劉凌宇

摘 要 本文依托無(wú)錫地鐵3號(hào)線龍山梢站，進(jìn)行了承壓水處理措施研究。結(jié)合既往無(wú)錫地鐵1、2號(hào)線的同類工程經(jīng)驗(yàn)，采用Visual Modflow軟件對(duì)該站承壓水影響進(jìn)行了數(shù)值模擬，擬定了隔斷方案。與施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)龍山梢站素混凝土隔斷方案合理、可靠。借此對(duì)無(wú)錫地區(qū)典型地層下承壓水的處理措施給出了一定建議，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞 深基坑;承壓水;素混凝土地下墻隔斷層;無(wú)錫地鐵;Modflow

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，城市軌道交通工程高速推進(jìn)。在城市軌道交通工程建設(shè)中，不可避免的涉及深基坑開挖過(guò)程中的承壓水處理問題。在無(wú)錫地區(qū)，地下水豐富，土體中有承壓水層，深基坑開挖時(shí)，基坑底部容易產(chǎn)生突涌。承壓水的突涌會(huì)引起周邊建筑物發(fā)生沉降，從而引起破壞。

我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]有對(duì)于承壓水的驗(yàn)算有相關(guān)的條文，但該計(jì)算方法偏于保守。梁勇然等[2-3]在基于現(xiàn)有的計(jì)算方法基礎(chǔ)上，建立了更為精確地表達(dá)式。駱冠勇[4]等對(duì)承壓水降壓引起的地表沉降進(jìn)行了相關(guān)的研究。

對(duì)于承壓水處理的手段通常有兩種措施[5-11]：一是：設(shè)置止水帷幕隔斷承壓水通道;二是：降水減低作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的水頭壓力。隔斷方案雖安全可行，但止水帷幕增長(zhǎng)過(guò)多時(shí)經(jīng)濟(jì)型較差。不隔斷采取降承壓水的方案，需綜合考慮降水深度和對(duì)周邊建筑物的影響，否則存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

本文結(jié)合無(wú)錫地鐵3號(hào)線龍山梢站工程實(shí)例，在處理承壓水時(shí)，結(jié)合既有1、2號(hào)線相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮安全性和與經(jīng)濟(jì)性，對(duì)比采取降水減壓和采取素混凝土地下墻隔斷這兩種措施的適用性。

1工程概況及水文地質(zhì)

1.1 工程概況

龍山梢站是3號(hào)線自西向東的第3個(gè)車站。車站主體基坑長(zhǎng)260.9m，寬19.7m，深約17m。車站位于惠錢路路中，部分位于東側(cè)地塊內(nèi)。車站北側(cè)為金鼎賓館、中石化無(wú)錫實(shí)驗(yàn)地質(zhì)研究所、九星賓館，東側(cè)為錫山區(qū)水產(chǎn)冷凍廠、匯景家園小區(qū)，西南側(cè)為駐軍基地，西北側(cè)為安井美食。車站范圍內(nèi)管線主要有電信管、燃?xì)夤芫€、電力管、混凝土給水管、混凝土雨水管和污水管等，詳見圖1。車站場(chǎng)地地貌類型屬于長(zhǎng)江三角洲太湖沖湖積平原區(qū)，場(chǎng)地分布詳見圖2。龍山梢站標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)底板主要位于④2層砂質(zhì)粉土層及⑥1層黏土層，端頭井結(jié)構(gòu)底板主要位于⑥1層黏土層。具體的土力學(xué)物理參數(shù)見表1。

1.2 水文地質(zhì)

第Ⅰ承壓水主要賦存于⑦2-2層粉砂中，含水量較豐富，以上部潛水及微承壓水的垂向越流補(bǔ)給為主要來(lái)源，以人工開采及對(duì)深層地下水的越流為主要排泄方式。據(jù)無(wú)錫市水文監(jiān)測(cè)資料，隨著蘇錫常地區(qū)深層地下水禁采計(jì)劃的實(shí)施和完成，地下水位也將保持逐年上升的勢(shì)頭，孔隙微承壓水層及第Ⅰ承壓水含水層水位呈上升的趨勢(shì)。水位變化在5.82～8.25m之間。地下水特征見表2。

