趙建軍

（上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司，上海 200331）

0 引言

在具有較厚潛水含水層、釋水性較好的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行深基坑開挖時，由于土層的滲透系數(shù)較大，地下水水量補(bǔ)給較快，補(bǔ)給量較大，且止水帷幕沒有阻斷潛水含水層，在基坑沒有及時降水的情況下，必然會引起基坑浸水，降低土體強(qiáng)度，影響施工安全。 如果降水控制不當(dāng)，還有可能導(dǎo)致地表沉降、管涌、基坑失穩(wěn)等現(xiàn)象。 因此，研究地鐵車站深基坑降水關(guān)鍵技術(shù)對施工安全具有重要意義。

劉凌暉等[1]以福州地鐵2 號線水部站為依托，采用有限差分模型求解半封閉基坑降水特性，建立了標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下排水量隨帷幕變化的特征曲線；黃應(yīng)超[2]以武漢市婦女兒童醫(yī)療保健中心綜合業(yè)務(wù)樓深基坑降水工程為例，對深基坑降水與回灌過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)采用坑外回灌可控制降水引起的地面沉降；周勇[3]以蘭州地鐵1 號線某車站基坑支護(hù)工程為背景，通過有限元法分析以及實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)，表明車站深基坑開挖及降水對地下管道的位移有顯著影響，進(jìn)而總結(jié)了管道的變形規(guī)律；高旭等[4]以武漢長江航運(yùn)中心深基坑為實(shí)例，概化其水文地質(zhì)模型，以現(xiàn)場抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析止水帷幕的止水效果。

鄭州地鐵8 號線龍王廟站在基坑開挖面內(nèi)有較厚的潛水含水層，利用三軸攪拌樁止水帷幕配合管井井點(diǎn)降水，坑外設(shè)置排水溝排水，通過成井和封井關(guān)鍵施工技術(shù)，以及止水帷幕的冷縫處理方法進(jìn)行降止水處理，保障了施工安全，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 基坑概況

鄭州市軌道交通8 號線一期工程龍王廟站位于綠博大道與雁鳴路交叉口處，沿綠博大道呈一字型布置，龍王廟站為地下兩層島式站臺車站。

車站主體采用全外包防水層，主體基坑采用鉆孔灌注樁配合鋼支撐的支護(hù)形式，止水帷幕采用φ850@600 三軸攪拌樁，三軸攪拌樁底邊線位于②51細(xì)砂層中，未隔斷潛水含水層。 標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約16.590m，小里程端基坑開挖深度約18.35m，大里程端基坑開挖深度約18.35m。

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)區(qū)域勘察報告，車站主體施工場地主要為城市道路，地貌單元屬黃河沖積平原區(qū)，地形較平坦，地面高程約80.22～80.83m。

施工場地的地層主要由人工填土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層構(gòu)成。 人工填土抗剪強(qiáng)度低、變異性大，浸水后會引起工程性質(zhì)惡化，容易導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失效；②21粉質(zhì)黏土，埋深約11.0～13.4m 深度范圍，土質(zhì)相對軟弱，受擾動后強(qiáng)度可能會降低；②41粉砂、 ②51細(xì)砂層滲透系數(shù)分別為10.0、15.0，滲透系數(shù)較大，富水性極強(qiáng)，水量補(bǔ)給較快。 龍王廟站地質(zhì)剖面圖如圖1 所示。

圖1 鄭州地鐵龍王廟站地質(zhì)剖面圖

施工場地范圍內(nèi)地下水主要為第四系松散巖類潛水，主要賦存于②32黏質(zhì)粉土、②41粉砂、②51細(xì)砂、③51細(xì)砂層中，水位埋深約11.35m，潛水含水層最大厚度為26.8m，該潛水層具有滲透系數(shù)大、含水量大、水位恢復(fù)較快等特點(diǎn)。

1.3 施工難點(diǎn)

（1） 基坑開挖周圍環(huán)境復(fù)雜，地下存在眾多管線，周邊有藍(lán)城玫瑰園、白沙組團(tuán)污水處理廠等建筑，基坑采用懸掛式帷幕降水，過度降水將會引起周圍地表的沉降，對周邊建筑物產(chǎn)生較大的不利影響。

（2） 基坑開挖較深，開挖范圍內(nèi)有較厚的潛水含水層，下部土層滲透系數(shù)大，水量補(bǔ)給較快，對成井和封井施工技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。

（3） 止水帷幕能夠延長地下潛水含水層的滲流路徑，從而減少流入基坑的地下水，但由于車站基坑開挖深度大，止水帷幕未能隔斷潛水含水層，止水帷幕一旦滲透或止水效果不好，將會嚴(yán)重影響施工安全。

