徐少平

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第五工程有限公司 四川成都 610500）

1 引言

近年，我國大力支持地鐵建設(shè)，地鐵建設(shè)過程中伴隨著大量的基坑開挖和支護(hù)的問題[1]?；咏邓那闆r決定了后續(xù)施工條件以及基坑開挖的穩(wěn)定性，因此很有必要針對具體工程進(jìn)行基坑降水研究。

1940年，Theis假設(shè)含水層徑向無限延伸，豎向無滲流補(bǔ)給等的條件下，研究了潛水及承壓水完整井流的規(guī)律，并且結(jié)合數(shù)學(xué)知識推導(dǎo)出了地下水非穩(wěn)定井流公式（泰斯公式），該公式可結(jié)合實(shí)際情況考慮多種條件下的降水情況[2]。2000年，任紅林對不同類型基坑、邊界條件、降水井類型等，通過有限元分析、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對比分析了基坑井點(diǎn)降水和地下水位隨時間的變化規(guī)律，得出了較完整的降水方案。

首先，結(jié)合車站站位布置及工程地質(zhì)狀況，分析了降水對線路的影響，驗(yàn)證了降水控制的必要性；隨后，在以降水井為控制措施的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了降水井布置計(jì)算；最后，則是依據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)降水施工技術(shù)指導(dǎo)[3]。

2 工程概況

成都地鐵中醫(yī)大車站為5號線與2/4號線的三線換乘站。車站主體位于一環(huán)路西二段與清江東路交叉路口下，車站沿一環(huán)路下穿隧道兩側(cè)布置，呈南北走向，2/4號線沿清江東路布置，呈西北至東南走向。

根據(jù)成都地鐵中醫(yī)大車站地質(zhì)詳勘報告，該通道位于＜2-9-4＞密實(shí)砂卵石層中，該地層地質(zhì)特性為:卵石含量大于70%，卵石粒徑2～20 cm，含漂石，磨圓度較好、分選性差，圓礫、中砂充填。據(jù)顆粒分析試驗(yàn):粒徑＞20 mm的顆粒含量為70.8%～82.5%，粒徑為2～20 mm的含量為3.6%～8.7%。隧道周邊局部地段分布有中砂透鏡體，中砂透鏡體對區(qū)間隧道圍巖穩(wěn)定性影響較大?？傮w圍巖地質(zhì)條件差，圍巖穩(wěn)定性差，圍巖綜合分級為Ⅵ。

中醫(yī)大車站地處岷江水系沖、洪積平原一級階地，車站地下水主要包括填土層中的上層滯水和第四系砂、卵石層的孔隙潛水，第四系孔隙潛水在工程施工中影響較大。由于其附近卵石層較厚，呈現(xiàn)層狀分布，其中局部摻入砂，含有大量的孔隙潛水混入其中，水量較大、水位較高，卵石層中孔隙水形成貫通的自由水面，滲透系數(shù)取值k＝22.0 m/d，自然水位為地下5～6 m，該暗挖通道水頭高度21 m。地下水對基坑開挖穩(wěn)定性影響較大[4]。

3 降水對實(shí)際工程的影響

3.1 降水對線路影響

由于成都地區(qū)地下水位高，考慮施工安全性和穩(wěn)定性，在地鐵施工過程中必須采取降水措施[5]。在工程施工中降水引起的環(huán)境問題主要為建筑物不均勻沉降導(dǎo)致的裂縫和地面下沉對地下管線造成破壞[6]。降水期間對頂板沉降進(jìn)行了監(jiān)控觀測。不開挖條件下降水深度對比，沉降量變化云圖如圖1、圖2所示。

圖1 不開挖條件下一次性降水30 m

圖2 不開挖條件下一次性降水18 m

當(dāng)一次性降水為30 m時，從云圖中可以得出頂板的沉降量達(dá)到4.93 mm，而既有線路的底板沉降量達(dá)到5.17 mm，很大程度超過了隧道既有線路的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)值3 mm，可以得出此降水情況不能保證正常運(yùn)營。

一次性降水為18 m時，從云圖中可知頂板的沉降量達(dá)到3.64 mm，而既有線路的底板沉降量達(dá)到4 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了隧道既有線路的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)值3 mm，不能保證正常運(yùn)營。

