地鐵車站基坑內(nèi)降水施工技術(shù)

程旭

摘要：太原市軌道交通2號線一期工程晉陽街站，周邊環(huán)境復(fù)雜，位于城市主干道，車流量較大，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，如何在施工過程中降低建筑范圍內(nèi)地下水位是一項(xiàng)比較復(fù)雜的技術(shù)難題，本文采用疏干降水深井、減壓降水深井、水位觀測井對地下水位進(jìn)行降水施工。針對降水工藝及運(yùn)行詳細(xì)介紹了基坑內(nèi)降水施工技術(shù)，為今后類似基坑內(nèi)降水提供技術(shù)參考。

Abstract： The surrounding environment of Jinyang Street station of the first phase of Taiyuan City Metro Line 2 is complex. It is located in the city roads， traffic is large and the geological environment is complex. How to reduce the groundwater level in the construction process is a complex technical problem. In this paper， dewatering dewatering deep wells， vacuum dewatering deep wells， water level observation wells are used to carry out the construction of underground water level. In this paper， the construction technology of dewatering in foundation pit is introduced in detail， which can provide technical reference for similar foundation pit dewatering in the future.

關(guān)鍵詞：地鐵；基坑；降水；施工

Key words： metro；foundation ditch；precipitation；construction

中圖分類號：TV551.4+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）09-0173-03

0 引言

地鐵車站位于高水位地帶，深基坑施工中要保證深基坑無水，施工難度大，安全風(fēng)險高。本文所述太原地鐵2號線晉陽街站，基坑深度超過20米，地下水位高，降水是施工的首要條件，本文通過對復(fù)雜困難條件下深基坑降水施工技術(shù)研究，總結(jié)出一套經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的降水方案及工藝，為今后類似工程提供借鑒。

1 工程概況

太原市軌道交通2號線一期工程晉陽街站，為新增車站，為太原城市軌道交通2號線與3號線同期施工T形換乘車站，位于長治路和晉陽街交叉口，2號線車站沿長治路南北方向布置，3號線位于路口東側(cè)沿晉陽街東西向布置。2號線車站主體為明挖地下兩層（換乘節(jié)點(diǎn)處地下三層）島式車站，為雙柱三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，總長231.30m，標(biāo)準(zhǔn)段總寬23.1m，總高14.99m。

擬建場地在勘探深度內(nèi)的地下水類型主要為淺層孔隙潛水，局部存在上層滯水，以2-4、3-5粉細(xì)砂及2-5、3-6中砂為主要含水層，含水層滲透系數(shù)為5～20m/d，該站點(diǎn)富水性中等。

場地內(nèi)地下水主要受大氣降水及汾河側(cè)向徑流和城市供水、排水滲漏補(bǔ)給。地下水排泄方式以蒸發(fā)、人工抽取地下水及側(cè)向徑流補(bǔ)給汾河為主。

勘察期間，實(shí)測場地地下水位埋深5.1～6.9m（高程介于770.14～772.15m之間）。據(jù)太原市水文觀測資料，場地區(qū)域常年地下水位埋深在3m（高程約773m左右）。地下水受季節(jié)性降水和地表水體補(bǔ)給影響，根據(jù)《山西省太原市地下水動態(tài)觀測報告》，每年12月至次年1月為枯水期，7月～9月為豐水期，地下水位變幅0.8～1.4m。

2 工程重難點(diǎn)

根據(jù)本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)特征和擬建場地的水文地質(zhì)特征，本基坑工程的安全極大程度上依賴于基坑降水的成功與否，這使得降水設(shè)計的可靠性十分重要，本降水工程的特點(diǎn)及難點(diǎn)分析：

①根據(jù)勘察報告，場區(qū)內(nèi)地下水類型為第四系松散層淺層孔隙潛水。其中粉土層、粉細(xì)砂層、中砂層為含水層，粉質(zhì)黏土層作為不連續(xù)隔水層，各地層中地下水相互具水力聯(lián)系，水量十分豐富。止水帷幕墻趾位于2-4粉細(xì)砂層及2-5中砂層中，換乘節(jié)點(diǎn)止水帷幕墻趾位于3-4-1黏質(zhì)粉土層中，未完全隔斷第四系松散層淺層孔隙潛水，基坑內(nèi)外存在一定的水力聯(lián)系。

