文／宋立勛 中國(guó)水利水電第四工程局有限公司 青海西寧 810007

引言：

地鐵作為目前緩解地面交通擁堵的重要交通工具，目前已經(jīng)在許多城市中得到了推廣和應(yīng)用。為了避開城市地下管線，降低對(duì)地面設(shè)施的影響，所修建的地鐵工程深度相對(duì)較大，施工時(shí)會(huì)面臨地下水威脅，若不能及時(shí)做好降水處理，也將影響到工程施工過程的安全性與穩(wěn)定性。與此同時(shí)，基坑降水活動(dòng)的進(jìn)行，也會(huì)對(duì)周圍環(huán)境帶來一定影響，通過整理地鐵基坑降水的影響情況，并以此為基礎(chǔ)提出可靠防漏技術(shù)參與施工，借此來提高基坑工程施工質(zhì)量，為后續(xù)工程的施工創(chuàng)建良好環(huán)境。

1、地鐵基坑降水的影響性分析

1.1 基坑降水影響半徑

基坑降水影響半徑的確定，可以為后續(xù)評(píng)估活動(dòng)的進(jìn)行提供約束邊界，提高分析結(jié)果的合理性。在具體應(yīng)用中，需要注意以下內(nèi)容：

1.1.1 經(jīng)驗(yàn)公式選擇

目前常用的經(jīng)驗(yàn)公式和應(yīng)用條件如下：①R=2D √h0·k，適用于承壓含水層或潛水含水層基坑影響半徑的計(jì)算；②R=10D √k，適用于承壓含水層或潛水含水層抽水初期基坑對(duì)應(yīng)影響半徑的計(jì)算；③R=A0√（6h0·k·t0/μ），適用于潛水含水層基坑對(duì)應(yīng)影響半徑的計(jì)算，A0可取值47、60、74；④R=√（12t0/μ·√2h0/π），適用于潛水含水層完整基坑降水井對(duì)應(yīng)影響半徑的計(jì)算；⑤R=3 √（10h0·k·t0/μ），適用于承壓含水層基坑對(duì)應(yīng)影響半徑的計(jì)算。上述式子中各因子對(duì)應(yīng)含義及計(jì)量單位如下：R 表示降水影響半徑，計(jì)量單位為m；D表示抽水狀態(tài)下水位下降數(shù)值，計(jì)量單位為m；h0表示承壓含水層和潛水含水層厚度，計(jì)量單位為m；k 表示土層的滲透系數(shù)，計(jì)量單位為m/d；t0表示開始抽水至穩(wěn)定下降漏斗形成的時(shí)間，計(jì)量單位為h；μ 表示給水度，翻閱表格后可以獲取具體數(shù)值。在具體的計(jì)算活動(dòng)中，可根據(jù)初期勘察情況選擇最為合適的計(jì)算公式，得到準(zhǔn)確計(jì)算數(shù)據(jù)。

1.1.2 影響半徑因素整理

基于以往應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可以了解到，巖層性質(zhì)和單位涌水量會(huì)對(duì)基坑降水影響半徑產(chǎn)生直接影響。巖土性質(zhì)和影響半徑關(guān)系如表1 所示，單位涌水量和影響半徑關(guān)系如表2所示。在結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算的同時(shí)，搭配表1 和表2提供的參考數(shù)據(jù)，來科學(xué)計(jì)算出基坑降水帶來的影響性。

