廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司 廣東廣州 510010

摘要：城市地下鐵路工程經(jīng)常使用明挖法施工，為了保證安全作業(yè)，基坑土方開挖前需要將地下水位降至基底以下。文章介紹了基坑降水的四種類型，并以實際案例分析了坑內(nèi)降水、坑外降水在工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地鐵；基坑降水；案例；分析

1 地下水

根據(jù)地下埋藏條件的不同，地下水可分為上層滯水、潛水和承壓水三大類。上層滯水是由于局部的隔水作用，使下滲的大氣降水停留在淺層的巖石裂縫或沉積層中所形成的蓄水體。潛水是埋藏于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層上的地下水，通常所見到的地下水多半是潛水。承壓水是埋藏較深的、賦存于兩個隔水層之間的地下水，這種地下水往往具有較大的水壓力。

降水施工對地鐵基坑工程起著重要的作用，降水效果不好會產(chǎn)生一定的危害，主要表現(xiàn)形式有：坑底隆起、坑底突涌、坑壁滲漏、底側(cè)突涌、降水引發(fā)地層沉降、斜坡滑移、坍塌等。

2 基坑工程降水類型

根據(jù)基坑工程地質(zhì)特征、隔水帷幕（圍護(hù)結(jié)構(gòu)）的插入深度、降水井的位置等，可以將基坑降水分為以下四種類型[1]：

2.1第一類基坑工程降水——隔水帷幕隔斷降水含水層（降水井在坑內(nèi)）

該類降水工程由于隔水帷幕深入到降水含水層隔水底板中，阻斷了坑內(nèi)外含水層之間的水力聯(lián)系，因此采用坑內(nèi)降水方式，即降水井設(shè)置在基坑內(nèi)側(cè)。如果降水目的含水層為潛水含水層，則是疏干降水；如果降水目的含水層為承壓含水層，則降水前期是降壓，后期是疏干。由于主要抽水坑內(nèi)地下水，很容易達(dá)到降水目的，降水效果明顯，且降水影響范圍小，對周邊環(huán)境影響小。地下水流特征：由于隔水帷幕隔水，基坑內(nèi)、外地下水無水力聯(lián)系，坑內(nèi)降水時，基坑外的地下水位不受影響。

2.2第二類基坑工程降水——隔水帷幕底位于承壓水含水層隔水頂板中（降水井在坑外）

與第一類基坑工程降水有本質(zhì)的區(qū)別，第一類工程降水是一種疏干降水，即是把基坑隔水帷幕和隔水底板封閉的含水土體內(nèi)的地下水排干。第二類工程降水則是將位于基坑開挖面以下的承壓含水層中的水位降低到一定程度，防止基坑底板隆起或突水，滿足基坑開挖安全的需要，屬于典型的降壓降水。該類工程隔水帷幕位于降水目的含水層以上，未將基坑內(nèi)、外承壓含水層分開，坑外降水與坑內(nèi)降水的效果基本相同，為了坑內(nèi)施工方便，通?？蓪⒔邓贾迷诨油鈧?cè)。該類工程降水影響范圍較大，但降落漏斗平緩，因此抽水的地面沉降為均勻沉降。

2.3第三類基坑工程降水——隔水帷幕底位于承壓水含水層中（降水井在坑內(nèi)）

該類降水工程由于隔水帷幕深入到降水含水層中，部分隔斷基坑內(nèi)、外的水力聯(lián)系，因此無論是在基坑內(nèi)還是在基坑外設(shè)置降水井，基坑內(nèi)、外含水層中地下水的流動都必然受到不可忽視的阻擋，滲流邊界變的非常復(fù)雜，地下水呈三維流態(tài)，降水設(shè)計時往往需要借助三維滲流計算軟件進(jìn)行分析計算。對于含水層厚度大、周邊環(huán)境較為復(fù)雜地區(qū)，常采用此類方法進(jìn)行地下水位控制，由于受圍護(hù)結(jié)構(gòu)繞流阻水的影響，坑內(nèi)降水時，基坑內(nèi)、外往往會產(chǎn)生較大的水位差。

2.4第四類基坑工程降水——無隔水帷幕基坑降水（降水井在坑外）

該類降水工程，基坑周邊通常未設(shè)置止水帷幕或隔水帷幕不完全，對地下水流動阻礙作用不明顯，降水影響范圍較大，因此要求周邊環(huán)境條件較好，沒有重要管線（尤其是煤氣管、上下水管等）及重點保護(hù)的建（構(gòu)）筑物，降水設(shè)計時主要以降低水位為目的，不考慮對環(huán)境的影響。