②為確?；禹樌_挖，需降低基坑開挖深度范圍內(nèi)的土體含水量，含水量豐富，降水難度較大，如抽水達(dá)不到要求，土體含水量過高導(dǎo)致土方作業(yè)無法進(jìn)行，嚴(yán)重時導(dǎo)致流砂或管涌。

③本車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約19.6m，端頭井開挖深度約20.25～21.2m，換乘節(jié)點(diǎn)開挖深度約27.9m，基坑開挖深度較深，針對2-4層承壓水進(jìn)行了減壓降水，且基坑大底板大部分區(qū)域已經(jīng)揭穿2-4/2-5承壓含水層頂板，需要將承壓水水位降至底板面以下1m，減壓幅度較大，降水難度較大。

④基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm地下連續(xù)墻（換乘節(jié)點(diǎn)為1000mm地下連續(xù)墻），標(biāo)準(zhǔn)段基坑地連墻嵌固深度9.82m，端頭井基坑地連墻嵌固深度10.15（10.61）m，換乘節(jié)點(diǎn)基坑地連墻嵌固深度14m，未完全隔斷第四系松散層淺層孔隙潛水，基坑內(nèi)外存在一定的水力聯(lián)系，導(dǎo)致降水難度增加。

⑤本基坑工程面積較大，需要降低地下水位的幅度較大，降低承壓水位勢必會對臨近建筑物及地下管線等造成一定程度的影響，環(huán)境要求較高，降水必須做到按需降水。

3 降水井選擇

本工程基坑開挖深度范圍內(nèi)主要為潛水含水層，開挖面以下存在承壓水。根據(jù)已實(shí)施的大量基坑工程的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，類似基坑工程的降水設(shè)計施工一般采用疏干降水深井、減壓降水深井等分層進(jìn)行針對性降水。

3.1 疏干降水深井的布置

南端頭井及3～11軸，面積共1971m2，共布置疏干降水深井11口，井深28m、29m；換乘節(jié)點(diǎn)共布置疏干降水深井4口，井深37m；14～25軸及北端頭井，面積共2565m2，共布置疏干降水深井15口，井深28m、29、30m。

3.2 減壓降水深井的布置

標(biāo)準(zhǔn)段區(qū)域坑內(nèi)減壓降水深井井深29、30m，過濾器7m；南端頭井區(qū)域坑內(nèi)減壓降水深井井深31m，過濾器8m；北端頭井區(qū)域坑內(nèi)減壓降水深井井深31m，過濾器7m；換乘節(jié)點(diǎn)區(qū)域坑內(nèi)布置減壓降水深井井深41m，，過濾器9m；減壓降水深井孔徑650mm，井管及過濾器外徑273mm。

3.3 水位觀測井及備用井的布置

需實(shí)時監(jiān)測坑外水位變化情況，坑外45m/口布置水位觀測井，共布置12口，井深22m（換乘節(jié)點(diǎn)坑外水位觀測井29m）。

4 降水施工部署

4.1 成井工藝流程

施工準(zhǔn)備→鉆機(jī)進(jìn)場→定位安裝→開孔→下護(hù)口管→鉆進(jìn)→終孔后沖孔換漿→下井管→稀釋泥漿→填砂→洗井→下泵試抽。

4.2 成井設(shè)備選型

本項(xiàng)目使用的鉆井設(shè)備適用于當(dāng)?shù)劂@井平臺，成孔采用反循環(huán)天然泥漿和泥漿壁旋轉(zhuǎn)鉆孔。鉆頭采用帶保徑圈的三翼鉆頭，鉆頭直徑按設(shè)計及規(guī)范要求選用。此類鉆頭在施工過程中能夠保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和鉆孔質(zhì)量，可有效控制成孔中的縮徑現(xiàn)象。