（4） 本基坑以砂性土為主，降水運(yùn)行過程中風(fēng)險較大，可能會出現(xiàn)出水量異?；蚩油馑幌陆诞惓５痊F(xiàn)象，需分析原因，采取措施。

2 降水方案

綜合考慮工程的地質(zhì)和水文條件，結(jié)合相似工程的降水經(jīng)驗(yàn)，車站主體基坑降水施工采用三軸攪拌樁帷幕止水、坑內(nèi)管井降水、坑外設(shè)置排水溝的地下水處理方案。

2.1 基坑降水計算

為方便基坑的開挖作業(yè)，并且保證基坑的安全開挖，在基坑內(nèi)布設(shè)疏干井，疏干開挖范圍內(nèi)土體中的含水量，將開挖范圍內(nèi)的地下水水位控制在基坑開挖底以下至少1m。 根據(jù)基坑每天總涌水量除以群井抽水工況下單井每天出水量得出基坑內(nèi)所需疏干井?dāng)?shù)量。

該工程主要抽?、?1層及以上潛水含水層。 運(yùn)用均質(zhì)含水層潛水非完整井計算公式估算基坑總涌水量，計算結(jié)果如表1 所示。

表1 基坑總涌水量計算

經(jīng)計算得出單井允許出水量約為615.64m3/d。 此值僅代表單井的最大理論出水能力，單井實(shí)際出水量還需綜合考慮井損、群井干擾效應(yīng)等因素的影響。 計算結(jié)果如表2 所示。

表2 基坑單井設(shè)計出水量

綜上，確定降水井?dāng)?shù)如表3 所示。

表3 基坑降水井?dāng)?shù)計算表

2.2 降水效果模擬

在分析計算時，綜合考慮計算的平面范圍，降水井、觀測井的空間位置以及地層概化的影響，運(yùn)用三維計算數(shù)值模型進(jìn)行降水效果模擬，離散后的水文地質(zhì)模型見圖2。

圖2 離散模型三維示意圖

根據(jù)三維計算數(shù)值模型進(jìn)行降水量預(yù)測，由圖3 可知，坑內(nèi)開啟20 口降水井模擬降水運(yùn)行7 天后，基坑內(nèi)水位降水約為10m，可以滿足基坑降水要求。

圖3 主體基坑水位降深等值線圖（m）

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 沉降值預(yù)測及預(yù)防措施

過度降水會引起基坑周圍地表沉降，綜合考慮開挖基坑后降水作用、圍護(hù)滲漏、坑底隆起等因素，對降水運(yùn)行120 天后基坑周圍的沉降量進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖4 所示。 結(jié)果顯示，本方案降水對基坑周圍地表的沉降影響較小，最大沉降量預(yù)測值為11mm，但為保證周圍環(huán)境的安全，仍采取如下預(yù)防措施：

圖4 120天后降水引起的周邊沉降等值線圖

（1） 對 基坑周邊的建筑物沉降、 管線變形進(jìn)行全天監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常后，及時分析原因，根據(jù)變形制定加固、懸吊、隔離、跟蹤注漿等措施；

（2） 盡量縮小降水范圍，縮短降水時間，減少降水深度，降水過程中要提高效率，安裝回水閥，嚴(yán)格控制降水井流量，防止降水過量引起地表沉降，同時降水井的位置應(yīng)遠(yuǎn)離需要保護(hù)的建筑物[12]；

（3） 在降水井施工完成后，對20 口降水井進(jìn)行試運(yùn)行，檢驗(yàn)降水方案的效果，水位下降超過預(yù)測的最大值時，必要時進(jìn)行回灌。

3.2 成井、封井施工技術(shù)

施工過程中需要注意鉆進(jìn)成孔和洗井方法。 基坑開挖范圍主要為砂性土，為了確保施工質(zhì)量，采用注漿封井的方案，施工過程中需要注意注漿方法。

（1） 成井施工采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，鉆孔過程中注入泥漿護(hù)壁，控制泥漿的密度在1.10～1.15，在施工停止時，為了防止坍塌，孔內(nèi)必須保持泥漿為填滿的狀態(tài)。

（2） 洗井時，要注意把活塞從濾水管的下方向上拉，對活塞拉出來的水的泥沙含量進(jìn)行測定，水中基本不含泥沙后，再使用空氣壓縮機(jī)多次抽水清洗，直到清水流出。

（3） 封井過程中，注意協(xié)調(diào)配合注漿量和上提注漿管，每完成0.51m 漿量后提升0.51m 的注漿管，每上提3m 后就可以拆掉一節(jié)注漿管。 在注漿完成后，通過觀測井管內(nèi)水位有無明顯提高，驗(yàn)證注漿效果。

