富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)研究

摘要：為了避免地下水對富水地層地鐵車站深基坑施工造成影響，進(jìn)而提高深基坑的穩(wěn)定性和安全性，降低基坑沉降，以西安市軌道交通一期工程第二個(gè)車站D1aTJSG-3標(biāo)為依托，開展富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)研究。基于工程背景做好施工設(shè)備及材料準(zhǔn)備工作，勘察地質(zhì)狀況，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。針對工程項(xiàng)目進(jìn)行深基坑降水開挖方案設(shè)計(jì)，采用真空井點(diǎn)降水法降低深基坑地下水位，優(yōu)化降水效果。制定土方開挖方案，采用各級邊坡豎向分層開挖方式，完成整個(gè)深基坑的開挖。監(jiān)測結(jié)果顯示，監(jiān)測點(diǎn)所在基坑位置的沉降值最大不超過0.5mm，能夠有效保證基坑的穩(wěn)定性和安全性。

關(guān)鍵詞：富水地層；深基坑；真空井點(diǎn)；開挖

0 引言

在城市化快速發(fā)展的背景下，城市軌道交通作為一種主要的公共交通方式，對緩解城市交通壓力，提升居民出行品質(zhì)起著舉足輕重的作用。富水地層是一種常見的地質(zhì)條件，是指地下水位高、水量豐富、透水性強(qiáng)的地層[1]。

這種地層通常由砂巖、礫巖、石灰?guī)r等組成，具有較大的孔隙率和滲透系數(shù)，因此地下水可以在地層中自由流動[2]。在地鐵建設(shè)中，為了防止地下水的干擾，在富水地層中進(jìn)行深基坑降水施工，需要滿足一定的條件。為了確保地鐵工程的順利進(jìn)行和周邊環(huán)境的穩(wěn)定，研究和應(yīng)用先進(jìn)的深基坑降水開挖施工技術(shù)顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的深基坑降水開挖施工技術(shù)多采用文獻(xiàn)[3]提出的技術(shù)原理。富水地層具有復(fù)雜性和不確定性，導(dǎo)致傳統(tǒng)降水開挖施工技術(shù)往往需要大量抽取地下水，由此可能導(dǎo)致周邊地下水位下降，影響周邊建筑物的穩(wěn)定性和正常使用，甚至引發(fā)深基坑結(jié)構(gòu)變形等災(zāi)害[3]。

為了避免地下水對富水地層地鐵車站深基坑施工造成影響，進(jìn)而提高深基坑的穩(wěn)定性和安全性，降低基坑沉降，本文以西安市軌道交通一期工程第二個(gè)車站D1aTJSG-3標(biāo)為依托，開展富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)研究。

1 工程背景

西安市軌道交通一期工程D1aTJSG-3標(biāo)段的灃東路站地形屬于渭河地區(qū)的一級階地，具有一定的地域特色，地表發(fā)育包括厚度不均勻的全新統(tǒng)人工填土、沖洪積黃土狀土、上更新統(tǒng)沖擊粉質(zhì)黏土等。結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料和地區(qū)降水經(jīng)驗(yàn)可知，該地區(qū)黏性土滲透系數(shù)介于5～10m/d之間，砂類土的滲透系數(shù)介于25～35m/d之間，綜合滲透系數(shù)約為25m/d。

掌握工程概況信息后，針對這一具體工程，對富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)展開研究，并通過施工效果來驗(yàn)證本文提出的開挖施工技術(shù)是否可行。

2 施工前準(zhǔn)備工作

充分的施工準(zhǔn)備能夠有效地保證后續(xù)各項(xiàng)深基坑降水開挖施工工序的順利進(jìn)行。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評估

首先需要進(jìn)行充分的地質(zhì)勘察，了解工程的地質(zhì)條件、水文條件和周邊環(huán)境等因素。然后根據(jù)勘察結(jié)果，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，預(yù)測可能出現(xiàn)的工程風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患[4]。

