強(qiáng)透水粉細(xì)砂地層地鐵車(chē)站降水施工技術(shù)

摘 要：以武漢地鐵8號(hào)線三標(biāo)段徐家棚站土建施工作為背景，該站在地貌特征上是屬于長(zhǎng)江區(qū)域一級(jí)階地的一個(gè)全新統(tǒng)沖積區(qū)單元，其與長(zhǎng)江大堤的最短距離約為600米，與四美塘公園的最短距離約為200米。周邊建筑物、交通和管線復(fù)雜，車(chē)站最大開(kāi)挖深度達(dá)28.9米，為8號(hào)線最深基坑之一?；拥囊话胩幱诜奂?xì)砂地層，基底承壓水水量豐富，江水對(duì)砂土層的孔隙式承壓水的影響很大，具體表現(xiàn)為，在江水充裕的時(shí)候，江水的一部分補(bǔ)充到地下水中，而在江水相對(duì)枯竭的時(shí)候，地下水則會(huì)反補(bǔ)江水，其幅度與到長(zhǎng)江的距離成反比，基坑突涌的可能性較大。本文對(duì)粉細(xì)砂強(qiáng)透水地層深基坑降水方案和技術(shù)措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：地鐵施工；粉細(xì)砂地層；承壓水；降水施工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.122

1 工程概況

武漢軌道交通8號(hào)線徐家棚站橫跨居民區(qū)域、和平大道、三三七鐵路貨場(chǎng)，大致呈東西走向；有效站臺(tái)中心里程：右DK13+124.380，車(chē)站起點(diǎn)里程：右DK12+948.799，車(chē)站終點(diǎn)里程：右DK13+386.632，外包總長(zhǎng)447.014m ，寬13.9～66.7m，基坑深約24.04～28.99m，總建筑面積4.2萬(wàn)平方米，主體結(jié)構(gòu)為雙層兩跨局部三層四跨（五跨）矩形框架結(jié)構(gòu)，側(cè)式站臺(tái)車(chē)站，有效距離為186米。5號(hào)線部分是典型的地下二層島式，沿和平大道設(shè)置，基坑深度約16m。徐家棚車(chē)站設(shè)置七個(gè)出入口、五個(gè)安全疏散口，四組高風(fēng)亭。

徐家棚站在地貌特征上是屬于長(zhǎng)江區(qū)域一級(jí)階地的一個(gè)全新統(tǒng)沖積區(qū)單元，施工地區(qū)到長(zhǎng)江大堤的最短距離約為600米，到四美塘公園的最短距離約為200米。沿線上覆土層主要為近代人工填土層（Qml）、第四系統(tǒng)河流沖積土層、砂層（Q4al），下部基巖為白堊-第三系砂質(zhì)泥巖及礫巖。

考慮該區(qū)域內(nèi)含水介質(zhì)和地下水的類(lèi)型，我們將其中的地下水劃分成三種類(lèi)型：上層滯水、松散巖類(lèi)孔隙水以及基巖裂隙水。

2 降水工程設(shè)計(jì)思路及驗(yàn)證

2.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)水文條件及工程特征，借鑒類(lèi)似降水經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)采取以下策略：

（1）首先于基坑中放置管井降水是，由此一方面能把地下水的水位拉低到開(kāi)挖面以下，另一方面能對(duì)開(kāi)挖區(qū)域中的地層進(jìn)行較好的疏干。

（2）出于方便后期進(jìn)行封井的考慮，將降水井濾管的布置范圍定在基坑之下，實(shí)管則布置在底邊上面；接下來(lái)，在降水井中回填濾料，以此來(lái)提高地層的垂向滲透能力。與此同時(shí)，將位于開(kāi)挖面之上的一部分疏干井加設(shè)濾管，目的是提高疏干能力。