4.3 成井施工技術(shù)要求

①準(zhǔn)備工作。

依據(jù)施工方案，確保材料和人員都落實(shí)到位，科學(xué)安排人財物，保持和甲方及總包單位的良性溝通。

②材料到位。

安排專人負(fù)責(zé)進(jìn)料，工程師進(jìn)行核定，確保使用的每項(xiàng)材料的質(zhì)量都是合格的。

③進(jìn)出場、定位、埋設(shè)護(hù)孔管。

現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)“三通一平”后，鉆機(jī)進(jìn)場。確定鉆井井位后，應(yīng)置于硬質(zhì)粘土或砂礫路渣上固定基礎(chǔ)。鉆機(jī)放置應(yīng)穩(wěn)固、水平，保持管中心、磨盤中心、吊鉤應(yīng)垂直于同一直線上。埋設(shè)護(hù)孔管要求垂直，并打入原狀土中10～20cm，外部使用粘土填充壓實(shí)，井管，砂料在鉆前必須全部到位后方可進(jìn)行鉆孔，鉆孔斜度不大于1%（對轉(zhuǎn)盤采用水平尺校平），要求整個鉆孔壁圓整光滑，鉆孔不允許使用有彎曲的鉆桿。

④鉆進(jìn)清孔。

盡量使鉆進(jìn)過程泥漿比重保持在1.08～1.15之間，最好利用地層自然造漿，同時為了避免鉆具產(chǎn)生一次彎曲，整個鉆井過程要求大鉤收緊后慢慢進(jìn)入，尤其是開孔口不能讓機(jī)上鉆桿和水接頭產(chǎn)生大幅擺動。每鉆進(jìn)一根鉆桿應(yīng)重復(fù)掃孔一次，并清理孔內(nèi)泥塊后再接新鉆桿，終孔后孔內(nèi)應(yīng)完全清理干凈，直到返回泥漿內(nèi)不含泥塊，返出的泥漿含砂量<12%后提鉆。

⑤下井管及濾管。

參考設(shè)計的井深，預(yù)先把井管進(jìn)行排列、組合，要求下管時根據(jù)高程嚴(yán)格控制所有深井的底部，保持井口高程不變。使井管平穩(wěn)入孔，找平每節(jié)井管的兩埠，保持其下端有45度坡角，兩根焊管應(yīng)從直線方向看對稱焊接，確保焊接垂直、無縫。為了保證井管不依井壁和確保砂的填充厚度，在濾水管上下部各加一組扶正器，以確保環(huán)形填砂間隙厚度大于150mm。橋式過濾器間隙（約1.5～2.0mm）均勻，圓孔過濾器直徑約10～15mm，外包一層40目過濾器。下管要精確到位，自然下降，稍轉(zhuǎn)動落到位，不可強(qiáng)力壓下，以免損壞過濾器結(jié)構(gòu)。

⑥填砂。

將填充砂（中～粗砂）沿井壁周圍緩慢均勻地填充，并隨時監(jiān)測填充物的頂部高度，不得超高。水平向砂填充厚度不小于150mm，垂直砂填充高度嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進(jìn)行。

⑦洗井。

對于疏干降水深井宜采用空壓機(jī)洗井，當(dāng)壓縮空氣通過進(jìn)氣管通到排水管下部時，排水管中變成氣水混合物密度小于排水管外的泥水混合物密度，這樣管內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，排水管外的泥水混合物，在壓力差作用下流進(jìn)排水管內(nèi)，井管內(nèi)就變成氣、水、土三相混合物，其密度隨摻氣量的增加而降低，三相混合物不斷被帶出井外，濾料中的泥土成分越來越少，直至清洗干凈，含砂率≤1/20000。

減壓降水深井洗井采用空壓機(jī)洗井方法，洗井到清水并測定含砂率，含砂量不大于1/50000。

下井管、回填濾料及粘土封孔后，對減壓降水深井進(jìn)行活塞洗井，待洗通濾料后，提出活塞，再利用空壓機(jī)進(jìn)行洗井。

活塞直徑和井管內(nèi)徑之間的差值直徑約為5mm，活塞桿底部必須增加閥門。當(dāng)清洗井孔時，活塞必須從過濾管的下部向上拉動以將水從孔口抽出。對出水量很少的井，可以使活塞在過濾器部分上下移動，并撞擊孔壁泥漿，此時應(yīng)向井內(nèi)邊注水邊拉活塞。當(dāng)活塞出水后，水內(nèi)基本上不含泥沙時，可以換用空壓機(jī)抽水洗井，吹出管底沉淤，直到水清不含砂為止，疏干降水深井在成井結(jié)束后直接用空壓機(jī)洗井。

