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(gè)主要大中城市的全面開(kāi)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(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)用，是提高城市地鐵建設(shè)質(zhì)量的重要瓶徑，對(duì)城市地鐵自身的施工安全、質(zhì)量給予了重要保證，是國(guó)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(duì)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(jì)開(kāi)始進(jìn)行細(xì)致科學(xué)的管理和控制，在嚴(yán)格遵循深基坑設(shè)計(jì)原則的同時(shí)還要精準(zhǔn)的發(fā)揮深基坑降排水施工技術(shù)，進(jìn)而達(dá)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工方案進(jìn)行深入地研究。楊海慶（2017）結(jié)合成都地鐵1號(hào)線文武路車(chē)站深基坑降水施工實(shí)例，介紹受潛水與承壓水作用條件下深基坑降水的設(shè)計(jì)思路、方案優(yōu)化、工藝要點(diǎn)與實(shí)施效果^[1] 。劉悅強(qiáng)（2016）結(jié)合廣東佛山地區(qū)某工程實(shí)例，對(duì)高地下水位和深層軟基的排水管道基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)和施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究^[2] 。郭勇剛等（2016）結(jié)合南京地鐵Ⅰ號(hào)線西延線TA2 4換乘節(jié)點(diǎn)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(jì)思路、方案優(yōu)化、施工工藝、實(shí)施效果^[3] 。本文結(jié)合廈門(mén)地鐵4號(hào)線雙過(guò)村站為地下二層島式站臺(tái)車(chē)站的深基坑施工中降排水方案，總結(jié)了幾點(diǎn)勘察、設(shè)計(jì)和施工階段的經(jīng)驗(yàn)，為相關(guān)工程提供參考。

2 工程案例

廈門(mén)地鐵4號(hào)線雙過(guò)村站為地下二層島式站臺(tái)車(chē)站，單柱雙跨框架結(jié)構(gòu)，車(chē)站總長(zhǎng)215.4m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度21.7m，深度為12.0～13.5m，頂板敷土約3.0～3.8m，站臺(tái)寬度為13m，總建筑面積為14186.1㎡。車(chē)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?jí)為一級(jí)。

該站場(chǎng)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(fēng)化基巖為主，地下水據(jù)其賦存形式分為沖洪積、風(fēng)化殘積孔隙裂隙水及基巖裂隙水兩種。殘丘臺(tái)地區(qū)地下水主要接收大氣降水垂直下滲補(bǔ)給，其次為相鄰含水層的側(cè)向補(bǔ)給，局部地段為地表水體的下滲補(bǔ)給，降雨、蒸發(fā)量的大小對(duì)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(bǔ)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?？傮w上剝蝕低丘區(qū)及殘積臺(tái)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(jì)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(hù)網(wǎng)，尼龍網(wǎng)搭接長(zhǎng)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(kāi)挖面以下0.5m以上。

3 深基坑勘察設(shè)計(jì)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(jì)城市地鐵站點(diǎn)和線路走向時(shí)，既要考慮滿足緩解人口密集區(qū)所帶來(lái)的交通出行壓力，同時(shí)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(jì)階段，要預(yù)先對(duì)地鐵線路走向、主要交通站點(diǎn)及換乘站所設(shè)定的地理坐標(biāo)和方位進(jìn)行細(xì)致的勘查，預(yù)先設(shè)計(jì)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(lái)設(shè)計(jì)深基坑的降排水，能夠有效地達(dá)到降排水的效果，同時(shí)還能降低施工建造的成本。

