沈陽地鐵2號線會展中心站工程降水方案論述

王小寶，邊 可

（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300051）

1 工程概況

1.1 車站概述

沈陽地鐵2號線會展中心站位于營盤南街和銀卡路交口處，營盤南街與渾河大街之間的綠地內(nèi)，綠地寬45 m。車站跨路口沿營盤南街呈南北設(shè)置。路口東北角為1～3層國際會展中心，東南角為汽車城，以二層建筑為主。會展中心站為地下雙層島式站臺，車站總長169.8 m，標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)寬18.50 m，車站主體及風(fēng)道、出入口均采用明挖法施工，基坑開挖最大深度為17.1 m，圍護結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。

1.2 車站范圍工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

車站位處沖洪積平原，地形平坦，周圍均為既有建筑等城市設(shè)施?？辈靾龅?zé)o不良地質(zhì)條件，場地穩(wěn)定，適宜建設(shè)，但地下水豐富，地基土滲透系數(shù)大，設(shè)計、施工過程中應(yīng)高度重視地下水對工程及周邊建（構(gòu)）筑物的不利影響。該場地勘察期間水位埋深7.20～11.60 m。

由于近年來對地下水開采的控制，地下水位有上升的趨勢，設(shè)計時應(yīng)考慮上浮問題?？垢≡O(shè)計水位可按水位埋深1.00～2.00 m考慮，相當(dāng)于標(biāo)高約43 m。該站設(shè)計水位取水位埋深1.5 m計算。本次勘察對主要層位③-4、④-4、⑤-4礫砂及⑦-1泥礫層進行室內(nèi)滲透試驗，各層的滲透性見表1。車站地層、巖性、水文地質(zhì)特征等詳見圖1。

表1 地基土滲透性表

2 降水方案分析和計算

2.1 地下水影響分析及降水方案

該區(qū)段地下水類型屬第四系松散巖類孔隙潛水，主要賦存在中粗砂、礫砂及圓礫層中，主要含水層厚度24.3～27.5 m，屬水量極豐富區(qū)。

該區(qū)段地下水的補給來源主要為側(cè)向逕流，總體上由北東向南西逕流，局部由于水源井的開采形成小范圍的降落漏斗。主要排泄方式為人工開采，次為側(cè)向逕流排泄。

勘察期間水位埋深7.20～11.60 m。據(jù)資料顯示，區(qū)內(nèi)地下水位一年有兩次突升。一次在5月初，因大伙房水庫大量放水；另一次出現(xiàn)在7月末至8月初的主汛期，此時達(dá)到最高水位。9月下旬至翌年4月末，地下水位最低，地下水位年變幅約2 m。地下水位的動態(tài)變化還受地下水開采量的控制。

2.1.1 坑內(nèi)降水方案

基坑圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻、鉆孔咬合樁、挖孔咬合樁單層結(jié)構(gòu)，擋土、截水功能合一，或基坑采用圍護樁（鉆、挖）與截水帷幕聯(lián)合作用，帷幕截水，圍護樁承載。降水井在基坑內(nèi)梅花型均勻布置，采用管井群井降水。

這種方案適用于軟土、粘土或富水砂層中明挖修建的車站和區(qū)間，在上海地鐵1號線工程中最早成功使用，其后在廣州、深圳、南京、天津均被采用，在控制坑外地表沉降、減少排水量等方面積累了較為成熟的經(jīng)驗。

2.1.2 坑外降水方案

基坑圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻、鉆孔（咬合）樁、挖孔（咬合）樁單層結(jié)構(gòu)，降水井在基坑外沿圍護結(jié)構(gòu)布置，采用管井群井降水，必要情況下采用深井回灌技術(shù)。這種方案適用于富水砂層采用明、蓋挖或淺埋暗挖法施工的車站和區(qū)間。北京地鐵最早成功采用，其后在北京的各條地鐵線建設(shè)中均采用這種降水方案，同樣取得了較為理想的效果和經(jīng)驗。

