張清坤，商 浩

（1.中交一公局集團(tuán)有限公司，北京 100024；2.大連彤陽(yáng)市政工程集團(tuán)有限公司，遼寧 大連 116021）

地鐵車(chē)站施工中，常見(jiàn)施工方法有明挖法、蓋挖法、暗挖法3 種施工方法，其中明挖法施工應(yīng)用較為廣泛，但同時(shí)受基坑周邊環(huán)境、設(shè)計(jì)方案、地下水等因素影響，存在較大施工安全風(fēng)險(xiǎn)。尤其針對(duì)地下水環(huán)境變換較大地區(qū)，如臨近水庫(kù)、河流、湖泊等，水文勘察時(shí)機(jī)選擇尤為關(guān)鍵，是設(shè)計(jì)方案選擇的重要依據(jù)。地下水處理方案選擇對(duì)防止基坑突涌管涌、周邊建筑物構(gòu)筑物沉降、基坑坍塌等安全事故發(fā)生至關(guān)重要。

1 依托工程概況

1.1 車(chē)站基本概況

前牧站為大連地鐵4 號(hào)線第三座車(chē)站，位于甘井子區(qū)牧川路與規(guī)劃路交叉路口西北側(cè)地塊內(nèi)，沿東西向布置。車(chē)站為地上一層、地下一層島式車(chē)站，站廳層位于地上一層。地上建筑長(zhǎng)191.3 m，寬26.1 m，開(kāi)挖深度11.7 m，采用明挖施工，施工現(xiàn)場(chǎng)北側(cè)為新建住宅小區(qū)，南側(cè)為現(xiàn)有道路。前牧站與水庫(kù)、泄洪渠的位置關(guān)系如圖1 所示，前牧站放坡開(kāi)挖坡頂線與新建住宅小區(qū)位置關(guān)系如圖2 所示。

圖1 車(chē)站與水庫(kù)、泄洪渠的位置關(guān)系

圖2 車(chē)站與住宅小區(qū)的位置關(guān)系

1.2 地質(zhì)水文情況

車(chē)站基坑穿越地層主要為填土、第四系上更新統(tǒng)坡洪積層角礫、碎石，下覆震旦系長(zhǎng)嶺子組石灰?guī)r。

勘察場(chǎng)地地下水類(lèi)型分為第四系松散層的孔隙水、巖溶水。孔隙潛水主要賦存在雜填土、角礫、碎石層中，該土層滲透性強(qiáng)，貫通性較好，水量中等～豐富。巖溶水主要賦存于強(qiáng)～中風(fēng)化石灰?guī)r層溶蝕裂隙及溶洞中，巖溶水受溶蝕裂隙及溶洞發(fā)育程度影響較大，巖溶水水量變化較大。巖體溶蝕不發(fā)育區(qū)域，儲(chǔ)水量及地下水連通性弱，水量較小～中等。巖體溶隙及溶洞發(fā)育區(qū)域，連通性較強(qiáng)，儲(chǔ)水性較強(qiáng)，為導(dǎo)水通道，水量中等～豐富。

按地下水埋藏條件分類(lèi)，場(chǎng)地地下水類(lèi)型為潛水?？碧狡陂g穩(wěn)定地下水位埋深2.4～8.3 m，水位高程14.2～18.8 m。本車(chē)站場(chǎng)地地勢(shì)較為低洼，四周為低丘陵地貌，南高北低。雨季存在地下水位升高、涌水等危險(xiǎn)。本場(chǎng)地距離牧城驛水庫(kù)泄洪道僅百米左右，牧城驛水庫(kù)泄洪時(shí)基坑周邊水文環(huán)境會(huì)發(fā)生較大變化，水量劇增，會(huì)對(duì)基坑的止水和抗浮有較大的影響。

1.3 基坑支護(hù)形式

車(chē)站基坑采用兩級(jí)放坡+噴錨支護(hù)，一級(jí)放坡坡率為1∶1，土釘采用Φ25，L=6.0 m，@2.0×1.5 m；二級(jí)放坡坡率為1∶0.5，土釘采用Φ20，第四道土釘長(zhǎng)度L=6.0 m，@2.0×2.5 m；坑底兩道土釘長(zhǎng)度L=5.0 m，@2.0×1.5 m。坡頂采用3%的硬化散水坡進(jìn)行排水。車(chē)站基坑開(kāi)挖橫斷面設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 車(chē)站基坑開(kāi)挖橫斷面設(shè)計(jì)