表1 巖土性質(zhì)和影響半徑關(guān)系

表2 單位涌水量和影響半徑關(guān)系

1.2 基坑降水滲降漏斗曲線

地鐵基坑工程施工期間產(chǎn)生了大量降水之后，位于基坑周圍的土體也會(huì)因此產(chǎn)生滲降漏斗曲線（如圖1 所示），即滲流到某一程度后便會(huì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足達(dá)西基本定律要求。此時(shí)基于Dupuit 微分方程可以順利求解到地鐵基坑側(cè)向涌水量數(shù)值，具體的計(jì)算公式如下：Q=k·Sdh/dr=2πrhkdh/dr，其中S 表示涌水?dāng)嗝娣e，計(jì)量單位為m2；k 表示土層的滲透系數(shù)，計(jì)量單位為m/d。隨后針對(duì)公式內(nèi)的分離變量，其中rw-R 表示積分區(qū)間，h0-（H-h0）則表示相應(yīng)的積分區(qū)間，兩者進(jìn)行積分處理之后可得到以下分析結(jié)果：Q=πk[（H-h0）2-hw2]/ln（R/rw），在此公式當(dāng)中，hw表示基坑降水井對(duì)應(yīng)的實(shí)際水位，計(jì)量單位為m；h0表示原來的地下水位，計(jì)量單位為m；R 表示地下水疏水影響半徑，計(jì)量單位為m；rw表示基坑降水井對(duì)應(yīng)半徑，計(jì)量單位為m。代入數(shù)據(jù)后可得到對(duì)應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，為后續(xù)活動(dòng)的展開提供良好參考。

圖1 基坑降水滲降漏斗曲線

1.3 對(duì)土體應(yīng)力應(yīng)變的影響

1.3.1 自重應(yīng)力變化

地鐵基坑工程施工中，低于地下水位的土體屬于兩相介質(zhì)，其主要組成部分有液相孔隙水、固相土顆粒，基于兩相介質(zhì)可以對(duì)土體中的應(yīng)力進(jìn)行均衡分配，起到穩(wěn)定土層的作用。如果土體中的水分被疏干，那么固體當(dāng)中所承受應(yīng)力值的提升。假設(shè)h0表示基坑工程降水以前的初始水位，對(duì)于低于h0位置的土體，其水位處于飽和的狀態(tài)，同時(shí)也需要對(duì)深度位置單元展開系統(tǒng)化考量，假設(shè)p 為單元應(yīng)力，pw表示孔隙降水壓力，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算后可以得到土體顆粒對(duì)應(yīng)的應(yīng)力數(shù)值，可計(jì)算公式如下：θ=p-pw。在自重應(yīng)力變化分析中，其初始狀態(tài)的公式如下p=h0ε0+（k-h0）εi，其中ε0表示高出地下水位面巖土對(duì)應(yīng)的實(shí)際容重，計(jì)量單位為kN/m2；εi表示小于地下水水位飽和土容重值，計(jì)量單位為kN/m2。根據(jù)上述公式可以得知，在地下水位超過某一水位限值后，水分會(huì)全部疏干，此時(shí)土體顆粒會(huì)分擔(dān)孔隙水產(chǎn)生的壓力，而此時(shí)土體中的有效應(yīng)力和土體總應(yīng)力保持一致，此時(shí)有效應(yīng)力增量計(jì)算公式如下：△P1=ε’-ε。

1.3.2 土體中有效應(yīng)力增量

基坑工程降水情況的出現(xiàn)，也會(huì)影響到土體中有效應(yīng)力增量，基于有效應(yīng)力原理可以得知，ε=εi+μ。式中ε 表示土體應(yīng)用中所承受的總應(yīng)力，εi表示土體中的有效應(yīng)力，μ 表示土體中的中性應(yīng)力。有效應(yīng)力會(huì)對(duì)土粒產(chǎn)生了壓縮作用，過程中土粒壓縮模量較大，而且所帶來的形變影響較小，一般可以忽略其影響?；诖?，在對(duì)抽降地下水產(chǎn)生的有效應(yīng)力進(jìn)行分析時(shí)，會(huì)對(duì)這些變化影響因素進(jìn)行整理，能夠得到降水前后土體自重力特征曲線，根據(jù)特征曲線可以得到土體中有效應(yīng)力增量情況，直觀了解降水帶來的影響性。