圖1 車站地質(zhì)縱斷面圖

2.1.3 堵水方案

堵水方案是采用注漿、攪拌、旋噴等方法將基坑或洞體周邊進行隔水封閉的方案。對明挖方案可以通過兩側(cè)垂直帷幕和基底水平帷幕的型式進行封閉；對于淺埋暗挖方案，可以采用洞體周圍注漿形成隔水帷幕的型式進行封閉。堵水方案在國內(nèi)還沒有作為主方案的先例。對于局部降水效果不好或降水條件不具備時采用堵水方案。此種方案作為一種輔助措施在北京、廣州等城市均有所采用。

2.1.4 降水方案確定

通過方案比較，根據(jù)該區(qū)段工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，含水層很厚，滲透性好，若在基坑內(nèi)降水，由于基坑底部隔水層很薄或缺失，不能有效地阻隔基坑底部涌水，基坑涌水量也很大，并且在基坑內(nèi)布井影響結(jié)構(gòu)施工，增加了結(jié)構(gòu)施工的時間，也增加了降水的時間。因此綜合考慮，該車站基坑采用坑外管井降水方案。

2.2 降水量分析與計算

2.2.1 排水量計算

（1）總排水量計算

由于車站地下水類型主要為孔隙潛水，為簡化計算，采用《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）F.0.2T條非完整井基坑出水量（潛水）公式來估算車站的涌水量，涌水量計算公式如下：

式（1）中：Q——隧道涌水量，m3/d；

H——潛水含水層厚度，m；

ro——基坑等效半徑(m)，ro=0.29（a+b）；

h——降水井處含水層厚度，hm=（H+h）/2；

R——影響半徑，m；

k——滲透系數(shù)，（m/d）。

根據(jù)上述計算結(jié)果，車站明挖法施工且不考慮止水措施的條件下，車站基坑總涌水量為63511.31 m3/d。

（2）單井出水量計算

設(shè)單位長度過濾器時單井出水量為q0，降水井井徑為φ705 mm，井管管徑為φ400 mm，計算q0=968.2 m3/d。

2.2.2 降水設(shè)計參數(shù)確定

管井布設(shè)：井間距約9 m，井?dāng)?shù)為65眼，沿基坑、風(fēng)道和出入口周邊布置。

鑿井井徑705 mm，井管直徑400 mm；降水井井深20.20 m，工作時間480 d，設(shè)計出水量5650.1 m3/d，揚程 25.0 m；泵型 150QJ(R)25－3916，匹配電機YQS(u)150－4(4KM)，裝機總?cè)萘?432 kW。

降水井構(gòu)造詳見圖2。

2.2.3 排水設(shè)計參數(shù)確定

據(jù)《給排水工程快速設(shè)計手冊》，城市污水管道、雨水管道的充滿度流速規(guī)定如下：

（1）金屬管線最大充許流速小于等于10 m/s,非金屬管線最大充許流速小于等于5 m/s。

（2）最大設(shè)計充滿度：當(dāng)管徑小于等于300 mm時，為0.6；當(dāng)管徑等于400 mm時，為0.7；當(dāng)管徑大于400 mm時，為0.75。

（3）雨水管道充滿度一般按滿流計算。

3 降水井結(jié)構(gòu)及成井要求

為保證單井出水量和成井工藝等要求，成井井徑采用705 mm，井管直徑400 mm，全孔下放φ400無砂水泥濾水管，井口下部3 m范圍內(nèi)濾水管外包一層100～150 g/m2針刺無紡布，并用黏土回填夯實。井深范圍內(nèi)管外回填卵（礫）石濾層。過濾層濾料應(yīng)具有一定的磨圓度，濾料含泥量（含石粉）不大于3%。各方位填料應(yīng)均勻，速度不得過快，避免造成濾管偏移及濾料在孔內(nèi)架橋現(xiàn)象。洗井后濾料下沉應(yīng)及時補充濾料，實際填料量不小于理論計算量的95%。降水井施工時，井徑誤差±20 mm，垂直度誤差不大于1%，井管安置應(yīng)對中。