2.2 制定施工方案

初步制定施工方案，準(zhǔn)備所需的施工設(shè)備和材料，本次施工過程中主要采用的設(shè)備及材料，具體如表1所示。

根據(jù)表1準(zhǔn)備深基坑降水開挖施工技術(shù)中需要使用的施工設(shè)備和材料，并根據(jù)工程實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選擇和配置，確保設(shè)備和材料的質(zhì)量符合要求，能夠滿足施工要求[5]。

3 深基坑降水開挖施工方案

根據(jù)工程資料，分析富水地層的特性，包括地層的巖性、結(jié)構(gòu)、含水層分布等，為降水方案的設(shè)計(jì)提供依據(jù)[6]。綜合考慮降水方法的性能后，本文選擇真空井點(diǎn)降水法來降低深基坑地下水位。

3.1 深基坑降水方案

3.1.1 降水施工流程

在基坑周圍，埋設(shè)一根小直徑的井管，將該井管的上方與主管道相連，并通過管道泵送地下水。啟動真空泵，將井內(nèi)空氣抽出，形成負(fù)壓，記錄水位下降情況和相關(guān)數(shù)據(jù)。地下水通過地面孔隙流入井中，然后被真空泵抽出。持續(xù)抽水直到地下水位降至所需的深度，當(dāng)?shù)叵滤唤抵了枭疃葧r(shí)，完成降水作業(yè)。

3.1.2 降水參數(shù)設(shè)置

根據(jù)富水地層的特性，將降水井布置在基坑周圍或基坑內(nèi)部，便于排水和收集降水[7]。根據(jù)工程需求和地下水位，確定降水井的深度。降水井的深度應(yīng)該比基坑底部深一些，以確保能夠有效地降低地下水位。

在此基礎(chǔ)上，計(jì)算深基坑地下水位降低幅度，以便確定降水效果，地下水位降低幅度計(jì)算公式如下：

（1）

式中：Q表示深基坑地下水開采量，K表示含水層滲透系數(shù)，g表示重力加速度，?t表示開采時(shí)間，?h表示地下水位降低幅度。

根據(jù)降水效果計(jì)算結(jié)果，調(diào)整降水井深度與數(shù)量，若地下水位降低幅度較小，則采用較深的降水井或增加降水井的數(shù)量，以優(yōu)化降水效果。

3.1.3 沉降量監(jiān)測設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證深基坑降水開挖施工的效果，需進(jìn)行施工監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。采用沉降量監(jiān)測的方法，對基坑穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測和記錄，以便對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和評估。

根據(jù)工程實(shí)際情況和監(jiān)測目的，確定沉降監(jiān)測點(diǎn)的位置和數(shù)量。本文中，將沉降監(jiān)測點(diǎn)隨機(jī)布設(shè)在基坑邊緣，總共布設(shè)6組監(jiān)測點(diǎn)，分別標(biāo)號為JCD-01#～JCD-06#。

在基坑開挖之前，分別對各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行初值觀測，并求出各測點(diǎn)對應(yīng)的初高。據(jù)此設(shè)定富水地層地鐵車站深基坑沉降監(jiān)測頻率，如表2所示。按照表2所示的監(jiān)測頻率，在基坑開挖過程中，定期對所有監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測。

3.2 深基坑土方開挖方案

3.2.1 深基坑土壓力計(jì)算

完成深基坑開挖降水設(shè)計(jì)后，實(shí)行深基坑土方開挖。在開挖施工前，首先，計(jì)算深基坑土壓力，具體公式如下：

P=K0 γz （2）

式中：K0 表示深基坑土壓力系數(shù)，γ表示深基坑土的重度，z表示深基坑土體深度，P表示深基坑土壓力。

通過計(jì)算，獲取深基坑土壓力。根據(jù)工程地質(zhì)和深基坑土壓力實(shí)際情況，制定土方開挖方案，包括開挖順序與開挖方式等。之后進(jìn)行現(xiàn)場勘查和測量，確定開挖邊界和標(biāo)高。根據(jù)開挖方案與施工要求，安裝支撐結(jié)構(gòu)，包括鋼支撐與混凝土支撐[8]。