1.3.3 土體疏水地表沉降

如果水體完全填滿了整個(gè)飽和土當(dāng)中的孔隙，那么此時(shí)土體會(huì)呈現(xiàn)出飽和的狀態(tài)，此時(shí)可以將土體看作是固液兩相的隨機(jī)介質(zhì)，在對(duì)土體顆粒進(jìn)行轉(zhuǎn)移時(shí)，需要對(duì)整個(gè)隨機(jī)過程進(jìn)行適應(yīng)，以了解降水活動(dòng)所帶來的土體疏水地表沉降影響。基于單元下沉ds 帶來的影響性，在超出單元下沉ds 高度時(shí)，此時(shí)巖土體的移動(dòng)方向向下，能夠在地表上直觀地表示為下沉盆地，也可以被稱作是微小單元下沉盆地。根據(jù)隨機(jī)介質(zhì)理論可以得知，在對(duì)基坑進(jìn)行降水處理后，此時(shí)地下水位開始出現(xiàn)下沉，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)滲降漏斗曲線，在曲線上的某一部分，任意單元巖土體會(huì)出現(xiàn)一定程度的微小體積壓縮，并且會(huì)直觀反映到地表位置，在持續(xù)疊加作用下會(huì)在基坑某側(cè)出現(xiàn)下沉的情況。

1.4 對(duì)周圍建筑工程影響

基于上述提到的理論，地鐵基坑降水的出現(xiàn)會(huì)對(duì)周圍建筑工程帶來以下影響：（1）建筑物偏移，基坑降水活動(dòng)會(huì)對(duì)周圍環(huán)境帶來影響，使原有土體內(nèi)部平衡失效。此時(shí)基坑會(huì)作為應(yīng)力集中區(qū)域，影響范圍內(nèi)的土體會(huì)有向該位置移動(dòng)的趨勢(shì)，間距越近的建筑工程受到的影響性也越大，造成建筑傾斜的情況；（2）建筑物裂縫，包括沉降裂縫與拉伸裂縫，前者是指在超出單元下沉高度時(shí)，此時(shí)巖土體的移動(dòng)方向下，超過建筑工程允許沉降值上限后便會(huì)出現(xiàn)建筑物沉降裂縫問題。后者則是在土體應(yīng)力作用下，會(huì)對(duì)建筑物形成牽引力，超出建筑上限值之后便容易帶來建筑物裂縫問題。

1.5 基坑穩(wěn)定性影響

基于上述提到的理論，地鐵基坑降水的出現(xiàn)會(huì)對(duì)基坑穩(wěn)定性帶來以下影響：（1）擋墻或基坑偏移，基坑降水活動(dòng)會(huì)對(duì)已設(shè)置擋墻穩(wěn)定性帶來影響，使原有土體內(nèi)部平衡失效，在應(yīng)力重新恢復(fù)平衡的過程中，會(huì)優(yōu)先向薄弱位置匯集，在超出基坑和擋墻承載上限后，也會(huì)帶來較大的變形問題，對(duì)基坑穩(wěn)定性帶來直接影響；（2）樁間涌水、涌砂問題，在地下水的持續(xù)作用下會(huì)對(duì)土體帶來持續(xù)影響，在承壓水的作用下也會(huì)對(duì)樁體周圍土體造成侵蝕，從而帶來樁間涌水與涌砂問題。

2、地鐵基坑降水防漏技術(shù)施工要點(diǎn)

2.1 防滲墻施工技術(shù)

從目前的使用情況來看，防滲墻施工技術(shù)具有良好的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)在應(yīng)用中具有耐久性強(qiáng)、抗?jié)B性強(qiáng)、工程造價(jià)成本較低、墻體厚度較小等優(yōu)勢(shì)。目前該技術(shù)又可以細(xì)分為以下幾個(gè)分支：（1）多頭深層攪拌施工技術(shù)，該技術(shù)抗?jié)B原理在于，利用鉆機(jī)深入到基坑底部，在既定標(biāo)高位置噴射水泥砂漿，通過攪拌的方式將水泥砂漿與土體充分混合在一起，等待兩者凝結(jié)后會(huì)形成水泥土樁體，最后通過連接的方式形成水泥土樁，形成相應(yīng)的防滲墻；（2）射水法施工技術(shù)，該技術(shù)的抗?jié)B原理在于，借助鉆孔機(jī)對(duì)外噴射流速較高的水流，在基坑工程合適位置打造出槽孔，隨后將混凝土直接澆筑到槽孔當(dāng)中，從而形成薄壁防滲墻，可以對(duì)基坑底部降水帶來較大的阻擋性，具有良好的施工效果。

