孟立民，王 珂，馮澄宇，肖 男，韓靜波

（1.中鐵七局集團(tuán)有限公司，陜西西安 710082；2.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西西安 710055；3.陜西省巖土與地下空間工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710055）

1 背景

洞樁法作為一種新興工法，不僅施工成本低、工期短，而且施工產(chǎn)生的土體變形小、斷面利用率高[1]，在地鐵建設(shè)工程中的應(yīng)用日益廣泛。為確保施工安全，洞樁法修建地鐵車(chē)站需在無(wú)水環(huán)境下作業(yè)，尤其是在不良地質(zhì)條件下，如何有效消除地下水帶來(lái)的安全隱患是洞樁法施工重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

管井降水是地鐵車(chē)站施工中常用的一種降水方法，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了卓有成效的研究[2-3]。溫繼偉、周樂(lè)木[4-5]等人對(duì)管井降水的設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)等一系列問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出局部異常水和潛水殘留水的處理措施；于新鋒[6]從明槽開(kāi)挖范圍、管井降水方案及管井降水效果檢驗(yàn)3個(gè)方面介紹了管井降水在含水厚表土層斜井明槽施工中的應(yīng)用；陳小羊[7]等人在總結(jié)常規(guī)管井降水施工工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)常規(guī)管井降水技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，形成新的降水技術(shù)，新技術(shù)減少了過(guò)濾層包裹和反濾層回填兩道工序，能夠有效節(jié)約材料、縮短工期；李佐春、熊向進(jìn)、趙振生[8-10]等人分別從濾網(wǎng)類(lèi)型、濾料、管井、取樣時(shí)間和降水井實(shí)時(shí)出水量等方面分析了管井降水中出水含砂量的影響；張曉宇[11]首次在軟塑黃土隧道中開(kāi)展了地表超前降水試驗(yàn)研究，改善了黃土的物理性質(zhì)，提高了黃土的圍巖穩(wěn)定性；馬龍、安建良[12-13]等人通過(guò)方案對(duì)比及試驗(yàn)研究不同地鐵車(chē)站修建中的降水技術(shù)，利用形成的理論成果和工程技術(shù)應(yīng)用成果有效解決了實(shí)際工程問(wèn)題。

以上研究?jī)?nèi)容為管井降水的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，但上述內(nèi)容鮮有涉及富水厚砂層地質(zhì)條件下洞樁法地鐵車(chē)站施工中管井降水的應(yīng)用研究。鑒于此，本文以西安地鐵8號(hào)線(xiàn)豐禾路地鐵站洞樁法施工項(xiàng)目為研究背景，研究一種復(fù)雜環(huán)境下洞樁法車(chē)站地面管井降水方法，并對(duì)該方法的技術(shù)難點(diǎn)及工藝流程進(jìn)行了分析研究，以期為同類(lèi)項(xiàng)目提供借鑒指導(dǎo)。

2 工程概況

西安地鐵8號(hào)線(xiàn)豐和路站車(chē)站主體采用地下兩層單柱雙跨結(jié)構(gòu)形式，12.0 m島式站臺(tái)，采用三導(dǎo)洞“洞樁法”施工，車(chē)站全長(zhǎng)237.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬21.3 m，設(shè)置3個(gè)出入口、2個(gè)風(fēng)道，車(chē)站共設(shè)置3座豎井及橫通道。

該工程場(chǎng)地潛水賦存于全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、砂層，上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土及其砂層中，該地層構(gòu)成車(chē)站場(chǎng)地含水層。在車(chē)站結(jié)構(gòu)底板下上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)的沖積中砂層，透水性強(qiáng)，賦水性強(qiáng)，為該車(chē)站主要含水層，如圖1所示。

圖1 豐禾路站橫斷面圖（單位：m）

3 降水方案設(shè)計(jì)

根據(jù)西安地區(qū)地鐵工程常用降水方法和該車(chē)站地下水對(duì)站點(diǎn)施工影響分析，對(duì)影響該站施工的地下水采用地面管井降水方案，同時(shí)輔以明排排水、止水措施，降水井設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 降水井設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.1 降水方案

降水影響半徑計(jì)算公式如下：

式（1）中，R為降水影響半徑，m；Sw為降水井水位降深，m；K為含水層滲透系數(shù)，m /天；H為潛水含水層厚度，m。根據(jù)公式（1）計(jì)算該工程的降水影響半徑為849.706 m。

基坑降水總涌水量計(jì)算公式如下：

式（2）中，Q為基坑降水總涌水量，m3/天；Sd為基坑地下水位的設(shè)計(jì)降深，m；r0為基坑等效半徑，m。

需要降水井的數(shù)量計(jì)算公式如下：

式（3）中，q為單井設(shè)計(jì)流量，m3/天；n為降水井?dāng)?shù)量。

根據(jù)上述計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)共布置84眼降水井滿(mǎn)足降水需求，水位觀(guān)測(cè)孔設(shè)置16個(gè)布置于場(chǎng)地四周，且觀(guān)測(cè)孔深度低于設(shè)計(jì)水位不小于3 m。

3.2 降水結(jié)構(gòu)形式

（1）降水井。降水井直徑800 mm，深度40 m，間距8 m，降水井中心距結(jié)構(gòu)邊線(xiàn)3 m，沿?cái)M建（構(gòu)）筑物周邊布置。管井采用φ400 mm無(wú)砂混凝土管，孔隙率25%～30%，濾管外包1層80目尼龍網(wǎng)，濾料采用3～7 mm礫料填入管井外圍，孔底采用底托密封。