1.4 研究背景

2017 年6 月詳勘時(shí)受周邊臨近住宅小區(qū)基坑開(kāi)挖施工降水影響，破壞了車(chē)站基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)的地下水平衡，此時(shí)地下水穩(wěn)定水位埋深為4.2～8.3 m，平均水位6.4 m。

2022 年4 月補(bǔ)勘時(shí)，周邊基坑施工完成，地下水補(bǔ)給恢復(fù)到初始狀態(tài)。補(bǔ)勘鉆孔勘探期間穩(wěn)定地下水位埋深2.4～4.8 m，平均水位4.2 m。補(bǔ)勘后對(duì)比2017年6 月詳勘地下水位變化較大。

2 專(zhuān)項(xiàng)水文勘測(cè)研究

2.1 抽水試驗(yàn)及涌水計(jì)算

地下水處理方案的比選，首先要確定地下水含量及周邊環(huán)境。根據(jù)地形、地貌、地質(zhì)情況及地下水分布等綜合因素考慮，對(duì)地下水進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)勘察。傳統(tǒng)地下水勘察采用單觀測(cè)孔形式，為了更加精準(zhǔn)地計(jì)算地下水含量，項(xiàng)目于2022 年7 月對(duì)實(shí)地勘察采用雙觀測(cè)孔抽水試驗(yàn)。沿車(chē)站兩側(cè)分別布置2 組水文鉆孔，每組水文鉆孔包括主抽水孔和2 個(gè)觀測(cè)孔。抽水井按設(shè)計(jì)要求施工成孔、孔徑為600 mm，施工完成后，下放300 mm 鋼制排水管，外圈纏繞2 圈60 目紗布濾網(wǎng)，井周邊投放濾料，進(jìn)行抽水試驗(yàn)。觀測(cè)孔布置距離10～20 m，采用108 mm 成孔，下放75 mm 塑料花管，井周邊投放濾料，在抽水試驗(yàn)時(shí)觀測(cè)降深。采用雙觀測(cè)孔的抽水試驗(yàn)法，可以較為精確地計(jì)算地層的水文地質(zhì)參數(shù)。抽水孔施工如圖4 所示。

圖4 抽水孔施工

原始水位標(biāo)高約17.82～18.52 m，2 組抽水孔最大降深為2.49、3.25 m，水位標(biāo)高16.03、14.57 m，降水量與地下水補(bǔ)給量達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)穩(wěn)定水位距基坑底約2.3～4 m。停泵后1 min 左右，地下水迅速補(bǔ)充至原始水位標(biāo)高，地下水補(bǔ)給能力強(qiáng)?；訉?shí)際開(kāi)挖后地下水量豐富并且補(bǔ)給能力強(qiáng)。若發(fā)生強(qiáng)降雨、河道泄洪等特殊情況，基坑可能發(fā)生大面積涌水、突水等情況。抽水試驗(yàn)測(cè)得的滲透系數(shù)為綜合值，鉆探揭露含水層富水性及滲透性極不均勻，隨著地層深度的加深滲透性整體呈增大趨勢(shì)，土巖交界處附近水量豐富，施工及設(shè)計(jì)單位應(yīng)注意。

試驗(yàn)計(jì)算第四系孔隙水出水量及碎石層滲透系數(shù)，抽水試驗(yàn)基本原理是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試水位降深S隨時(shí)間T 的變化以及穩(wěn)定流量Q，計(jì)算得出水井含水層的滲透系數(shù)K。具體工作方法是在提前準(zhǔn)備好的水井中，選用合適泵量的水泵進(jìn)行抽水，在抽水的瞬間開(kāi)始計(jì)時(shí)，并且分別記錄0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、80、100、120、180、240 min 時(shí)的水位，以后每隔1 h 測(cè)一次，至少測(cè)量穩(wěn)定降深水位8 h。當(dāng)水位下降到一定深度后穩(wěn)定或在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，通過(guò)水箱量取此時(shí)的出水量。當(dāng)水位維持在某一深度超過(guò)4 h，并且出水量無(wú)變化，可視此次抽水試驗(yàn)成功。停止抽水瞬間重新計(jì)時(shí)，對(duì)水位恢復(fù)進(jìn)行記錄。對(duì)于同一個(gè)抽水試驗(yàn)井，至少要采用3 個(gè)不同泵量的水泵進(jìn)行抽水，即3 次不同降深。

依據(jù)《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》（第二冊(cè)）潛水完整井滲透系數(shù)計(jì)算公式

