長江漫灘區(qū)地鐵車站深基坑開挖地下水控制技術(shù)

董海風

（中鐵十五局集團城市軌道交通工程有限公司，河南 洛陽 471000）

隨著城市化進程加快，為緩解交通壓力，地鐵修建得越來越多。修建地鐵車站通常采用明挖法施工，勢必會出現(xiàn)深基坑工程。工程實踐表明，基坑事故絕大部分與地下水有關(guān)[1-2]。因此，城市地鐵車站深基坑施工中，若不對地下水進行有效處理與控制，將造成嚴重的工程事故，給人民生命財產(chǎn)安全帶來危害[3-4]。尤其對于東部地區(qū)軟土地層來說，地下水豐富，水位高，且含有承壓水，對深基坑施工產(chǎn)生的影響更大。

深基坑施工中對地下水的控制常采用止水帷幕，止水帷幕一般分落底式和懸掛式。若地下含水層較厚，止水帷幕深度增加，其施工難度、造價及工期也隨之增加，所以往往采用懸掛式。但是懸掛式止水帷幕未能全部隔斷含水層，基坑外地下水可繞流至止水帷幕底端進入基坑內(nèi)，對周邊環(huán)境影響很大[5]。通常結(jié)合降水井使基坑內(nèi)水位降至坑底以下，采用“止-降結(jié)合”可降低造價以及減少水資源浪費，同時把對周邊環(huán)境的影響控制在安全范圍內(nèi)[6]。目前針對不同地質(zhì)條件下地鐵車站基坑施工中地下水控制技術(shù)的研究越來越多，提出了諸多切實可行的技術(shù)措施[7-10]。

以處于長江漫灘地質(zhì)條件下的南京地鐵9 號線濱江公園站為工程背景，結(jié)合周邊施工環(huán)境的控制要求，針對含承壓水地層分別采用落底式和懸掛式止水帷幕進行深基坑施工中地下水控制開展研究，提出了具體的技術(shù)方案和安全措施，并以現(xiàn)場地下水位與周邊沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證該技術(shù)的可行性和可靠性。

1 工程概況

1.1 工程簡介

南京地鐵9 號線一期工程是線網(wǎng)為西北方向的局域線，工程北起丹霞路站，南至濱江公園站，線路全長19.685 km，如圖1 所示。其中，濱江公園站沿揚子江大道南北向布置，為地下兩層島式站臺車站，單柱雙跨箱型框架結(jié)構(gòu)，局部雙柱三跨，柱距6.3~9.5 m，采用明挖法施工（局部蓋挖），站廳在地下一層，站臺在地下二層。站臺寬度11 m，車站外包總長478 m，標準段外包寬19.7 m，頂板覆土厚度約2.5 m。標準段底板埋深16.09 m，左、右兩端頭井底板埋深17.89 m。

圖1 濱江公園站位置

1.2 周邊環(huán)境

濱江公園站東側(cè)為奧體新城隧道與江蘇大劇院，西側(cè)為濱江公園與金陵江濱酒店，其余為綠化空地或市政道路，周邊環(huán)境如圖2 所示。奧體新城隧道距車站主體最近29.2 m，距附屬結(jié)構(gòu)最近6.6 m。濱江公園站主體圍護結(jié)構(gòu)周圍分布有雨水管、電力管、給水管、污水管、通信光纜等地下管線，直接影響主體圍護結(jié)構(gòu)施工。

圖2 濱江公園站周邊環(huán)境

1.3 地質(zhì)條件

濱江公園站地貌屬長江漫灘平原，地勢較平坦。地表普遍分布人工填土，淺部為全新統(tǒng)沖淤積黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（混夾粉土、粉砂）、粉質(zhì)黏土（混夾粉土、粉砂），中部為全新統(tǒng)沖積粉細砂、中粗砂及上更新統(tǒng)沖洪積卵礫石，下伏基巖為白堊系浦口組砂質(zhì)泥巖。基巖面起伏不大，一般埋深50~53 m。

地下水類型主要為松散巖類孔隙水（孔隙潛水、承壓水）及基巖裂隙水。覆蓋層中孔隙潛水與承壓水的水力聯(lián)系微弱，承壓水與下伏基巖裂隙水的水力聯(lián)系密切。車站基坑底位于粉質(zhì)黏土中（主體結(jié)構(gòu)基坑持力層），地基土強度較高。

1.4 支護結(jié)構(gòu)

