淺談地鐵工程深基坑施工中降排水的分析治理

呂增勇

摘要：隨著城市軌道交通工程在各個主要大中城市的全面開展，深基坑作業(yè)不可避免的出現(xiàn)在了工程人的面前。作為一項高風險施工作業(yè)環(huán)節(jié)，如何高效的組織施工、形成封閉，是影響地鐵工程施工的重要因素。而深基坑中降排水的防治又成為其重中之重。深基坑的施工建設(shè)經(jīng)常受到地下水的影響，所以分析和探討城市地鐵工程中深基坑降排水施工技術(shù)的運用，是提高城市地鐵建設(shè)質(zhì)量的重要瓶徑，對城市地鐵自身的施工安全、質(zhì)量給予了重要保證，是國家城市軌道交通事業(yè)優(yōu)質(zhì)、高效、平穩(wěn)、安全、快速建設(shè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工作。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；地鐵工程；深基坑施工；降排水技術(shù)

1 引言

現(xiàn)如今的城市地鐵的建設(shè)經(jīng)常受到地下水的干擾，因此對地鐵施工的速度和質(zhì)量產(chǎn)生了較大的影響，所以，要從源頭，從深基坑的勘察、設(shè)計開始進行細致科學(xué)的管理和控制，在嚴格遵循深基坑設(shè)計原則的同時還要精準的發(fā)揮深基坑降排水施工技術(shù)，進而達到地鐵建設(shè)的圓滿完成。為此，許多學(xué)者依托相關(guān)工程案例，對現(xiàn)場施工方案進行深入地研究。楊海慶（2017）結(jié)合成都地鐵1號線文武路車站深基坑降水施工實例，介紹受潛水與承壓水作用條件下深基坑降水的設(shè)計思路、方案優(yōu)化、工藝要點與實施效果[1]。劉悅強（2016）結(jié)合廣東佛山地區(qū)某工程實例，對高地下水位和深層軟基的排水管道基坑支護工程的設(shè)計和施工關(guān)鍵技術(shù)進行研究[2]。郭勇剛等（2016）結(jié)合南京地鐵Ⅰ號線西延線TA2 4換乘節(jié)點工程深基坑降水施工，介紹受潛水與承壓水作用條件下深基坑降水的設(shè)計思路、方案優(yōu)化、施工工藝、實施效果[3]。本文結(jié)合廈門地鐵4號線雙過村站為地下二層島式站臺車站的深基坑施工中降排水方案，總結(jié)了幾點勘察、設(shè)計和施工階段的經(jīng)驗，為相關(guān)工程提供參考。

2 工程案例

廈門地鐵4號線雙過村站為地下二層島式站臺車站，單柱雙跨框架結(jié)構(gòu)，車站總長215.4m，標準段寬度21.7m，深度為12.0～13.5m，頂板敷土約3.0～3.8m，站臺寬度為13m，總建筑面積為14186.1㎡。車站主體采用明挖順筑法施工，基坑采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系，地下連續(xù)墻厚600mm?；影踩燃墳橐患墶?/p>

該站場地屬剝蝕低丘區(qū)，地層以第四系沖洪積、坡殘積土及全～微風化基巖為主，地下水據(jù)其賦存形式分為沖洪積、風化殘積孔隙裂隙水及基巖裂隙水兩種。殘丘臺地區(qū)地下水主要接收大氣降水垂直下滲補給，其次為相鄰含水層的側(cè)向補給，局部地段為地表水體的下滲補給，降雨、蒸發(fā)量的大小對區(qū)域地下水的豐富程度有很大的影響。排泄途徑主要為大氣蒸發(fā)、沿裂隙向低處匯流或滲流補給鄰近含水層，流向受地形控制，各自向低處匯集，總體流向海域。總體上剝蝕低丘區(qū)及殘積臺地區(qū)地下水水位隨降雨變化較大，年水位變化幅度約2～3m。

區(qū)間內(nèi)基坑降水設(shè)計采用管井降水。井壁管均采用焊接鋼管，井壁管直徑均為φ127m，壁厚4mm。濾水管的直徑與井壁管的直徑相同；鋼管外依次外包2層20目濾網(wǎng)、1層10目鋼絲保護網(wǎng)，尼龍網(wǎng)搭接長度約為尼龍網(wǎng)單幅寬度的20%～50%。地下水水位始終控制在開挖面以下0.5m以上。