3.3 止水帷幕冷縫處理

圍護(hù)結(jié)構(gòu)三軸攪拌樁施工過程中冷縫處理不好會出現(xiàn)滲透，滲透過程中水流會帶走基坑側(cè)壁部分土顆粒，導(dǎo)致基坑變形，基坑變形會引起三軸攪拌樁的變形，若基坑的變形較大，還會使三軸攪拌樁產(chǎn)生裂縫，影響降水運(yùn)行和施工質(zhì)量。

三軸攪拌樁施工過程中出現(xiàn)冷縫時，可以通過打入高壓旋噴樁對冷縫進(jìn)行修補(bǔ)，用高壓旋轉(zhuǎn)噴嘴將水泥漿噴入土層，與土體混合，形成連續(xù)重疊的水泥加固體，保證止水帷幕的止水效果，高壓旋噴樁修補(bǔ)冷縫如圖5 所示。

圖5 高壓旋噴樁冷縫處理施工圖

3.4 基坑降水監(jiān)測及降水試運(yùn)行

（1） 該工程單井出水量較大，下部土層滲透系數(shù)大、含水量高，水泵停止抽水后一段時間內(nèi)水位會迅速上升，基坑底板完成后，為方便進(jìn)一步施工作業(yè)，部分降水井仍需進(jìn)行抽水。 因此需要對降水井的出水量、地下水位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

（2） 正式降水之前進(jìn)行降水試運(yùn)行，驗(yàn)證降水效果，先測量出靜水水位，驗(yàn)證電路系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，再進(jìn)行為期1 天的試驗(yàn)抽水，檢查出水質(zhì)量和出水量，同時監(jiān)測管井出水量和坑外水位孔檢測水位，用以檢測圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水情況。

4 降止水效果分析

分析坑內(nèi)西端頭觀測井GB1、中間觀測井J6（替換GB2）和東端頭觀測井GB3 在降水運(yùn)行中的地下水水位（圖6），結(jié)果顯示：西端頭基坑設(shè)計開挖深度18.35m，地下水位穩(wěn)定在19.5m 附近，控制在施工作業(yè)面1m 左右，能夠保證施工安全；東端頭基坑處于放坡開挖階段，東端頭井6月20 日后兼做降水井使用，降水流量為21m3/h 左右；各降水井按照基坑開挖施工狀況按需降水，降水井運(yùn)行正常，周圍地表無塌陷、隆起等現(xiàn)象，表明項目所選用的懸掛式止水帷幕配合坑內(nèi)管井降水方案能夠較好地滿足后潛水含水層基坑降止水施工的需求。

圖6 降水運(yùn)行地下水位統(tǒng)計

止水帷幕能夠有效減少周圍地表沉降，為檢測止水帷幕的止水效果，在基坑外取8個不同監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行周圍地表沉降變形分析，各監(jiān)測點(diǎn)沉降量隨時間的變化如圖7 所示。

圖7 各監(jiān)測點(diǎn)沉降量隨時間變化曲線

通過對各監(jiān)測點(diǎn)的沉降量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：降水運(yùn)行導(dǎo)致地下水位下降，各監(jiān)測點(diǎn)由于降水引起的沉降趨勢基本一致，且沉降速率都隨降水的進(jìn)行逐漸變緩。截止7月13 日，最大沉降量出現(xiàn)在DC-1304，為9.3mm，最小沉降量出現(xiàn)在DBC-16-02，為7.1mm，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降量穩(wěn)定于8.0mm 附近，基本在9.5mm 以內(nèi)，符合模擬降水沉降量預(yù)測結(jié)果，在滿足相關(guān)規(guī)范的控制要求的基礎(chǔ)上，可以保證地鐵車站基坑的穩(wěn)定性，保證工程的順利進(jìn)行。

5 結(jié)論

綜上所述，本文結(jié)合鄭州市地鐵8 號線龍王廟站實(shí)際工程，研究了地鐵車站厚潛水含水層基坑降止水施工關(guān)鍵技術(shù)，得出如下結(jié)論：

（1） 在基坑開挖遇厚潛水含水層時，采用管井降水，帷幕止水，能夠達(dá)到預(yù)期降止水效果；

（2） 采用實(shí)時監(jiān)測周圍地表沉降、嚴(yán)格控制降水量、進(jìn)行降水試運(yùn)行等措施可以預(yù)防基坑降水過程中周圍地表的沉降；

（3） 施工過程中關(guān)注成井和封井中的關(guān)鍵要點(diǎn)，運(yùn)用高壓旋噴樁對止水帷幕的冷縫進(jìn)行補(bǔ)樁處理，能夠有效防止?jié)B透的出現(xiàn)，保證降止水效果。