圖2 降水井結(jié)構(gòu)大樣圖(單位：mm)

4 降水工程的輔助措施及補救措施

4.1 建立地下動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)

由于降水周期較長，降水使場區(qū)地下水均衡關(guān)系發(fā)生較大變化，必然對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。為了較準(zhǔn)確地掌握場區(qū)地下水動態(tài)變化，及時采取必要的處理措施，在降水工程實施的同時，應(yīng)建立地下動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，監(jiān)測點的設(shè)置原則為：

（1）在抽水影響半徑內(nèi)呈放射狀設(shè)置觀測孔；

（2）抽水影響半徑以內(nèi)的高大建筑物、古建筑物、危改類建筑物與抽水系統(tǒng)之間布設(shè)觀測孔；

（3）不同含水層位設(shè)分層觀測孔、取水孔。

地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)提供的資料為：地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)、地下水質(zhì)月監(jiān)測數(shù)據(jù)、工點的排水量數(shù)據(jù)、排水含砂量數(shù)據(jù)。

4.2 建立沉降監(jiān)測網(wǎng)

在降水工程實施之前，要根據(jù)降水設(shè)計中計算的抽水量影響范圍結(jié)合工程實際情況對一定范圍內(nèi)的典型建筑（高大建筑、重要建筑、古建筑及橋梁等）布設(shè)沉降監(jiān)測點，在抽水期間要進行連續(xù)沉降觀測，若累計沉降量接近預(yù)警值（根據(jù)不同類型建筑確定的不同預(yù)警值）時，及時上報并采取措施。

4.2.1 局部異常水處理措施

該車站為明挖基坑，在雨季時應(yīng)做好防澇措施，地下各種水管有可能發(fā)生滲漏或爆裂，也應(yīng)事先準(zhǔn)備好緊急排水措施。應(yīng)準(zhǔn)備足夠的備用潛水泵，能夠滿足隨壞隨換。

4.2.2 局部加深部位的承壓水影響分析及處理

當(dāng)設(shè)計的降水井能力已無法滿足加深部位的降水要求時，可對加深的部位專門設(shè)計降水井，抽水結(jié)束后再進行封堵處理。

4.2.3 備用電源措施

為了保證降水期間抽水持續(xù)作業(yè)，防止長時間停電造成水位回升，影響地下結(jié)構(gòu)施工，需考慮備用電源，建議采取以下措施：

（1）在原有供電系統(tǒng)上，還要采取作為二路供電系統(tǒng)應(yīng)急備用電源，并配有自動切換裝置。

（2）如因現(xiàn)場無法實施二路供電系統(tǒng)，則必須配備發(fā)電機作為應(yīng)急備用電源。

5 結(jié)語

（1）該工程根據(jù)場地地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，采用管井坑外降水方案是合理的，既保證了基坑無水作業(yè)，又對工程土建施工干擾影響較小，還可以縮短建設(shè)周期。

（2）降水的定量計算是建立在一定模型基礎(chǔ)上的，現(xiàn)場水文地質(zhì)是千變?nèi)f化的，因此，定量預(yù)測尚需進一步研究和探討。

（3）地鐵工程降水是地鐵施工建設(shè)的重要組成部分，直接影響工程建設(shè)的實施，控制工程建設(shè)周期，在整個工程建設(shè)中作用重大，意義深遠(yuǎn)。

（4）該工程目前已順利竣工通車，為地鐵降水工程設(shè)計成功實例，對以后類似工程有一定指導(dǎo)和借鑒作用。

[1]JGJ/T 111-1998，建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].

[3]GB 50157-2003，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[4]天津市市政工程設(shè)計研究院.沈陽地鐵2號線會展中心站圍護結(jié)構(gòu)施工圖[Z].天津：天津市市政工程設(shè)計研究院，2006.