完成洗井后，可以抽水泵進(jìn)行下一次測試，試泵成功，代表井完成一口井，可以投入使用。如圖1。

⑧試抽水。

要求泵體安裝要穩(wěn)，試抽水前應(yīng)確保各項(xiàng)準(zhǔn)備工作已完成，排水管及電源線路都處于正常狀態(tài)，測定井內(nèi)水位及觀測孔水位變化及流量。

4.4 成井施工特殊過程質(zhì)量控制表

由于本工程降水施工過程有其特殊性，在具體的施工過程中應(yīng)依照表1嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量控制。

4.5 成井施工安全保證措施

4.5.1 連續(xù)供電

①雙電源保證。

由于施工過程中一旦發(fā)生停電現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和基坑安全，后果不堪設(shè)想，因此為保證成井施工安全，應(yīng)在施工現(xiàn)場設(shè)置兩路工業(yè)用電，保證即使一路工業(yè)用電出現(xiàn)停電現(xiàn)象后，另一路工業(yè)用電也能夠在十分鐘之內(nèi)提供電力，繼續(xù)發(fā)揮供電作用，保證成井施工安全。

②電源切換流程。

當(dāng)切換電源時，應(yīng)統(tǒng)一指揮降水人員、發(fā)電機(jī)工、電工，使其各司其職，協(xié)調(diào)操作。

③其他注意事項(xiàng)。

由于切換電源時會影響到水泵的正常工作，因此降水人員在進(jìn)行切換電源操作時應(yīng)安排工作人員準(zhǔn)備啟動水泵；如果使用的是發(fā)動機(jī)，切換電源前應(yīng)先發(fā)電，且必須發(fā)電機(jī)穩(wěn)定工作后才能進(jìn)行切換操作；恢復(fù)正常供電后，先切換電源，再關(guān)閉發(fā)電機(jī)，且必須是在供電工作穩(wěn)定后方可切換。

4.5.2 水位監(jiān)控

工地現(xiàn)場正式抽水運(yùn)行后，分別利用基坑內(nèi)外布設(shè)的單獨(dú)水位觀測井，每天固定時間段采用人工監(jiān)測水位的方法，測量開挖過程中基坑內(nèi)外的水位變化，一方面用于水位測量，另一方面用于監(jiān)控水位狀態(tài)，一旦水位異常，可以第一時間發(fā)現(xiàn)，及時作出處理。

4.5.3 排水保證

本基坑中地下水的排水過程分為地下排水及地表排水兩個相互銜接的過程，采取以下排水措施。

地下排水：地下水通過水泵抽吸至井口，由鋼泵管（或軟管）排水至基坑外側(cè)的排水溝或者排水總管，在鋼泵管（或軟管）與排水總管搭接處需安裝逆止閥，防止地下水沿排水管路回灌。

地表排水：地下水引至地表后，于基坑四周布置排水總管，將地下水排入市政排水管道（或者其他總包單位提供的排水口）。

應(yīng)注意在冬季施工時，排水總管應(yīng)外包保暖材料，防止管道凍裂。

開挖過程中的明排水：針對開挖過程中的排水問題，主要有雨水、圍護(hù)滲漏水、日常灑水等等。針對雨水、日常灑水等可以進(jìn)行收集后集中排出坑外。由于在開挖過程中基坑開挖較深，在遇到雨水較頻繁的季節(jié)，特別是在進(jìn)行到第二層土方以后，由基坑內(nèi)向外排水的困難更大，利用管道收集雨水，集水箱集中排出。

4.5.4 井管保護(hù)

基坑開挖時注意保護(hù)降水井管，降水井管管材強(qiáng)度有限，機(jī)械設(shè)備不得碰撞和沖擊，挖機(jī)等不能直接碰撞坑內(nèi)井管，井周邊500mm范圍內(nèi)的土不得用機(jī)械開挖。

5 結(jié)束語

太原市軌道交通2號線一期工程晉陽街站基坑按照此方法進(jìn)行降水施工，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)組織施工，降水效果非常理想，保證了施工進(jìn)度、安全、質(zhì)量，為以后類似基坑內(nèi)降水施工提供了參考。

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