（3）在基坑的外面布設(shè)水位觀測(cè)井，具有三重作用：①常規(guī)情況下，可以將其當(dāng)做水位觀測(cè)井，可以對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水能力進(jìn)行預(yù)估；②當(dāng)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)滲漏或管涌現(xiàn)象，且很難進(jìn)行有效封堵的時(shí)候，開(kāi)啟該備用井，可以達(dá)到降低坑外水壓力的效果，由此達(dá)到可以進(jìn)行封堵的條件，避免問(wèn)題的進(jìn)一步惡化；③對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工的時(shí)候，實(shí)際的止水效果是不足百分之百的，也就是說(shuō)存在著一定的漏洞，因此當(dāng)這種極端情況發(fā)生時(shí)，利用坑外井進(jìn)行回灌，就可以達(dá)到控制坑外水位的效果。

（4）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，需嚴(yán)格保護(hù)好降水井，降水井僅靠砼支撐布置，制作維護(hù)平臺(tái)，開(kāi)挖過(guò)程中井管保留至封井結(jié)束。

（5）對(duì)該井進(jìn)行施工之前，首先要完成現(xiàn)場(chǎng)抽水，驗(yàn)證降水方案；正式開(kāi)挖前，進(jìn)行生產(chǎn)性驗(yàn)證抽水試驗(yàn)。

2.2 降水井布置

圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入15a-1所示的弱膠結(jié)砂質(zhì)泥巖或15b-1所示的弱膠結(jié)砂礫巖中，理論上已經(jīng)隔斷了基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，只需在坑中布設(shè)降水井，由此把承壓水位拉低到開(kāi)挖面之下，然后疏干土體就可以達(dá)到目的。一般通過(guò)單井中的有效抽水范圍a井的經(jīng)驗(yàn)值來(lái)求取，但另一方面，該經(jīng)驗(yàn)值的獲取，則需要綜合考慮土體特性和基坑形態(tài)。由于本工程基坑正好處在承壓含水層里，而砂性地層中又存在薄層粘土夾層，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏及坑外地下水通過(guò)基巖裂隙補(bǔ)給坑內(nèi)地下水，本次單井有效降水面積取約350m2。

由下面的這個(gè)公式，我們能對(duì)基坑降水井的數(shù)量進(jìn)行求?。?/p>

式中：—井?dāng)?shù)（口）；—基坑疏干面積（m2）；a井—單個(gè)井中有效抽水范圍的經(jīng)驗(yàn)值（m2）。

通過(guò)計(jì)算，坑內(nèi)共布置39口降水井（含2口觀測(cè)備用井），其中①～?軸布置14口，15～43軸布置25口。

2.3 降水方案模擬驗(yàn)證

數(shù)值法可以借助程序化運(yùn)算操作，對(duì)不同情況下的地下水流情況進(jìn)行模擬，由此能解決止水帷幕、不同邊界等條件對(duì)地下水流動(dòng)的影響。本次在對(duì)包括地質(zhì)、水文條件在內(nèi)的多種資料進(jìn)行綜合考慮的基礎(chǔ)上，使用visualmodflow軟件對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行模擬。

2.3.1 水文地質(zhì)概念模型

根據(jù)相關(guān)資料，將該場(chǎng)區(qū)劃分成5個(gè)不同的層，見(jiàn)圖1，自上而下分別為：

第1層為由雜填土、粘土、粉質(zhì)粘土等組成的微～弱透水層；

第2層為由（3-5）粉土夾粉質(zhì)黏土、粉砂層組成的中等透水層；

第3層為有（4-1）細(xì)砂層組成的強(qiáng)透水層；

第4層為由（4-2）細(xì)砂層和（4-3）中粗砂層組成的強(qiáng)透水層；

第5層為由底部基巖。

2.3.2 邊界條件

采用六面體網(wǎng)格剖分方式，水平面上使用非等距的網(wǎng)格剖面，加密區(qū)重最小的單元格規(guī)格為1×1m2，其他區(qū)域中國(guó)單元格規(guī)格約為25×25m2。

2.3.3 模型參數(shù)