（2）深井泵。選用潛水泵，抽水量45 m3/h，揚(yáng)程大于45 m。

（3）排水。為防止排水過(guò)程中排水溝滲漏對(duì)施工造成影響，降水井排水采用地面刻槽600 mm×900 mm（寬×深）埋設(shè)排水管，管徑φ150 mm，為防止道路來(lái)往車(chē)輛壓破排水管，現(xiàn)場(chǎng)排水管埋設(shè)時(shí)埋深不小于20 cm，埋設(shè)完成后用混凝土及瀝青恢復(fù)地面。場(chǎng)地內(nèi)外管井抽出的地下水通過(guò)排水管匯入三級(jí)沉淀池，經(jīng)過(guò)凈化后匯入市政雨水管網(wǎng)排走，如圖2所示。

圖2 管井排水管示意圖

3.3 管井降水施工工藝

（1）測(cè)放井位。根據(jù)附屬通道及設(shè)計(jì)好的降水井位平面布置圖進(jìn)行井位放樣。

（2）探孔。確定好降水井位置后，進(jìn)行管線(xiàn)探測(cè)，先進(jìn)行人工開(kāi)挖2 m，然后采用人工洛陽(yáng)鏟進(jìn)行管線(xiàn)探測(cè)6 m，探測(cè)總深度8 m。

（3）安裝鉆機(jī)。機(jī)臺(tái)安裝應(yīng)水平穩(wěn)定，鉆桿、鉆頭與孔的中心三點(diǎn)成一垂線(xiàn)。

（4）鉆進(jìn)成孔。降水井開(kāi)孔孔徑為φ800 mm，鉆孔施工達(dá)到設(shè)計(jì)深度40 m時(shí)，宜多鉆0.3～0.5 m。該工程中砂層主要位于地面下6.1～20.3 m及33～37.8 m，鉆孔時(shí)應(yīng)加強(qiáng)觀(guān)測(cè)，按要求添加0.5%～0.8%的鉆井液，以提高泥漿黏度（測(cè)量泥漿黏度方法：工程漏斗測(cè)定溶液的黏度到28 s左右）。

（5）下管井。下管前保證井底沉渣厚度不大于20 cm，方可下放濾管，管井連接要牢固、垂直，用4根竹片，10號(hào)雙鐵絲捆綁；管口內(nèi)壁不錯(cuò)位，在管井外側(cè)包裹1層80目尼龍網(wǎng)，防止周?chē)馏w進(jìn)入降水井。

（6）安泵試抽。成井施工結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)下入潛水泵，鋪設(shè)排水管道、接電纜等，抽水與排水系統(tǒng)安裝完畢，在豎井橫通道開(kāi)挖前10天即可開(kāi)始抽水。

4 監(jiān)測(cè)布置及數(shù)據(jù)分析

4.1 監(jiān)測(cè)目的和監(jiān)測(cè)內(nèi)容

降水區(qū)域附近水位的降落變化會(huì)引起地面附加沉降，因此對(duì)降水區(qū)域附近建筑物、鄰近管道、地表及內(nèi)部構(gòu)件的沉降觀(guān)測(cè)至關(guān)重要，時(shí)刻掌握降水施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，加強(qiáng)施工安全性以確保工程順利進(jìn)行。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容如表2所示。

表2 降水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表

4.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.2.1 水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

豎井水位變化情況如圖3所示。從豎井地下水位變化曲線(xiàn)圖中可知，隨著降水工程的進(jìn)行，3個(gè)豎井的地下水位均逐漸降低，并最終趨于穩(wěn)定，說(shuō)明該降水方案能較好地滿(mǎn)足工程降水的要求，取得了較好的降水效果。

圖3 豎井地下水位變化曲線(xiàn)

4.2.2 沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

豎井、燃?xì)夤芫€(xiàn)及周邊建筑物地面沉降監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)如圖4～圖6所示，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)單日變形量如圖7～圖9所示。

圖4 豎井地表沉降監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)圖

圖6 周邊建筑物地表沉降監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)圖

圖7 豎井單日沉降變形示意圖

圖9 周邊建筑物單日沉降變形示意圖

從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的變形監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)圖中可以看出，在降水工程施工期間，基坑周邊建筑物、地下管線(xiàn)等未受降

水施工的影響，始終處于較為平穩(wěn)的狀態(tài)。

圖5 燃?xì)夤芫€(xiàn)地表沉降監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)圖

圖8 燃?xì)夤芫€(xiàn)單日沉降變形示意圖

從圖7、圖9中可以看出，在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，豎井單日最大單日沉降為1.6 mm，周邊建筑物單日最大沉降為1 mm，均在單日沉降±3 mm的預(yù)警范圍值內(nèi)；燃?xì)夤芫€(xiàn)單日最大沉降量為1.2 mm，未超出單日變形不得超過(guò)2 mm的限值。說(shuō)明該降水方案在滿(mǎn)足降水要求的同時(shí)，能夠有效控制周?chē)ǎ?gòu)）筑物的沉降變形，從而確保施工安全。

5 結(jié)論

本文以西安地鐵8號(hào)線(xiàn)豐禾路站為項(xiàng)目背景，詳細(xì)介紹了富水厚砂層地質(zhì)條件下管井降水施工的技術(shù)特點(diǎn)、工藝流程及降水引起的地面沉降的控制措施，得出以下結(jié)論。

（1）采用管井降水，降水后地下水位及單個(gè)管井出水量總體穩(wěn)定，達(dá)到了降水的目的，實(shí)踐證明降水方案合理，為類(lèi)似富水厚砂質(zhì)地層條件下洞樁法降水施工提供了參考。

（2）監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，地面管井降水輔以明排排水的降水方案能較好地達(dá)到抽水止水效果，且對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響較小，確保了施工安全性。