3.2 降水對既有線影響

地鐵施工中，基坑開挖深度一般達(dá)十幾米至二十幾米，對地下土層結(jié)構(gòu)影響較大。中醫(yī)大車站是2/4號線既有車站，由于砂卵地層的復(fù)雜地質(zhì)條件，現(xiàn)又要在既有的兩條平行線路上再改造、建設(shè)一條5號線，必定會涉及到降水控制技術(shù)。車站剖面圖見圖3。

圖3 車站典型剖面圖

4 降水控制

根據(jù)成都地區(qū)降水工程經(jīng)驗(yàn)及中醫(yī)大車站實(shí)際情況，該通道采用輕型管徑降水方案。降水驗(yàn)算如下:

降水井布置區(qū)域基坑長×寬×深＝82 m×26 m×6 m；滲透系數(shù)22 m/d；水位年幅變化2～3 m；水力坡度0.1；常水位地面下5 m；降水至基底下1 m，降深22.07 m；降水井過濾器的工作長度9 m；沉砂管長度1 m。

井深計(jì)算:

經(jīng)計(jì)算得Hw＝38.37 m

涌水量計(jì)算:

單井出水量計(jì)算:

降水井?dāng)?shù)量:

降水井間距:

根據(jù)以上計(jì)算，該暗挖通道降水井布置參數(shù)為:降水井深度地面以下38.37 m、降水井?dāng)?shù)量12口、降水井間距18 m。

根據(jù)暗挖通道布置，2/4號線底板投影范圍內(nèi)通道長度為67.7 m，若僅在2/4號線結(jié)構(gòu)范圍以外布置降水井，則降水不能滿足要求。根據(jù)理論計(jì)算，降水井布置情況如圖4所示。

圖4 降水井布置

5 降水工程施工技術(shù)

5.1 降水井布置過程

車站施工期間采用管井降水，降水井成孔直徑為0.8 m，井管直徑為0.3 m。井管由實(shí)管、過濾管、沉砂管組成[7]。降水井平面布置如圖5所示，沿車站兩側(cè)設(shè)兩排降水井，呈梅花形布置，通過迅速固結(jié)基坑內(nèi)軟弱土體，從而有效改變土體含水率。通過改變土體自身力學(xué)性能，改變地質(zhì)參數(shù)，提升土體抗剪強(qiáng)度，增加穩(wěn)定性，可以有效控制管涌、滲流、坍塌現(xiàn)象，并防止坑底出現(xiàn)回彈隆起現(xiàn)象，保障順利開挖基坑，使地下結(jié)構(gòu)施工過程中不產(chǎn)生異變現(xiàn)象。避免坡體由于降水量不足、降水不及時等因素而導(dǎo)致坍塌和滑移[8]，保障其穩(wěn)定性。

圖5 結(jié)合站臺、站廳情況降水井平面布置

管井成孔→替漿及下管→填濾料→洗井→水泵設(shè)置→排水排漿→抽水要求、試驗(yàn)[9]。井管采用混凝土濾水管，在預(yù)制混凝土管斜面上放置井管；濾料是石屑（3～6 mm），不摻雜任何雜質(zhì)，用鐵鍬填料時，必須均勻地沿孔口四周填入，手推車倒入的方式會造成濾料塞縫，使井管歪斜，因此嚴(yán)禁使用[10]。成井后必須及時洗井，使用水泵、空氣壓縮機(jī)配合操作洗井，直至水清且達(dá)到了正常出水量才符合標(biāo)準(zhǔn)。在基坑開挖時，應(yīng)注意采取保護(hù)措施，降水井間距可作局部調(diào)整，但調(diào)整間距最大不應(yīng)超過50%設(shè)計(jì)井間距[11]。必須保障降水井的清潔，不落入挖出的土。基坑施工時，降水井持續(xù)降水，底板砼澆筑前，填充濾料，將基底填至符合原設(shè)計(jì)的標(biāo)高。下管前將井管依井方向立直，垂直吊放，并保持在井孔中心，通過逐節(jié)吊放的井托法，井管用竹片來連接，以8號鉛絲牢固地綁扎竹片，以1 m間距綁扎，并且不能使井管扭曲，使井管于井孔內(nèi)處于居中位置[12]。然后于管井四周均勻填入濾料，注意不可擠偏井管，從鋼絲網(wǎng)將井管包扎至2 m。