3 深基坑勘察設(shè)計原則

3.1因地制宜原則

所謂的因地制宜原則也就是在設(shè)計城市地鐵站點和線路走向時，既要考慮滿足緩解人口密集區(qū)所帶來的交通出行壓力，同時也必須兼顧地鐵線路走向附近的地下水系情況。因此在勘察設(shè)計階段，要預(yù)先對地鐵線路走向、主要交通站點及換乘站所設(shè)定的地理坐標和方位進行細致的勘查，預(yù)先設(shè)計出深基坑的水文流經(jīng)的地下水系通道，借助地下水系已經(jīng)形成的自然流向來設(shè)計深基坑的降排水，能夠有效地達到降排水的效果，同時還能降低施工建造的成本。

依據(jù)初步的勘察報告，針對不同的水文地質(zhì)情況，在設(shè)計階段就要考慮基坑周邊的賦水量，是否存在軟弱、淤泥質(zhì)地層而采取不同的支護及圍護體系結(jié)構(gòu)。比如混凝土地下連續(xù)墻、SMW工法樁、地下墻結(jié)構(gòu)、圍護樁+旋噴樁止水帷幕、咬合樁等圍護結(jié)構(gòu)都較實用且實踐中防水、止水效果較好的工藝工法，能較好的阻隔基坑圍護結(jié)構(gòu)之外的水源、水系，起到了較好的地下水整體封閉作用，達到了防止地下水流竄的目的。

3.2 綜合性審核原則

在設(shè)計修建地鐵時，一定要對所有的施工設(shè)計進行嚴格的審核，要遵循審核性原則來對地鐵施工方法、施工流程和施工技術(shù)的進行全面細致地考量，要達到施工方法和施工技術(shù)與設(shè)計要求具有最大的符合性，對全面的施工流程地下施工環(huán)境狀況以及施工工藝要求等進行全方位的考查。對于地鐵工程深基坑施工來說，這就要求在遵循審核地鐵總體設(shè)計要求的情況下，還要考慮建設(shè)地鐵的工程對城市地下水以及地下公共設(shè)施的影響，既要做到地鐵建設(shè)順利進行，同時不影響城市地下管網(wǎng)和設(shè)施的正常運營，要將深基坑降排水的施工與地下自然環(huán)境相結(jié)合來考慮設(shè)計，從而做到預(yù)防性的控制水資源的流失與利用的平衡關(guān)系，盡可能的降低基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本，以達到地下設(shè)施和地鐵建設(shè)的綜合協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。

4 深基坑降排水施工原則

4.1 施工方案先行的原則

首先是對地鐵基坑范圍周邊地理環(huán)境的信息搜集和考察，不同的地質(zhì)條件下，結(jié)合圖紙給出的圍護結(jié)構(gòu)及基坑開挖支護的設(shè)計理念而選擇不同的降排水方案。初步勘察設(shè)計階段的水文地質(zhì)報告在參考使用的同時，要視地鐵深基坑所處的地理環(huán)境和施工影響重要性，進行實地的加密詳勘、補勘工作。這對于方案的制定和后期基坑施工具有相當重要的數(shù)據(jù)支撐依據(jù)。地下工程的難度就在于對掌握資料數(shù)據(jù)的不確定性，而此舉相當于在地下深基坑中埋設(shè)了一雙“眼睛”，真正做到信息化、數(shù)據(jù)化施工。

其次是施作試驗井。有了上述的地勘報告、詳補勘數(shù)據(jù)后，并不能確保萬無一失。在特殊、有重要節(jié)點部位和普通部位分別選擇有代表性的部位施作試驗井，安裝水量流量計，對實際地層、實地部位的地下水和周邊水的土體、巖體等進行一周左右時間不間斷的抽排水測量，分析匯總出地下水位標高、涌水量、賦存水量、土體、土層的實際滲透系數(shù)等數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)水文地質(zhì)與降水參數(shù)與設(shè)計勘察不符現(xiàn)象要及時與設(shè)計勘察單位聯(lián)系，對施工現(xiàn)場重新調(diào)查和分析。