圍護結(jié)構(gòu)采用800 mm 厚地下連續(xù)墻，H 型鋼接頭。其中，東側(cè)墻深55.0~56.5 m，墻趾位于中風化砂質(zhì)泥巖層中；西側(cè)墻深33.6~36.5 m，墻趾位于粉細砂層中。地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)采用Ф700@500 雙軸攪拌樁加固槽壁，加固深度16.2~17.5 m。

標準段沿基坑深度方向設(shè)置四道支撐，第一道為鋼筋混凝土支撐，第二、三、四道為Ф800 鋼支撐。第一道支撐水平布置間距約9 m，在地下連續(xù)墻頂部設(shè)置一圈封閉的鋼筋混凝土圈梁，作為第一道支撐的圍檁的同時兼主體結(jié)構(gòu)抗浮壓頂梁。第二、三、四道支撐水平布置間距3 m。

2 地下水控制技術(shù)

2.1 必要性分析

深基坑開挖過程中常會遇到地下水問題，尤其是長江漫灘地區(qū)。若地下水不能有效控制，則將出現(xiàn)基坑支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、承壓水下坑底突涌、周邊建筑傾斜等嚴重的工程事故。因而，需對地下水進行有效控制，以便于施工的安全順利進行。

地下水控制的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：疏干開挖范圍內(nèi)土體中的地下水，便于挖掘機械和工人施工作業(yè)；降低基坑內(nèi)土體含水量，提高基坑內(nèi)土體強度，減少基坑底部隆起和圍護結(jié)構(gòu)的變形量，防止基坑外地表沉降過大；及時降低下部承壓含水層的水頭高度，防止基坑底部突涌的發(fā)生，確保基坑底部土體的穩(wěn)定性。

2.2 總體方案

深基坑施工中對地下水的控制主要有止水和降水兩種措施。止水包括完全隔斷和部分隔斷地下含水層。完全隔斷含水層是完全阻止基坑外的地下水進入基坑內(nèi)，部分隔斷含水層是延長基坑外地下水進入基坑內(nèi)的路徑。其中，部分隔斷含水層時一般需結(jié)合基坑內(nèi)實時降水來整體達到安全施工以及保護周邊建（構(gòu)）筑物安全的目的。

濱江公園站處于長江漫灘軟土中，地下水位高，加之涉及承壓水層的層頂埋深自北向南逐漸變淺，至南側(cè)三號基坑開挖已進入粉砂承壓水層。承壓含水層厚度較大，層底埋深約53 m。考慮到濱江公園站西側(cè)為濱江公園與金陵江濱酒店，東側(cè)為奧體新城隧道與江蘇大劇院，且奧體新城隧道距離車站主體最近29.2 m。結(jié)合濱江公園站所處的地質(zhì)條件與周邊環(huán)境綜合分析，主要采用地下連續(xù)墻作為止水帷幕以有效控制地下水。基坑東側(cè)采用落底式止水帷幕，插入基巖以阻斷地下水進入，并控制地下水資源及周邊變形。基坑西側(cè)采用懸掛式止水帷幕+基坑內(nèi)降水+基坑外觀測井應急回灌的地下水綜合控制技術(shù)。由于西側(cè)地下連續(xù)墻（懸掛式止水帷幕）未隔斷承壓含水層基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，地下水滲流勢必會引起一定的沉降，因而，應按照“按需降水”的要求盡量減少降水對周邊環(huán)境的影響，同時在保護區(qū)域布設(shè)觀測井，通過回灌補水，進而控制因降水引起的周邊沉降。

基坑內(nèi)采用管井疏干，降低地下水位至基坑底部以下1.0 m，基坑外布置觀測井，必要時作為回灌井使用。基坑開挖范圍內(nèi)存在厚度較大的軟弱土層，單獨布置若干針對淺部軟弱土層的疏干降水井，對于深部承壓水層，針對性布置減壓井。通過抽水試驗，合理設(shè)置泵位和動水位深度，按需降水，以達到淺部土層疏干和深部土層減壓。基坑開挖過程中地下水的控制措施如圖3 所示。