5.2 施工降水過程控制措施

由于降水過程會引起基坑土體的孔隙水壓力變化，進(jìn)而可能引起地表沉降變化，因此施工中有降水措施的情況下，應(yīng)采取一些控制措施。

地表沉降變化與降水井深度、降水井間距相關(guān)。降水井深度越大，降水效果越好，但相應(yīng)的因降水所引起的地表沉降越大，且隨著降水井深度的增大，地表沉降的影響范圍也會不斷增大；降水井間距越大，同一基坑內(nèi)孔隙水壓力越大，即降水降壓效果越差。但由于孔壓下降較小，地表沉降值及地表沉降范圍都相應(yīng)變小。

保證既有線容許沉降值的同時實(shí)現(xiàn)降水降壓，就需要設(shè)置合理的降水井深度、降水井間距，以及最優(yōu)的地下水管網(wǎng)布置。

降水井深度以及降水井間距按以上計(jì)算取值。地下水管網(wǎng)方面，首先用水泵把地下水抽至周邊的沉砂池，使其在沉砂池中集中并沉淀，利用過濾網(wǎng)將砂泥、雜物與水隔離，再將過濾后的水集中排放至市政管道。因此，過濾過程中沉砂池的位置選擇就相當(dāng)重要，應(yīng)盡可能地靠近市政管網(wǎng)，以便于聯(lián)結(jié)。無論對排水管道，還是對沉砂池，都不可忽視防滲漏措施的合理設(shè)置，使其達(dá)到有效的保護(hù)作用。

5.3 變形監(jiān)控

基坑開挖過程中，盡管會做好措施防止傾斜，但仍可能存在已有建筑受施工影響而出現(xiàn)傾斜的情況，此時，變形監(jiān)控就變得尤為重要。變形監(jiān)控可以在有效地保護(hù)新建建筑的同時，預(yù)防已有建筑出現(xiàn)不良狀況。從監(jiān)測空間來講，變形監(jiān)測區(qū)域分為平面和垂直位移監(jiān)測。從監(jiān)測物來講，包括降水地面、新建建筑物、已有相鄰建筑等。監(jiān)測的主要內(nèi)容則是建筑物的沉降傾斜監(jiān)測。確定基坑平面狀況、地面下沉、垂直位移狀況及降樁水平方向的位移是否符合《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（UB 50497-2009）與《建筑變形測量規(guī)范》（JUJ 8-2016）的標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)論

通過以上分析，得出工程降水引起底面沉降原因，主要有以下幾個:

（1）施工過程中降水會引起土層固結(jié)而壓密的現(xiàn)象，土力學(xué)太沙基理論解釋了整個變化原理。

（2）由于地鐵基坑開挖，改變了地下土結(jié)構(gòu)，從而改變了地下水的抗浮力，土體發(fā)生沉降變化。

（3）滲透壓力由于降水發(fā)生改變，方向性和分層壓密地層之間的相互作用，引起了地層收縮發(fā)生沉降變化，地下水浮力減小導(dǎo)致地層土顆粒滲透壓力變化，使得地下土體具有方向性和分層壓密地層的作用。

針對該工程降水過程中造成的不均勻沉降問題，提出以下解決建議:基坑開挖前，可預(yù)先在基坑周圍布置止水帷幕或回灌水；基坑開挖過程中，實(shí)時監(jiān)控工程中因降水產(chǎn)生的各類位移；如出現(xiàn)影響既有線路、既有建筑的使用和在建項(xiàng)目施工的安全時，應(yīng)與有關(guān)單元協(xié)同合作并采取措施處理。同時，地鐵基坑開挖應(yīng)做到:確保工作面干燥和少水環(huán)境，施工能更有效地進(jìn)行；減少土體含水量，從而能有效地穩(wěn)定土體結(jié)構(gòu)，提高土體的力學(xué)指標(biāo)，增強(qiáng)土體強(qiáng)度等。

成都總體為富水砂卵石，在此地質(zhì)情況的區(qū)域進(jìn)行深基坑降水需要將國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范與當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)情況相結(jié)合，并據(jù)此來布置降水井。但布置過程中還是應(yīng)遵循“以管井降水為主、輔以明排”的原則。地下水通過水泵泵至沉砂池過濾，過濾后的地下水再排至市政管道，從而達(dá)到檢測水質(zhì)以確定地層變形情況、合理疏通地下水，減少對環(huán)境的影響。