2.2 排水固結(jié)施工技術(shù)

從目前的使用情況來看，排水固結(jié)施工技術(shù)也具有良好的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)在應(yīng)用中具有抗?jié)B性強(qiáng)、工程造價(jià)成本較低、施工便捷性高等優(yōu)勢(shì)，多應(yīng)用于軟弱土層或飽和土層基坑工程的施工。在該技術(shù)的具體施工中應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）在工程正式開始作業(yè)前，需要先對(duì)地基進(jìn)行加壓處理，以此來確保土層內(nèi)部的水分可以充分排放到外界，使土體的密實(shí)度得到有效提升，以此來提高整體地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性與綜合強(qiáng)度；（2）在施工過程中也會(huì)布設(shè)相應(yīng)的排水系統(tǒng)，包括臨時(shí)排水系統(tǒng)、永久排水系統(tǒng)等，使其可以將土體中擠壓出的水體直接排放到外界，從而提升土體整體的抗?jié)B性與強(qiáng)度。此類技術(shù)的適用范圍相對(duì)較小，在正式使用需要對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行充分測(cè)試，待滿足要求后再使用排水固結(jié)技術(shù)進(jìn)行施工，以提高施工結(jié)果的可靠性。

2.3 高壓噴射施工技術(shù)

基于現(xiàn)階段的應(yīng)用情況來看，在基坑工程抗?jié)B施工過程中，高壓噴射施工技術(shù)也具有良好的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)在應(yīng)用中具有整體強(qiáng)度高、施工便捷性高等優(yōu)勢(shì)，多應(yīng)用于黏性土質(zhì)和砂性土質(zhì)的基坑工程施工。在該技術(shù)的具體施工中應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）在工程正式開始作業(yè)前，需要先對(duì)基坑工程基礎(chǔ)資料進(jìn)行整理，隨后利用機(jī)械鉆孔的方式向地下進(jìn)行深入鉆探，直到達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)高位置。鉆頭表面也會(huì)設(shè)置特殊噴嘴，作用是可以將泥漿向外進(jìn)行噴射，起到加固地層的作用[1]；（2）在噴漿過程中，前期會(huì)使用0.5-1.0MPa 壓力來進(jìn)行噴漿，等待噴漿系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定后會(huì)將壓力調(diào)增到2.0-3.0MPa，確保泥漿可以充分侵入到土層中，使原有土層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性遭到破壞，等待水泥漿固結(jié)后可以和土層形成一個(gè)完整整體，提升土體整體的抗?jié)B性與強(qiáng)度。此類技術(shù)的適用范圍較廣，在許多基坑工程施工中都有著良好應(yīng)用。需要注意的是，在施工時(shí)的提升速度應(yīng)控制在勻速范圍內(nèi)，以減少水泥浪費(fèi)問題，降低工程施工成本支出。

2.4 垂直鋪膜防滲技術(shù)