3 杭州地鐵2號線人民廣場站換乘節(jié)點承壓水降水工程案例

3.1工程概況

人民廣場站換乘節(jié)點位于錢塘江南岸、蕭山市區(qū)市心路與金城路交叉口，周邊環(huán)境復(fù)雜，是地鐵2號線與規(guī)劃5號線換乘節(jié)點，地下三層框架結(jié)構(gòu)，基坑面積約為758m2，開挖深度25.11m，是杭州地鐵最深的一個基坑工程。承壓含水層卵石粒徑大、滲透性強(qiáng)（K=246m/d）、涌水量大（基坑水位降至安全水位時，總涌水量達(dá)到20000m3/d），對基坑開挖構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。圍護(hù)結(jié)構(gòu)（隔水帷幕）為1000mm厚地下連續(xù)墻，深50m。

3.2地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

承壓含水層主要由深部的粉砂夾粉質(zhì)粘土和圓礫組成，承壓水頭埋深約為9m，含水層頂板埋深約30m，距離基坑開挖面約4m。

3.3降水方案

由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)（隔水帷幕）底位于承壓水含水層中，屬于第三類基坑工程降水。編制降水施工方案時在基坑內(nèi)設(shè)8口降壓井，坑外設(shè)4口井觀測兼降壓備用井，井深48m，底部1m為沉淀管，進(jìn)入圓礫層5m，濾管淺于連續(xù)墻底端3m。

在基坑內(nèi)施工3口降壓井J1、J8、J4、基坑外施工1口觀測井J11后（見圖1），進(jìn)行了現(xiàn)場抽水試驗。從抽水試驗結(jié)果上看，單井出水量很小，而且觀測井水位降深也很小（平均41m3/h），沒有達(dá)到預(yù)期的效果，考慮到48m以上的圓礫層中充填較多的粘土，再結(jié)合抽水試驗結(jié)果，調(diào)整了降水方案：將降水井濾管加長到50m，底部與圍護(hù)結(jié)構(gòu)齊平，進(jìn)入圓礫層8m。施工一口降壓井后，進(jìn)行了單井抽水試驗，水量增加明顯，單井出水量達(dá)到180m3/h，效果明顯改善。

按調(diào)整后的方案施工完6口降壓井后，開啟了基坑內(nèi)7口井進(jìn)行了一次群井抽水試驗，抽水時間48小時，基坑內(nèi)水位降至埋深25.30m，滿足基坑開挖要求，基坑外水位降深僅為2.5m。抽水試驗期間，對基坑周圍進(jìn)行了地面沉降監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明地面沉降量小，平均為1.0mm左右。

圖1 人民廣場站換乘節(jié)降水井平面布置圖

3.4降水運行

降水運行過程中為了避免過多地抽取承壓水，減少不必要的浪費，嚴(yán)格進(jìn)行了按需降水、科學(xué)降水。跟據(jù)計算，在基坑開挖至17m以前不需要減壓降水，開挖至17m時，開啟降壓井進(jìn)行降水工作，詳見表1。

表1 降水運行水位控制與水泵開啟順利表

工況開挖深度安全水位埋深降壓井開啟方案

第五道混凝土支撐11～15.8479.79J5

第六道鋼支撐中線15.847～19.14714.455J5、J2、J3

第七道鋼支撐中線19.147～22.64719.705J5、J2、J3、J6、J9

換乘節(jié)點下翻梁墊層底22.647～26.53724.4J5、J2、J3、J6、J9、

J8、Y11、Y12、Y13

根據(jù)抽水試驗觀測資料，承壓水位恢復(fù)速率快，停止抽水后水位迅速上漲，在2min坑內(nèi)水位恢復(fù)到60%左右，坑外水位恢復(fù)到50%左右；在10min坑內(nèi)水位恢復(fù)到84%左右，坑外水位恢復(fù)到67%左右，給基坑降水帶來了很大的風(fēng)險。為保證降水運行安全，在現(xiàn)場配置了備用發(fā)電機(jī)，并且實現(xiàn)自動切換（45s內(nèi)能完成網(wǎng)電與備用電源轉(zhuǎn)換）。

4 南京緯七路過江隧道梅子洲出口明挖段坑外降水工程案例

4.1工程概況

梅子洲明挖段全長340m，開挖深度約0～18.5m，端頭工作豎井為長26m×寬49.4m×深26.5m。圍護(hù)方式為：JN01～JN03為放坡開挖、JN04～JN11為鉆孔灌注樁、JN12～JN15及工作豎井為地下連續(xù)墻。基坑周邊為大片農(nóng)田及葡萄園，周邊分布民房，最近處約50m，大部分在150m左右。

