北京地鐵X站暗挖段干擾降水降深預測與應用

張新偉

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北京地鐵X站暗挖段干擾降水降深預測與應用

張新偉

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京100048）

以北京地鐵某線X站為例，研究由于該站受施工工法（兩端明挖中部暗挖）限制及交通和地下管線的影響，無場地實施封閉式管井井點降水，利用現(xiàn)有場地條件，在無法實施降水井封閉的區(qū)域周邊布設降水井，進行干擾降水的方法對該區(qū)域地下水進行控制的問題。本文通過計算基坑涌水量，并運用等值線預測地下水降深的方法，對暗挖段地下水位降深進行計算與預測，結合預測結果并綜合考慮周邊環(huán)境和場地實際情況等因素，優(yōu)化降水井布置，合理選擇降水井泵量，通過實踐檢驗達到了預期效果，既解決了由于無法實施封閉式管井井點區(qū)域的地下水控制問題，降低了工程風險，又節(jié)約了施工成本。

地鐵站；深基坑；干擾降水；降深預測

地鐵作為解決超大城市交通擁堵問題的重要手段這一典型特點，決定了地鐵線路必須穿行于城市的繁華區(qū)域，因此地鐵車站在該些區(qū)域的施工就難免受既有建筑物、交通道路及地下管線的影響，無法采用常規(guī)的施工手段。這其中就包括對地鐵車站施工范圍內(nèi)地下水控制的問題，在無法采用傳統(tǒng)封閉式管井井點降水方法的區(qū)域，如何有效的對地下水進行控制，保證地鐵結構安全施工，降低由于地下水滲流問題對周邊環(huán)境的影響就顯得尤為重要（張在明，2001；王杰等，2008；張波等，2011；江科，2010）。

1　工程背景

1.1工程概況

地鐵X站站中軌面標高約為22.017m，位于美術館東街、王府井大街、五四大街、東四西大街路口處，車站西北角為中國美術館，街角為約4000m2的市政綠地，西南角為空地；東北角為民航計算機業(yè)務大樓及民航總局；東南角為華僑大廈。車站所處交叉路口的東四西大街和美術館東街現(xiàn)狀均為雙向三車道，五四大街和王府井為雙向兩車道，美術館東街、東四西大街車流量較多，交通繁忙。

車站主站體采用站體兩端明挖法結合過路段雙洞暗挖法施工。

1.2場區(qū)地下水情況

場區(qū)內(nèi)主要賦存兩層地下水，自上至下：第一層為上層滯水，僅部分鉆孔揭露，第二層為潛水。

第一層：上層滯水，含水層為填土①層、粉土③2層、細粉砂③3層，靜止水位埋深2.30～9.0m，絕對標高36.00～43.12m。

第二層：潛水，主要含水層為粉細砂⑧4層、中砂⑧5層、卵石⑧9層、細砂⑨4層、中細砂⑩4層、卵石⑩9層，靜止水位埋深22.40～24.30m，絕對標高20.60～22.67m。

2　降水設計方案研究

2.1地下水影響分析

主站體暗挖段結構底標高為19.116m。場區(qū)內(nèi)第二層地下水，水位標高約為21.12m，高出結構底板約2m。暗挖段結構底部地層巖性以細砂層為主，滲透系數(shù)大，地下水徑流條件好，如不采用降水措施，在地下水作用下，施工過程中結構底板易產(chǎn)生涌水、底鼓，發(fā)生潛蝕、流砂、坍塌等（涂曉芳，2005），對結構施工安全產(chǎn)生嚴重影響。主體與地層關系見圖1：

圖1　主體與地層關系圖Fig.1 The Structure of the Subway Station and Stratum

2.2降水工程設計思路

本站位于十字路口，車流量較多，交通繁忙，并且路口下方存在一條D=2.4m的雨水管溝及一條3.6m×2.5m熱力管溝，所以車站中部采用暗挖法施工跨路。

本車站兩端采用明挖施工，有場地條件布設降水井進行基坑外降水。該站結構底以下含水層厚度較大（≥14m），因此可考慮采用干擾降水對暗挖段地下水進行控制。明挖段降水方案采用常規(guī)基坑外側(cè)布井方式及計算方法，因此本文對此不做詳細論述。明挖段降水井參數(shù)見表1。

表1　明挖段降水井參數(shù)表Tab.1 Parameter of Dewatering Wells in the Cut and Cover Section

暗挖段由于受交通及地下管線等條件的制約，采用常規(guī)基坑外側(cè)布設降水井的方案難以實施，由于本站地質(zhì)情況有采用干擾降水的條件，因此，暗挖段可采用借用兩端明挖段降水井進行干擾降水，以達到對暗挖段地下水進行控制的目的。為利于對計算結果進行對比分析，擬采用以下三種降水井借用方案：方案一：在暗挖段四象限借用明挖基坑處降水井共16眼，每象限4眼。方案二：在暗挖段四象限借用明挖基坑處降水井共24眼，每象限6眼。方案三：在暗挖段四象限借用明挖基坑處降水井共32眼，每象限8眼。

2.3降深控制要求

潛水：潛水位要求降至結構底0.5m 以下。

2.4基坑涌水量計算

暗挖段涌水量采用面狀基坑潛水完整井公式（13計算，計算結果見表2。

式中：Q——涌水量（m3/d）；H——含水層厚度（m）；K——滲透系數(shù)（m/d）；S——基坑水位降深（m）；R——降水井影響半徑（m）；r0——基坑等效半徑（m）。