2承壓水頭計(jì)算公式

根據(jù)規(guī)范對(duì)于基坑抗?jié)B流穩(wěn)定驗(yàn)算見圖3：

選擇龍山梢站的標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井段進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算，見圖4和圖5。

由詳勘資料的坑底抗承壓水突涌的計(jì)算結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)段的安全系數(shù)0.90，端頭井的安全系數(shù)在0.74，均小于1.1，不能滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）的要求。

承壓水的處理主要有降水和隔斷兩種處理方式。

降水是設(shè)置一定數(shù)量的深降水井，但降水會(huì)形成大面積的降水漏斗，可能會(huì)引起基坑周圍的地面沉降或變形，導(dǎo)致周邊建筑物或管線的破壞或變形，對(duì)周圍環(huán)境影響較大。在周邊建筑物密集地段采用降水方案，風(fēng)險(xiǎn)較大。

隔斷措施是將地連墻穿過(guò)坑底承壓含水層，隔斷承壓水，此方案優(yōu)勢(shì)是避免了降水對(duì)周邊建筑物和管線的影響。為降低造價(jià)，地連墻下部可采用素混凝土（其中配有構(gòu)造鋼筋）。

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中關(guān)于降水引起的地層變形計(jì)算條文說(shuō)明（P194頁(yè)）：“目前，降水引起的地層變形計(jì)算方法尚不成熟，只能在今后積累大量工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及進(jìn)行充分研究后，再加以改進(jìn)充實(shí)?，F(xiàn)階段，宜根據(jù)地區(qū)基坑降水工程的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合計(jì)算與工程類比確定降水引起的地層變形量和分析降水對(duì)周邊建筑物的影響?！?/p>

由于規(guī)范中缺少群井降水引起地面沉降的計(jì)算公式，建議進(jìn)行抽水實(shí)驗(yàn)作為參考。素混凝土隔斷已有大量先例，如武漢地鐵6號(hào)線，前進(jìn)村、海洋樂園、紅建路，武漢許多車站素混凝土隔斷直至基巖;常州地鐵1號(hào)線，常州北站、大學(xué)城南站5個(gè)車站;杭州地鐵1號(hào)線，城戰(zhàn)站等等。國(guó)內(nèi)采用素混凝土隔斷超厚承壓水層案例見表4。

此外，根據(jù)無(wú)錫地區(qū)已經(jīng)建設(shè)完成的地鐵1、2號(hào)線的施工經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)承壓水的處理方案，本文通過(guò)工程類比法對(duì)地鐵3號(hào)線中龍山梢站的承壓水進(jìn)行處理。通過(guò)對(duì)無(wú)錫地鐵1、2號(hào)線地下車站逐個(gè)排查，對(duì)牽涉承壓水處理問題的車站進(jìn)行了梳理，形成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表5：

上表可知，無(wú)錫地鐵既有1、2號(hào)線的車站，牽涉承壓水處理問題主要為車站基坑中較深的端頭井基坑部分（基坑局部涉及），需降水頭不深（1～3m），采取措施主要為端頭井地墻封閉隔斷或全基坑范圍地墻封閉隔斷（處理方式較為保守）。可以說(shuō)，既往1、2號(hào)線工程，其實(shí)無(wú)法很好地為無(wú)錫地區(qū)未來(lái)大量的涉承壓水地鐵工程提供太好的參照。

本文所涉3號(hào)線龍山梢站，基坑全范圍涉及承壓水處理問題，周邊臨近建、構(gòu)筑物較多，且降水深度深于無(wú)錫地區(qū)已有地鐵工程，是非常典型的、承壓水處理方式研究必要性很強(qiáng)的地鐵工程。本文認(rèn)為，應(yīng)針對(duì)包括對(duì)周邊建筑物的影響分析、沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身變形等多方面因素進(jìn)行系統(tǒng)性計(jì)算，深入的研究這類無(wú)錫典型地層下的地鐵工程承壓水處理問題。

3數(shù)值計(jì)算分析

為全面考慮各種因素，本次方案設(shè)計(jì)中，本文采用Modflow對(duì)降水引起的地面沉降進(jìn)行了三維計(jì)算，并結(jié)合基坑開挖變形，分析了降水和基坑開挖共同引起的變形對(duì)周邊建筑的綜合影響，以綜合確定承壓水處理方案。