4.2 水文地質(zhì)條件

梅子洲場地自上而下以粉細(xì)砂地層為主，厚度55m左右，地下水水位埋深0.5m左右，含水層厚度H取54.5m，根據(jù)抽水試驗資料，含水層滲透系數(shù)K取18m/d，影響半徑在450～500m，保守取450m。

4.3降水井的布置

考慮到周邊環(huán)境較為簡單，采取了第四類基坑工程坑外降水。降水施工方案編制時采取“承壓—潛水井”公式計算基坑涌水量：

單井出水能力為2000～2400 m3/d（18.5kw泵抽水），根據(jù)基坑涌水量計算結(jié)果，設(shè)計了68口降水井，見圖2。降水井采用多孔混凝土花管，井管內(nèi)徑400mm，外徑500mm，泥孔徑800mm，井深40m。

降水井主要布置在工作豎井和暗埋段周圍，實際降水時，先期開啟了全部井68口井，后期只開啟了37口降水井，滿足基坑開挖要求。

圖2 隧道梅子洲出口明挖段降水井平面布置圖

4.4降水效果

根據(jù)上述降水井布置方式，豎井內(nèi)降深達(dá)到30m（設(shè)計水位降深為28m），暗埋段水位降深達(dá)到20～28m（設(shè)計水位降深18～26m），水位降深滿足基坑安全要求。

4.5地面沉降

距離豎井越遠(yuǎn)地下水水位降深越小，在圍繞豎井周圍地下水水位降深呈漏斗狀。其中，距離豎井35m以內(nèi)，漏斗坡度較陡，35m之外降位漏斗坡度變緩，35m為拐點。如50m到60m之間10m距離，水位下降差1.267m，引起的差異沉降僅為4.49mm。距離豎井越遠(yuǎn)漏斗坡度越緩，其差異沉降也越小，這種沉降量不會對民房造成破壞性的影響。

5 總結(jié)

1）降水施工方案應(yīng)該根據(jù)工程周邊環(huán)境、設(shè)計圖紙的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（隔水帷幕）等客觀因素，科學(xué)合理地選擇降水類型，并通過現(xiàn)場抽水試驗進(jìn)行必要的調(diào)整，確保取得良好的降水效果，滿足基坑開挖的要求；

2）降水運行過程中充分做到按需降水、科學(xué)降水，減少不必要的浪費，同時也能避免因地下失水過多造成地表更大的沉降。

3）在建筑密集區(qū)的城市地鐵深基坑工程，應(yīng)采用坑內(nèi)降水，有利用基坑周邊環(huán)境的保護(hù)。若在郊區(qū)周邊環(huán)境允許的地方，宜優(yōu)先選用坑外降水。允許坑外降水的首要條件就是基坑周邊無重要建筑物及重要管線，降水對非重要建筑物也不會造成大的影響。

4）使用坑內(nèi)（外）降水時，在坑外（內(nèi)）合理布置觀測井、備用井可以輔助降水，增強(qiáng)基坑內(nèi)的降水效果。另一方面，在基坑周邊環(huán)境復(fù)雜時，利用備用井進(jìn)行回灌能有效控制坑外的地下水位，防止地表沉降。

5）坑內(nèi)降水和坑外降水的詳細(xì)對比分析見表2：

表2 坑外降水和坑內(nèi)降水的對比

降水井布設(shè)位置配合措施優(yōu)點缺點適用條件

降水井布設(shè)在坑內(nèi)有隔水帷幕且對地下水流具有阻礙作用坑外水位不下降或少下降，有利于基坑周邊環(huán)境的保護(hù)，適用城市地鐵工程周邊建筑物密集、地下管線密布的施工環(huán)境形成坑內(nèi)、外水頭差，易引起隔水帷幕（圍護(hù)結(jié)構(gòu)）滲漏、管涌環(huán)境保護(hù)要求高

降水井布設(shè)在坑外無隔水帷幕或隔水帷幕對地下水流無阻礙作用●有利于邊坡穩(wěn)定，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力，給坑內(nèi)土方開挖及結(jié)構(gòu)施工提供了很大的方便；

●對降水井的維護(hù)和運行管理更安全和方便；

●采取基坑大放坡，結(jié)合坑外降水，可以大大節(jié)省費用和工期。坑外水位下降易造成較大的地面沉降，因此需對周邊環(huán)境進(jìn)行充分論證，計算其不均勻沉降可能對建筑物造成影響的程度，確保降水不會對其造成危害。周邊環(huán)境保護(hù)要求不高

參考文獻(xiàn)：

[1]全國一級建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書編寫委員會.市政公用工程管理與實務(wù)[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014：104-106.