表2　暗挖段涌水量計算參數(shù)表Tab.2 Parameter of Discharge Calculation in the Underground Excavation Section

3　降水水位的預測

3.1預測要求

根據(jù)上述計算結果對暗挖段降水水位進行預測，降水水位的預測計算應符合下列要求：①預測計算降水區(qū)的任意點地下水位，均能滿足降水深度的要求；②設計采用的滲透系數(shù)K 值應接近設計降水深度水位降深資料計算的K 值。暗挖段各點水位降深按面狀基坑潛水完整井穩(wěn)定流公式（23計算，在暗挖段內(nèi)任意選取多個點作為水位降深驗算點（圖2）。

圖2　水位降深驗算點布置Fig.2 The Arrangement of Drawdown Checking Points

式中：S 為任意點水位降深（m）；H 為含水層厚度（m）；ri為r1、r2、r3、…、rn降水井至任意計算點的距離（m）。

3.2降水水位預測參數(shù)

根據(jù)上述分析選取降水水位的預測計算參數(shù)見表3。降水井井點與驗算點間距按下列公式（33計算：以降深≥ 2.5m 為控制條件，各方案井數(shù)確定的前提下，計算得各方案所需泵量及驗算點干擾降深值見表4。

式中：xj為任意點降水井x 軸坐標，xi為任意點驗算點x 軸坐標，xj為任意點降水井y軸坐標，yj為任意點驗算點y軸坐標。

表3　降水水位預測計算參數(shù)表Tab. 3 Parameter of Calculation of Dewatering Prediction

表4　干擾降深預測結果參數(shù)表Tab.4 Parameter of Prediction of Interfering Drawdown

由表4可知，采用相應井數(shù)及泵量均可達到降深要求（降深≥2.5m）。因此可根據(jù)實際場地情況，先確定降水井井數(shù)，通過預測選取相應的泵量，以滿足相應降深要求。

由前節(jié)可知，明挖段降水井采用泵量為25m3/h，因此暗挖段優(yōu)選采用相同泵量潛水泵，以免在降水過程中需更換不同型號潛水泵。由此并結合場地周邊實際情況，選取方案二為降水方案。借用明挖段降水井及水位降深等值線見圖3、圖4、圖5，借用明挖段降水井設計參數(shù)見表5。

圖3　降水井布置圖Fig.3 The Arrangement of Dewatering Wells

圖4　暗挖段水位降深等值線圖Fig.4 Isogram of Drawdown in the Underground Excavation Section

圖5　暗挖段水位降深三維曲面圖Fig.5 3D Surface of Drawdown in the Underground Excavation Section

表5　降水井設計參數(shù)表Tab.5 Parameter of the Design of Dewatering Wells

4　結論

（1）該地鐵車站采用上述地下水控制方法已順利完成結構施工，由計算結果及實踐檢驗可知，對于結構底板下含水層厚度較大，滲透性較好的場區(qū)，在無場地條件實施封閉式管井井點降水的條件下，采用區(qū)域干擾降水方式進行地下水控制的方法是可行的，而且是有效的。

（2）采用干擾降水設計除需計算基坑涌水量外，還需進行相應降深預測，結合場地條件及經(jīng)濟條件，確定相應的降水井井數(shù)及泵量。

（3）預測計算降水區(qū)內(nèi)的任意點地下水位，均需滿足降水深度的要求。

（4）基坑涌水量計算應考慮地下水類型、補給條件，降水井的完整性、以及布井方式等因素，計算過程中應注意選擇合理的基坑涌水量及水位預測計算公式。

［1］張在明. 地下水與建筑基礎工程［M］. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［2］王杰，張飛，揚洪. 深基坑降水的水位控制［J］.沈陽建筑大學學報：自然科學版，2008，24（5）：748～752.

［3］張波，鄭繼強. 地鐵淺埋暗挖法降水施工技術研究［J］. 現(xiàn)代隧道施工技術，2011，48（S）：6～10.

［4］江科. 建筑深基坑降水方案研究［J］. 山西建筑，2010，36（15）：100～101.

［5］涂曉方. 北京地鐵五號線張自忠路站降水設計優(yōu)化研究［D］. 吉林：吉林大學，2005.

The Prediction and Application of Interfering Dewatering and Drawdown in the Underground Excavation Section of a Beijing Subway Station

ZHANG Xinwei
（Beijing Institute of Geological Engineering， Beijing 102600）

This paper aims to research the underground water control through interfering dewatering in a Beijing subway station where the closed tubular wells can not be arranged because of the construction method （cut and cover at the both ends and underground excavation in the middle） and underground pipelines. By calculating discharge of the foundation pit and applying isogram prediction drawdown， the arrangement of dewatering wells was optimized to achieve the expected result with the consideration of the pump capacity and the environment of the construction site. With the application this method， the problem of underground water control in the region is solved. Moreover， the construction risk is decreased and the cost was saved.

A subway station； Deep foundation pit； Interfering dewatering； Drawdown prediction

TU463

A

1007-1903（2016）02-0089-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.018

張新偉（1982- ），男，碩士，研究方向：巖土工程，Email：7899009@qq.com