地層富水性好，透水性強(qiáng)，與伊通河水力聯(lián)系密切。

車站與伊通河最近距離約61.7 m，由現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)所得初始水位埋深3.3 m，補(bǔ)給方式主要有伊通河側(cè)向徑流補(bǔ)給及地表水下滲、大氣降水入滲等，其中伊通河側(cè)向徑流補(bǔ)給與伊通河地表水下滲補(bǔ)給為主要補(bǔ)給來(lái)源，排泄方式主要為蒸發(fā)及人工開(kāi)采，低水位期為4-6 月，高水位期為9-10 月，靜水位年變幅2.0～3.0 m，動(dòng)水位年變幅達(dá)3.0 m 以上?？辈靾?bào)告水文地質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 勘察報(bào)告水文地質(zhì)參數(shù)表

3 基坑設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程勘察資料，基坑范圍內(nèi)分布2A-2 層孔隙潛水和2A-6、2A-7 層微承壓水。本次基坑降水針對(duì)地下進(jìn)行疏干及減壓處理。

車站絕大部分位于滲透系數(shù)較大的砂層，針對(duì)車站鄰近伊通河且所處地層情況，推薦采用地連墻作為車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)車站地層及周邊環(huán)境分析，地連墻考慮落底式與懸掛式圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

東大橋站站基坑最深為27.1 m，基坑寬度為27.2～22.6 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 m 厚地連墻，車站周邊建構(gòu)筑物均在車站1 倍基坑范圍內(nèi)，且鄰近伊通河，車站施工期間風(fēng)險(xiǎn)較大，尤其針對(duì)車站無(wú)水施工，降水尤其重要，對(duì)地連墻在滿足基坑穩(wěn)定性的前提下，還應(yīng)考慮止水及外部滲流情況，減少周邊建、構(gòu)筑物的變形。車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面示意圖如圖3 所示。

圖3 車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面示意圖

4 數(shù)值分析

降水?dāng)?shù)值分析采用Visual Modflow 軟件進(jìn)行模擬，Visual Modflow 軟件可模擬潛水、承壓水和隔水層中的瞬變流和穩(wěn)定流的情況。并可利用有限差分?jǐn)?shù)值理論模擬孔隙介質(zhì)中地下水流動(dòng)。主要應(yīng)用于模擬井流、河流、排泄、蒸發(fā)和補(bǔ)給對(duì)非均質(zhì)和復(fù)雜邊界條件的水流系統(tǒng)的影響分析。

由Visual Modflow 計(jì)算分析得到的坑外水位降深和各含水層數(shù)據(jù)，可以模擬出基坑降水運(yùn)行180 d 后的地面情況，由于降水引起的坑外土體最大沉降約為0.69～2.5 mm。

車站模型模擬俯視圖如圖4 所示，降水運(yùn)行180 d后坑外土體沉降等值線如圖5 所示，降水運(yùn)行時(shí)間與坑外水位降水和坑外地表沉降統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表2。

表2 水位降深及地表沉降預(yù)測(cè)值與時(shí)間關(guān)系統(tǒng)計(jì)表

圖4 車站模型模擬俯視圖

圖5 降水180 d 后坑外地表沉降圖

根據(jù)計(jì)算對(duì)比，懸掛式截水方案，地下連續(xù)墻設(shè)置深度為27.6 m，對(duì)比落地式止水截水方案，地下連續(xù)墻深度均為35 m 嵌入至泥巖滲透系數(shù)小于0.5 m/d的隔水層中。

結(jié)合懸掛段和落底段地表沉降計(jì)算值對(duì)比情況分析，發(fā)現(xiàn)疊加基坑開(kāi)挖和降水二者綜合效果的地表沉降計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果變化趨勢(shì)一致，數(shù)值較為接近。

根據(jù)2 種地連墻嵌入深度進(jìn)行降水坑外地下沉降分析云圖如圖6 所示。

圖6 分析云圖

結(jié)合懸掛式降水?dāng)嗝娣治?，?jì)算數(shù)值與實(shí)際測(cè)數(shù)值變化趨勢(shì)較為接近。根據(jù)沉降值滿足國(guó)家規(guī)范要求，說(shuō)明懸掛式止水帷幕是可以保證安全的。

5 經(jīng)濟(jì)性分析與結(jié)論

根據(jù)止水帷幕深度進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況分析，富水砂層隔水層較深，可采用懸掛式止水帷幕方案，若采用落底式止水帷幕，費(fèi)用較高，且浪費(fèi)的工程量較多，根據(jù)本站懸掛式止水帷幕和落底式止水帷幕分析工程量見(jiàn)表3。

表3 地下連續(xù)墻工程量統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)上述2 種方案對(duì)比分析，伴隨基坑地連墻深度增加，地連墻施工工程量及費(fèi)用大幅提高，但基坑降水施工在滿足要求的前提下，費(fèi)用變化較小。在確定合理的止水帷幕深度和降水方案的前提下，懸掛式止水帷幕可大大減少工程造價(jià)，節(jié)約工期，對(duì)周邊環(huán)境的影響可控，應(yīng)在后續(xù)工程建設(shè)中應(yīng)用推廣。