依據(jù)初步的勘察報(bào)告，針對(duì)不同的水文地質(zhì)情況，在設(shè)計(jì)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(hù)及圍護(hù)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(hù)樁+旋噴樁止水帷幕、咬合樁等圍護(hù)結(jié)構(gòu)都較實(shí)用且實(shí)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(hù)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(dá)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(jì)修建地鐵時(shí)，一定要對(duì)所有的施工設(shè)計(jì)進(jìn)行嚴(yán)格的審核，要遵循審核性原則來(lái)對(duì)地鐵施工方法、施工流程和施工技術(shù)的進(jìn)行全面細(xì)致地考量，要達(dá)到施工方法和施工技術(shù)與設(shè)計(jì)要求具有最大的符合性，對(duì)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(jìn)行全方位的考查。對(duì)于地鐵工程深基坑施工來(lái)說(shuō)，這就要求在遵循審核地鐵總體設(shè)計(jì)要求的情況下，還要考慮建設(shè)地鐵的工程對(duì)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(jìn)行，同時(shí)不影響城市地下管網(wǎng)和設(shè)施的正常運(yùn)營(yíng)，要將深基坑降排水的施工與地下自然環(huán)境相結(jié)合來(lái)考慮設(shè)計(jì)，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(dá)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(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)及基坑開(kāi)挖支護(hù)的設(shè)計(jì)理念而選擇不同的降排水方案。初步勘察設(shè)計(jì)階段的水文地質(zhì)報(bào)告在參考使用的同時(shí)，要視地鐵深基坑所處的地理環(huán)境和施工影響重要性，進(jìn)行實(shí)地的加密詳勘、補(bǔ)勘工作。這對(duì)于方案的制定和后期基坑施工具有相當(dāng)重要的數(shù)據(jù)支撐依據(jù)。地下工程的難度就在于對(duì)掌握資料數(shù)據(jù)的不確定性，而此舉相當(dāng)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(yàn)井。有了上述的地勘報(bào)告、詳補(bǔ)勘數(shù)據(jù)后，并不能確保萬(wàn)無(wú)一失。在特殊、有重要節(jié)點(diǎn)部位和普通部位分別選擇有代表性的部位施作試驗(yàn)井，安裝水量流量計(jì)，對(duì)實(shí)際地層、實(shí)地部位的地下水和周邊水的土體、巖體等進(jìn)行一周左右時(shí)間不間斷的抽排水測(cè)量，分析匯總出地下水位標(biāo)高、涌水量、賦存水量、土體、土層的實(shí)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(jì)勘察不符現(xiàn)象要及時(shí)與設(shè)計(jì)勘察單位聯(lián)系，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)重新調(diào)查和分析。

然后是制定、編制可實(shí)施性的降排水施工方案，結(jié)合深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)體系，如實(shí)際地下水位較高，一定要在深基坑開(kāi)挖作業(yè)前15～20天進(jìn)行不間斷的降排水工作，以達(dá)到疏干和降低深基坑開(kāi)挖范圍土體、巖體中所含水量、水位標(biāo)高。深基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)有透水性差的或巖石較完整的區(qū)域水位會(huì)高一些，但水量一般不會(huì)很大，采用明溝+臨時(shí)集水井的方式即可進(jìn)行抽排。如果開(kāi)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(fēng)化巖破碎帶的地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)域，采用坑內(nèi)井點(diǎn)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(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)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(chǎng)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(jìn)行降水?？紤]到基坑內(nèi)本身施工，降水井?dāng)?shù)量過(guò)多，有礙于土方開(kāi)挖，同時(shí)也為了保護(hù)降水井正常運(yùn)行。結(jié)合基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)，將降水井布置在支撐周邊位置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)結(jié)合工程地質(zhì)勘查報(bào)告確定本車(chē)站兩端盾構(gòu)井開(kāi)挖面底部存在微承壓含水層，盾構(gòu)井位置降水類(lèi)型為承壓完整井，應(yīng)按均質(zhì)含水層承壓水非完整井簡(jiǎn)化的基坑涌水量計(jì)算。