對(duì)于地下水流的數(shù)學(xué)模型，其中主要得模型參數(shù)為滲透系數(shù)（Kxx、Kyy、Kzz），其大小決定了理論模型和實(shí)際模型的擬合程度，并且影響著基坑涌水量的預(yù)測(cè)情況。本次使用的參數(shù)如下表所示：

注：構(gòu)建模型時(shí)已經(jīng)對(duì)地層的各向異性條件進(jìn)行了考慮。endprint

2.3.4 模型計(jì)算結(jié)果

本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)理論上隔斷承壓含水層，但是可能存在滲漏，坑內(nèi)降水后，基坑內(nèi)外存在較大的水位差。

通過(guò)模型的運(yùn)算分析，第一段基坑內(nèi)布置14口（含20%備用觀測(cè)井）降水井可將基坑內(nèi)地下水位降至開(kāi)挖底板下（降深約為27m，標(biāo)高約-7m），基坑內(nèi)外水位差約為17m，見(jiàn)圖2，單井出水量約為1000m3/d，第一段基坑涌水量為12000m3/d。

通過(guò)模型的運(yùn)算分析，第二段基坑內(nèi)布置25口（含20%備用觀測(cè)井）降水井可將基坑內(nèi)地下水位降至開(kāi)挖底板下（降深約為22m，標(biāo)高約-2m），基坑內(nèi)外水位差約為12m，見(jiàn)圖3，單井出水約為1000m3/d，第二段基坑涌水量為21000m3/d。

根據(jù)計(jì)算出的單井出水能力，在外界條件的作用下，實(shí)際的涌水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論值，因此，借鑒以往經(jīng)驗(yàn)，將實(shí)際單井出水量定為理論單井值的0.4～0.9倍，本次計(jì)算取單井出水量為q=1000m?/d符合理論結(jié)果。

通過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)算，本次方案可滿足相關(guān)降水要求，但是基坑地連墻內(nèi)外存在較大的水位差，極易發(fā)生管涌，滲漏，需在基坑外設(shè)置備用觀測(cè)井，平時(shí)可觀測(cè)基坑外地下水水位，當(dāng)?shù)剡B墻出現(xiàn)滲水流砂時(shí)，會(huì)影響坑內(nèi)疏干效果、影響開(kāi)挖，甚或是導(dǎo)致坑外地面沉陷，此時(shí)，可開(kāi)啟坑外備用井，適當(dāng)降低坑外水頭壓力后對(duì)滲漏點(diǎn)進(jìn)行封堵；必要時(shí)，備用井亦可作為回灌井使用。

3 結(jié)束語(yǔ)

此方案在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)過(guò)多次談?wù)摲治龊万?yàn)證計(jì)算，并且在武漢地鐵8號(hào)線土建項(xiàng)目降水施工過(guò)程中得到了成功應(yīng)用。

在對(duì)強(qiáng)透水粉細(xì)砂層進(jìn)行具體施工的過(guò)程中，要充分結(jié)合勘察報(bào)告中的地下水位，并對(duì)施工時(shí)間和報(bào)告時(shí)間仔細(xì)對(duì)比，如果間隔過(guò)長(zhǎng)，則需要重新分析。不能忽略周?chē)庸こ探邓畬?duì)本基坑地下水水位的作用。降水井洗井的質(zhì)量極其重要，因此很有必要布設(shè)觀測(cè)井，以此對(duì)地下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。邊坡后土體中的水源均為危及邊坡安全的因素，宜疏不宜堵，施工過(guò)程中要開(kāi)展仔細(xì)排查。

參考文獻(xiàn)：

[1]武漢市軌道交通8號(hào)線一期土建三標(biāo)工程土建結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)圖[S].

[2]宋福淵，耿冬青，劉曉輝.深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工管理的探討[J].

[3]奚江琳，錢(qián)七虎.中國(guó)大都市地下空間后發(fā)優(yōu)勢(shì)探析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2005.

[4]雷振華.深基坑工程降水技術(shù)淺析[J].隧道建設(shè)，2006.

作者簡(jiǎn)介：張建勇（1982-），中級(jí)工程師，主要從事城市軌道交通施工研究。endprint