3.2.2 開挖方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

為了避免開挖施工對富水地層地鐵車站深基坑土體造成過大擾動，本文采用各級邊坡豎向分層開挖方式，如圖1所示。此種開挖方式按照豎向分層的原則，將各級邊坡分成若干個(gè)獨(dú)立的開挖層，逐層進(jìn)行開挖。

根據(jù)開挖邊界，將深基坑分成若干個(gè)段，每段長度不宜超過10m。確定各級邊坡的開挖順序和每層的開挖深度，在每層開挖的邊坡上，設(shè)置相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，以保持邊坡的穩(wěn)定性和安全性。

利用挖掘機(jī)、裝載機(jī)等土方開挖設(shè)備，按照規(guī)定的開挖順序和每層的開挖深度，在每個(gè)開挖段內(nèi)，采用階梯狀開挖，對各級邊坡進(jìn)行開挖[9]。在每層開挖完成后，及時(shí)進(jìn)行清理和修整，確保邊坡的平整度和穩(wěn)定性。

按照設(shè)計(jì)要求，對每層邊坡進(jìn)行噴漿處理和加固。在完成每層邊坡的開挖和處理后，進(jìn)行下一層的開挖，直至完成整個(gè)深基坑的開挖。

在土方開挖過程中，需要進(jìn)行位移、沉降、地下水位等方面的監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題。最后將挖出的土方運(yùn)輸?shù)街付ǖ亩逊诺攸c(diǎn)，注重環(huán)保，文明施工，盡量降低對周圍環(huán)境及行人的影響。

4 施工沉降監(jiān)測分析

根據(jù)前述設(shè)計(jì)的方案和布置的監(jiān)測點(diǎn)，獲取每個(gè)觀測點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)。采用對比分析的方法原理，將本文提出的富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，將文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[3]提出的施工技術(shù)分別設(shè)置為對照組1與對照組2，對比3種施工技術(shù)應(yīng)用后，深基坑沉降變形情況，結(jié)果如圖2所示。

通過圖2的對比結(jié)果可以看出，3種深基坑降水開挖施工技術(shù)應(yīng)用后，表現(xiàn)出不同的性能。其中，應(yīng)用本文提出的施工技術(shù)后，6組監(jiān)測點(diǎn)所在基坑位置的沉降值始終小于另外兩個(gè)對照組，沉降值最大不超過0.5mm。由此不難看出，本文提出的施工技術(shù)可以有效減少土體中的含水量，提高土體的穩(wěn)定性，從而減少基坑沉降值，說明本文施工技術(shù)具有較高的可行性，能夠保證基坑的穩(wěn)定性和安全性。

5 結(jié)束語

在富水地層中修建地鐵車站，由于地下水位高、水量大，使得基坑降水施工成為了一項(xiàng)常見的技術(shù)難題。如果降水措施不當(dāng)，可能導(dǎo)致基坑滲水、坍塌等安全事故。

為了避免地下水對富水地層地鐵車站深基坑施工造成影響，進(jìn)而提高深基坑的穩(wěn)定性和安全性，降低基坑沉降，本文以西安市軌道交通一期工程第二個(gè)車站D1aTJSG-3標(biāo)為依托，開展富水地層地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)研究。

監(jiān)測結(jié)果顯示，監(jiān)測點(diǎn)所在基坑位置的沉降值最大不超過0.5mm。由此說明，應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的地鐵車站深基坑降水開挖施工技術(shù)，可有效地提高土體的穩(wěn)定性，從而減少基坑沉降值，保障周邊環(huán)境的正常使用和安全性。在未來，需繼續(xù)通過不斷探索和實(shí)踐，完善和提高這項(xiàng)技術(shù)的水平和應(yīng)用范圍。

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