圖3 地下水控制措施布置圖

2.3 安全措施

濱江公園站施工中尤其需重點關(guān)注減壓降水自身風險以及降水對周邊環(huán)境的影響，應積極采取相應的安全措施。施工中應時常檢查以及配備備用設(shè)備；若發(fā)生滲漏應及時修補；若發(fā)生基底突涌，應及時啟動大泵量連續(xù)抽水，在抽水無效時，應向基坑注水或回填土方，直至消除突涌。針對圍護結(jié)構(gòu)滲水應及時封堵，必要時可在基坑外設(shè)置降水井以降低水位。此外，應根據(jù)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)與現(xiàn)場情況及時通知相關(guān)單位，分析原因，制訂加固、懸吊、隔離、跟蹤注漿等措施并加強監(jiān)測，同時調(diào)整施工流程，減小損失。必要時，在局部區(qū)域增設(shè)專項回灌井。懸掛式止水帷幕基坑內(nèi)降水，基坑內(nèi)外存在水力聯(lián)系且具有一定水頭差，加之周邊環(huán)境復雜，需確保地下連續(xù)墻體無滲漏，還應采用人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測相結(jié)合的降水風險控制措施。

根據(jù)降水的難度與風險，擬采用“降水井運營風險控制系統(tǒng)”。該系統(tǒng)采取雙電源智能化切換系統(tǒng)、水位異常和斷電自動報警系統(tǒng)以及備用井自動開啟系統(tǒng)等針對性控制措施，如圖4、圖5 所示。

圖4 雙電源智能化切換系統(tǒng)

圖5 水位異常自動報警系統(tǒng)

3 效果分析

為分析濱江公園站深基坑開挖過程中地下水的控制效果，現(xiàn)對基坑外的地下水位與周邊沉降進行監(jiān)測。

3.1 地下水位變化

現(xiàn)對一號基坑開挖過程中的地下水位采用鋼尺水位計進行監(jiān)測，西側(cè)監(jiān)測了SW01、SW02、SW03 測點，相對應的位置東側(cè)監(jiān)測了SW29、SW28、SW27 測點。一周期間地下水位監(jiān)測累計變化量與時間的曲線如圖6 所示。

圖6 地下水位變化曲線（正值表示上升，負值表示下降）

由圖6 可以看出，地下水位變化速率在控制值500 mm/d 之內(nèi)，累計變化量在控制值±1 000 mm 之內(nèi)，基坑開挖過程中對地下水位的影響較小，滿足控制標準。此外，監(jiān)測期間適逢降雨季節(jié)，鄰近的奧體新城隧道運營期間不斷降水，致使落底式止水帷幕一側(cè)的地下水位累計變化量較大，而且部分觀測孔水位也上升。施工期間降水對懸掛式止水帷幕一側(cè)的地下水位影響相對較小，可見該地下水控制技術(shù)是合理有效的。

3.2 周邊沉降變化

現(xiàn)對一號基坑開挖過程中的周邊沉降采用數(shù)字水準儀進行監(jiān)測，現(xiàn)選取距離基坑最近的監(jiān)測點進行分析，西側(cè)監(jiān)測了DB01-01~DB06-01 測點，相對應的位置東側(cè)監(jiān)測了DB55-01~DB50-01 測點。一周期間周邊地表沉降監(jiān)測累計變化量與時間的曲線如圖7 所示。

圖7 周邊地表沉降變化曲線

由圖7 可以看出，周邊地表沉降變化速率在控制值±3 mm/d 以內(nèi)，累計值在控制值+10 mm、-30 mm以內(nèi)，基坑開挖過程中對周邊地表沉降的影響較小，滿足控制標準。此外，還可看出基坑開挖對地表沉降的影響表現(xiàn)為懸掛式止水帷幕一側(cè)整體上大于落底式止水帷幕一側(cè)。懸掛式止水帷幕結(jié)合基坑內(nèi)降水的綜合控制技術(shù)措施可以滿足施工安全要求。

4 結(jié)論

（1）針對長江漫灘復雜地質(zhì)條件，根據(jù)周邊區(qū)域的不同控制要求分別提出了落底式止水帷幕，以及懸掛式止水帷幕結(jié)合基坑內(nèi)降水與基坑外回灌的地下水控制技術(shù)。

（2）施工期間對懸掛式止水帷幕一側(cè)的地下水位和周邊地表沉降的影響相對較小，該地下水控制技術(shù)可以滿足工程要求。此外，基坑開挖對地表沉降的影響表現(xiàn)為懸掛式止水帷幕一側(cè)整體上大于落底式止水帷幕一側(cè)。

（3）對于長江漫灘富水地層，應根據(jù)周邊環(huán)境條件與地質(zhì)條件，有針對性地選取合理的地下水控制技術(shù)，以確保施工的安全性與經(jīng)濟性。