然后是制定、編制可實施性的降排水施工方案，結(jié)合深基坑圍護結(jié)構(gòu)支護體系，如實際地下水位較高，一定要在深基坑開挖作業(yè)前15～20天進行不間斷的降排水工作，以達到疏干和降低深基坑開挖范圍土體、巖體中所含水量、水位標高。深基坑開挖范圍內(nèi)有透水性差的或巖石較完整的區(qū)域水位會高一些，但水量一般不會很大，采用明溝+臨時集水井的方式即可進行抽排。如果開挖范圍內(nèi)透水性很好，一般涌水量很大，一般出現(xiàn)在砂性土質(zhì)或碎裂風化巖破碎帶的地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)域，采用坑內(nèi)井點降水技術(shù)效果較好。如果深基坑內(nèi)的水系和外部水系有明顯的連通性的情況下要結(jié)合圍護結(jié)構(gòu)支護體系做好深基坑內(nèi)外的防透水措施，隔斷深基坑內(nèi)水系與外界水系的聯(lián)系。

本工程根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，確定坑內(nèi)管井降水同明排相結(jié)合的方法進行降水?？紤]到基坑內(nèi)本身施工，降水井數(shù)量過多，有礙于土方開挖，同時也為了保護降水井正常運行。結(jié)合基坑圍護設(shè)計，將降水井布置在支撐周邊位置。根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗結(jié)合工程地質(zhì)勘查報告確定本車站兩端盾構(gòu)井開挖面底部存在微承壓含水層，盾構(gòu)井位置降水類型為承壓完整井，應(yīng)按均質(zhì)含水層承壓水非完整井簡化的基坑涌水量計算。

4.2過程控制原則

一個完整的方案編制完成后并不等于大功告成、萬事大吉。具體實施過程中的管控尤為至關(guān)重要。方案是具有指導(dǎo)性的施工依據(jù)，但并不意味著方案編制完成后是封存的，一成不變的。地下工程施工的不確定性以及氣候、水文、周邊施工環(huán)境的復(fù)雜性和多變性就要求施工方案是隨具體實際施工工況的改變而隨之調(diào)整變化的。

第一，降水井或疏干井的施工作業(yè)期一般是在深基坑圍護結(jié)構(gòu)封閉后進行。降水井設(shè)計一般分內(nèi)、外兩種排布方式。井點設(shè)計在深基坑四周的情況是對基坑四周整體水位降低，靠近深基坑圍護結(jié)構(gòu)的降水井井點位置根據(jù)現(xiàn)場施工情況合理設(shè)置，但前提必須探明和保證基坑圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)降水井施作范圍內(nèi)無任何障礙設(shè)施和地下管線等建構(gòu)筑物設(shè)施，必要時進行人工挖探以確保施工的安全性。如圍護結(jié)構(gòu)的止水帷幕效果較好，可集中采用坑內(nèi)井點降水的方式下進行降低地下水位，通過前期采集的數(shù)據(jù)參數(shù)、滲透系數(shù)、涌水量、水泵功率與揚程等，合理計算降水井的口徑、數(shù)量、管壁材質(zhì)、疏通水形式、嵌入開挖底板標高深度等一系列施工技術(shù)要求。本工程成井施工流程圖如圖1。

第二，降水井施工完畢后，將井管壁四周加工設(shè)置成梅花孔形狀并包裹一層密目鋼絲網(wǎng)，防止雜物、淤泥等進入管內(nèi)徑堵塞、掩埋水井深度和工作水泵。同時必須第一時間進行填充濾料和洗井工作，該作業(yè)過程要做到連續(xù)性的把控，填充濾料的級配要合理，直徑小于5cm，填充濾料前必須對濾料進行全面的除污清洗，要確保所填充的濾料沒有污染的成分摻雜。濾料要從井口四周同時填充從而保證濾料填充的均勻，同時在填充到每3m左右就要進行一次填充濾料的夯實施工作業(yè)，在濾料回填至地面以下2m范圍內(nèi)采用粘性土填至地表并夯實，并做好井口管外的封閉工作，井口要高出地面200mm以上，以防止地表污水和淤泥物流入井內(nèi)。隨后進行洗井工作以達到不出現(xiàn)堵塞井管的目的。在本工程中，空壓機洗井原理如圖2。完成洗井工作后要對其進行抽水試驗，以此保證施工質(zhì)量達到方案設(shè)計的參數(shù)要求，并開始降水井的正常連續(xù)不間斷工作。對于靠近支撐部位的坑內(nèi)降水井的井點的設(shè)置要與工程中的混凝土支撐格構(gòu)柱貼近，可以有效避免深基坑開挖過程中機械設(shè)備的碰撞，更有利于后期降水井、水泵的持續(xù)、高效、不間斷的降排水工作。