4.2過(guò)程控制原則

一個(gè)完整的方案編制完成后并不等于大功告成、萬(wàn)事大吉。具體實(shí)施過(guò)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(shí)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(hù)結(jié)構(gòu)封閉后進(jìn)行。降水井設(shè)計(jì)一般分內(nèi)、外兩種排布方式。井點(diǎn)設(shè)計(jì)在深基坑四周的情況是對(duì)基坑四周整體水位降低，靠近深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的降水井井點(diǎn)位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況合理設(shè)置，但前提必須探明和保證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)降水井施作范圍內(nèi)無(wú)任何障礙設(shè)施和地下管線等建構(gòu)筑物設(shè)施，必要時(shí)進(jìn)行人工挖探以確保施工的安全性。如圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水帷幕效果較好，可集中采用坑內(nèi)井點(diǎn)降水的方式下進(jìn)行降低地下水位，通過(guò)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(yáng)程等，合理計(jì)算降水井的口徑、數(shù)量、管壁材質(zhì)、疏通水形式、嵌入開(kāi)挖底板標(biāo)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(jìn)入管內(nèi)徑堵塞、掩埋水井深度和工作水泵。同時(shí)必須第一時(shí)間進(jìn)行填充濾料和洗井工作，該作業(yè)過(guò)程要做到連續(xù)性的把控，填充濾料的級(jí)配要合理，直徑小于5cm，填充濾料前必須對(duì)濾料進(jìn)行全面的除污清洗，要確保所填充的濾料沒(méi)有污染的成分摻雜。濾料要從井口四周同時(shí)填充從而保證濾料填充的均勻，同時(shí)在填充到每3m左右就要進(jìn)行一次填充濾料的夯實(shí)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(shí)，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(jìn)行洗井工作以達(dá)到不出現(xiàn)堵塞井管的目的。在本工程中，空壓機(jī)洗井原理如圖2。完成洗井工作后要對(duì)其進(jìn)行抽水試驗(yàn)，以此保證施工質(zhì)量達(dá)到方案設(shè)計(jì)的參數(shù)要求，并開(kāi)始降水井的正常連續(xù)不間斷工作。對(duì)于靠近支撐部位的坑內(nèi)降水井的井點(diǎn)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(kāi)挖過(guò)程中機(jī)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(gè)需要系統(tǒng)綜合考慮的事項(xiàng)。當(dāng)下一般的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)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(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)周邊的邊坡和基坑穩(wěn)定埋下了隱患。實(shí)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(guò)施作冠梁等圍護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)挖過(guò)后的回填區(qū)域，經(jīng)年累月，截、排水溝下的土方經(jīng)過(guò)自然沉降，且在周邊的設(shè)備、材料等臨時(shí)荷載作用下必然會(huì)產(chǎn)生沉降變形、裂縫，而明集水的排放則順勢(shì)加劇了土體的沉降變形，導(dǎo)致抽排水沿圍護(hù)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(hù)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(shí)，要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和施工方案優(yōu)化，將排水溝設(shè)置在遠(yuǎn)離基坑邊坡坡頂或擋土墻背后至少2～3米遠(yuǎn)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(shì)抬高，形成能夠向遠(yuǎn)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(yuǎn)離邊坡坡頂或圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊，尤其面臨雨季突降暴雨或強(qiáng)降水時(shí)期，能夠大大減輕截、排水溝的壓力，減少對(duì)邊坡和圍護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)的變形、漏水、涌沙、突泥等風(fēng)險(xiǎn)。

5 應(yīng)急突發(fā)機(jī)制原則

深基坑施工作業(yè)是高危風(fēng)險(xiǎn)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(jī)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(biāo)高、賦水量在控制標(biāo)準(zhǔn)要求以內(nèi)。預(yù)防斷電、涌水、強(qiáng)降雨、臺(tái)風(fēng)等不利因素，發(fā)電機(jī)、注漿機(jī)、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(shí)保證可以投入使用。按監(jiān)測(cè)頻次與氣候環(huán)境定期監(jiān)控測(cè)量水位標(biāo)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(kāi)挖時(shí)尤其注意對(duì)降水井管和工作水泵的保護(hù)，嚴(yán)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(shí)疏排明、集水，第一時(shí)間形成基坑封底條件，保證基坑安全。

6 結(jié)語(yǔ)

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(jì)與施工中的各個(gè)階段應(yīng)遵循相應(yīng)的原則。深基坑勘察設(shè)計(jì)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(guò)程控制原則;為應(yīng)對(duì)緊急突發(fā)事件，應(yīng)遵循應(yīng)急突發(fā)機(jī)制原則。

深基坑降排水的治理理念必須堅(jiān)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(jìn)度的順利完成情況，做好深基坑降排水施工作業(yè)，對(duì)地鐵的總體施工建設(shè)具有很大的現(xiàn)實(shí)作用。

參考文獻(xiàn)：

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[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(tuán)第四工程有限公司）