基于現(xiàn)階段的應(yīng)用情況來看，在基坑工程抗?jié)B施工過程中，垂直鋪膜防滲技術(shù)也具有良好的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)在應(yīng)用中具有施工質(zhì)量高、成型強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)，多應(yīng)用于黏性土質(zhì)的基坑工程施工。在該技術(shù)的具體施工中應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）在工程正式開始作業(yè)前，需要先對(duì)基坑工程基礎(chǔ)資料進(jìn)行整理，隨后利用垂直開槽機(jī)向地下進(jìn)行深入開挖，直到達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)高位置[2]；（2）在槽內(nèi)底部鋪設(shè)土工膜，控制好膜頂、膜底預(yù)留長(zhǎng)度，同時(shí)做好搭接膜寬度控制，確保土工膜鋪設(shè)質(zhì)量的合理性。隨后進(jìn)行回填施工，回填時(shí)需要保護(hù)好土工膜的完整性，做好各層攤鋪質(zhì)量控制，起到提高土體整體抗?jié)B強(qiáng)度的作用。此類技術(shù)的適用范圍較廣，目前已經(jīng)在許多基坑工程施工中有著良好應(yīng)用。需要注意的是，在施工時(shí)需要控制好開挖速度，避免基槽坍塌問題，提高施工結(jié)果的合理性。

2.5 振沖防滲板墻技術(shù)

在基坑工程抗?jié)B施工過程中，振沖防滲板墻技術(shù)也具有良好的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)在應(yīng)用中具有施工進(jìn)度快、結(jié)構(gòu)完整性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，多應(yīng)用于砂質(zhì)基坑工程施工[3]。在該技術(shù)的具體施工中應(yīng)注意以下內(nèi)容：在工程正式開始作業(yè)前，需要基于設(shè)計(jì)圖紙對(duì)區(qū)域進(jìn)行放樣，確定放樣工作滿足要求后，進(jìn)入到鉆孔作業(yè)階段，基于振動(dòng)器高頻振動(dòng)作用，使沖擊切頭可以在振動(dòng)作用下向著土層內(nèi)部進(jìn)行擠壓，在持續(xù)擠壓的過程中進(jìn)行灌漿施工，以此來提高結(jié)構(gòu)整體的充實(shí)度，以此來起到降低滲漏問題發(fā)生概率的作用。振沖防滲板墻施工技術(shù)在具體應(yīng)用中，需要做好振動(dòng)過程中相關(guān)內(nèi)容的控制，以此來提高整個(gè)應(yīng)用過程的控制工作，提高分析結(jié)果的合理性。

2.6 淺層注漿施工技術(shù)

除上述提到的施工技術(shù)外，在基坑工程抗?jié)B施工過程中，淺層注漿施工技術(shù)也具有良好的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)在應(yīng)用中具有加固效果好、施工效率高等優(yōu)勢(shì)，在許多基坑工程中都有著良好應(yīng)用。在該技術(shù)的具體施工中應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）正式施工前需要對(duì)基坑工程基礎(chǔ)資料進(jìn)行整理，隨后對(duì)區(qū)域進(jìn)行放樣施工，校核其準(zhǔn)確性之后利用機(jī)械鉆孔的方式向地下進(jìn)行鉆探，控制好鉆孔直徑、鉆孔深度，滿足相應(yīng)的使用要求；（2）在注漿過程中，前期會(huì)將注漿壓力控制在0.5-1.0MPa，等待注漿系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定后會(huì)將壓力調(diào)增到2.0-3.0MPa，確保泥漿可以充分侵入到土層縫隙中，使結(jié)構(gòu)可以形成一個(gè)完整結(jié)構(gòu)，提升整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能。需要注意的是，在注漿施工時(shí)需要做好注漿過程的監(jiān)督工作，及時(shí)調(diào)整相關(guān)內(nèi)容，提高注漿結(jié)果的合理性與穩(wěn)定性[4]。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在地鐵基坑工程的施工中，降水會(huì)對(duì)周圍環(huán)境帶來較大影響，通過整理基坑降水帶來的施工影響，并根據(jù)分析結(jié)果采取恰當(dāng)防漏措施進(jìn)行施工，一方面，可以降低地下水對(duì)工程施工質(zhì)量的影響，營(yíng)造良好的工程作業(yè)環(huán)境；另一方面，可以加快基坑工程的施工進(jìn)度，為后續(xù)施工活動(dòng)的展開奠定良好基礎(chǔ)。