第三，降水井和基坑內(nèi)的明、集水抽排放是另一個需要系統(tǒng)綜合考慮的事項。當下一般的圖紙設(shè)計是在深基坑周邊上口或冠梁上方設(shè)置的擋土墻背后或邊坡坡頂設(shè)置截、排水溝的做法。此種設(shè)計做法在一定程度上解決了深基坑內(nèi)抽、排水的集中排放，但也給深基坑圍護結(jié)構(gòu)周邊的邊坡和基坑穩(wěn)定埋下了隱患。實踐證明，一般擋墻背后的排水溝或邊坡坡頂?shù)慕厮疁隙际墙?jīng)過施作冠梁等圍護結(jié)構(gòu)開挖過后的回填區(qū)域，經(jīng)年累月，截、排水溝下的土方經(jīng)過自然沉降，且在周邊的設(shè)備、材料等臨時荷載作用下必然會產(chǎn)生沉降變形、裂縫，而明集水的排放則順勢加劇了土體的沉降變形，導(dǎo)致抽排水沿圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)或邊坡坡頂滲灌，增加土體內(nèi)的水壓力和含水量，極容易造成邊坡失穩(wěn)變形或圍護結(jié)構(gòu)側(cè)壓變形、涌水、涌沙災(zāi)害。因此建議在施做截、排水溝時，要經(jīng)過設(shè)計和施工方案優(yōu)化，將排水溝設(shè)置在遠離基坑邊坡坡頂或擋土墻背后至少2～3米遠的距離以外施做。將邊坡坡頂和擋土墻周邊的硬化面設(shè)置成反向排水角度，將基坑周邊的地勢抬高，形成能夠向遠離基坑的自然排水的坡度。這樣自然降水、基坑內(nèi)的抽排水全部遠離邊坡坡頂或圍護結(jié)構(gòu)周邊，尤其面臨雨季突降暴雨或強降水時期，能夠大大減輕截、排水溝的壓力，減少對邊坡和圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)土體的侵蝕和水、土體的壓力，降低了基坑邊坡和圍護結(jié)構(gòu)的變形、漏水、涌沙、突泥等風險。

5 應(yīng)急突發(fā)機制原則

深基坑施工作業(yè)是高危風險源，極易發(fā)生應(yīng)急突發(fā)情況，必須形成應(yīng)急突發(fā)響應(yīng)機制制度，成立應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，如圖3。降排水工作需連續(xù)不間斷工作，保證水壓、水位標高、賦水量在控制標準要求以內(nèi)。預(yù)防斷電、涌水、強降雨、臺風等不利因素，發(fā)電機、注漿機、砂袋、應(yīng)急水泵、水帶、防雨布等應(yīng)急物資、設(shè)備必須齊備且隨時保證可以投入使用。按監(jiān)測頻次與氣候環(huán)境定期監(jiān)控測量水位標高、水量等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)化、信息化指導(dǎo)施工，接近基底土方開挖時尤其注意對降水井管和工作水泵的保護，嚴禁破壞、堵塞工作井、水泵等，造成水位上升，引起基坑周邊涌水、涌沙、突泥、基底隆起等災(zāi)害，及時疏排明、集水，第一時間形成基坑封底條件，保證基坑安全。

6 結(jié)語

為提高地鐵工程深基坑施工中降排水工作的質(zhì)量，在勘察、設(shè)計與施工中的各個階段應(yīng)遵循相應(yīng)的原則。深基坑勘察設(shè)計中應(yīng)遵循因地制宜原則和綜合性審核原則；深基坑降排水施工中應(yīng)遵循施工方案先行的原則和過程控制原則；為應(yīng)對緊急突發(fā)事件，應(yīng)遵循應(yīng)急突發(fā)機制原則。

深基坑降排水的治理理念必須堅持疏、導(dǎo)、抽、排的原則，其施工作業(yè)在地鐵建設(shè)施工中占有很大的地位，它直接關(guān)系到地鐵整體進度的順利完成情況，做好深基坑降排水施工作業(yè)，對地鐵的總體施工建設(shè)具有很大的現(xiàn)實作用。

參考文獻

[1]楊海慶. 地鐵深基坑降排水施工技術(shù)[J]. 山東交通科技，2017（2）：31～33 +40.

[2]劉悅強. 軟土地區(qū)排水管道深基坑支護設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)[D]. 華南理工大學(xué)，2016.

[3]郭勇剛，董春靈. 南京地鐵深基坑降排水施工技術(shù)[J]. 鐵道建筑技術(shù)，2016（4）：36～39.

（作者單位：中鐵九局集團第四工程有限公司）