式中：K 為含水層的滲透系數(shù)，m/d；Q 為試驗(yàn)涌水量，m3/d；H 為含水層厚度，m；r1、r2 為分別為觀測(cè)孔與抽水孔間距，m；s1、s2 分別為觀測(cè)孔水位降深，m；R 為抽水影響半徑，m。

車(chē)站開(kāi)挖段地下水類(lèi)型為第四系松散層的孔隙水。根據(jù)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的平均滲透系數(shù)，并按JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》附錄E 估算基坑涌水量，車(chē)站坑道長(zhǎng)度為192.3 m，寬度為26.7 m，降水至基坑底板以下0.5 m，涌水量計(jì)算公式

式中：Q 為基坑降水總涌水量，m3/d；k 為滲透系數(shù)，m/d，取各巖土層滲透系數(shù)的厚度加權(quán)平均值；H 為潛水含水層厚度，m；Sd為基坑地下水位的設(shè)計(jì)降深，m；R 為降水影響半徑，m，可按計(jì)算；r0為基坑等效半徑，m，可按計(jì)算，A 為基坑面積，m2。

基坑涌水量估算成果見(jiàn)表1。

表1 基坑涌水量估算成果表

2.2 歷史數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)水文勘測(cè)研究，證實(shí)了補(bǔ)勘的水文情況變化，水位埋深較詳勘階段升高2.2 m，基坑涌水量為原階段的2 倍有余。具體見(jiàn)表2。

表2 水文勘測(cè)對(duì)比

3 地下水處理技術(shù)

3.1 擬采取的方案選擇

3.1.1 方案1：降水方案

車(chē)站基坑施工期間采用坑外管井降水，降水井直徑600 mm（井管400 mm），井深為基底以下7 m，沿車(chē)站基坑呈四周布置、車(chē)站橫向中心線布置一排，井距6 m，降水深度為不小于基坑底1.0 m。基坑降水井抽水管管徑DN200。

3.1.2 方案2：帷幕止水方案

車(chē)站基坑四周設(shè)置雙排咬合式旋噴止水帷幕Φ800@600 mm。樁長(zhǎng)度為入強(qiáng)風(fēng)化巖2 m，樁徑800 mm，咬合200 mm，沿基坑四周布置。

3.2 對(duì)比分析研究

3.2.1 方案安全性分析

通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)水文勘察預(yù)計(jì)基坑涌水量5 603.7 m3/d，本車(chē)站計(jì)劃工期15 個(gè)月，總計(jì)抽水量約165.5 萬(wàn)m3，周邊地下水位平均降深9.5 m。地下水長(zhǎng)時(shí)間抽排，將對(duì)周邊建筑物構(gòu)筑物造成較大影響。并且基坑外降水無(wú)法保證將施工區(qū)域內(nèi)的地下水降低至基坑底標(biāo)高以下，涌水、滑坡、坍塌等施工風(fēng)險(xiǎn)較大。同時(shí)周邊牧城驛水庫(kù)不定時(shí)泄洪、強(qiáng)降雨等不確定因素對(duì)地下水位影響較大。采用止水帷幕方法施工，對(duì)原始地下水無(wú)較大影響，可確保周邊建筑物構(gòu)筑物影響，基坑安全性可得到更大保證。

3.2.2 經(jīng)濟(jì)性分析

降水方案造價(jià)依據(jù)相關(guān)定額計(jì)算費(fèi)用約780 萬(wàn)元。止水方案造價(jià)依據(jù)相關(guān)定額計(jì)算費(fèi)用約954 萬(wàn)元。從經(jīng)濟(jì)性角度分析，造價(jià)費(fèi)用相差較小。

4 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目綜合考慮基坑臨近新建住宅小區(qū)的安全性，以安全性作為優(yōu)先保證，采取雙排咬合式旋噴止水帷幕。

針對(duì)類(lèi)似項(xiàng)目，提出如下建議：

1）臨近水庫(kù)、泄洪渠或者河流等具備外部水資源補(bǔ)給的深基坑工程，在實(shí)施之前要制定專(zhuān)項(xiàng)補(bǔ)勘及水文勘測(cè)研究方案，不可直接運(yùn)用歷史詳勘數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施做。

2）臨近住宅小區(qū)建設(shè)過(guò)程中，深基坑開(kāi)挖會(huì)影響地鐵項(xiàng)目水文，要進(jìn)行充分研判。

3）在富水地層中開(kāi)挖，且臨近建筑物的深基坑工程，具備咬合式止水帷幕施工條件的項(xiàng)目，可從基坑開(kāi)挖對(duì)臨近建筑物安全考慮，采用止水帷幕方案。