無錫地區(qū)典型地層下地鐵車站基坑承壓水處理措施研究

劉凌宇

摘 要 本文依托無錫地鐵3號線龍山梢站，進(jìn)行了承壓水處理措施研究。結(jié)合既往無錫地鐵1、2號線的同類工程經(jīng)驗(yàn)，采用Visual Modflow軟件對該站承壓水影響進(jìn)行了數(shù)值模擬，擬定了隔斷方案。與施工監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，證實(shí)龍山梢站素混凝土隔斷方案合理、可靠。借此對無錫地區(qū)典型地層下承壓水的處理措施給出了一定建議，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞 深基坑;承壓水;素混凝土地下墻隔斷層;無錫地鐵;Modflow

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，城市軌道交通工程高速推進(jìn)。在城市軌道交通工程建設(shè)中，不可避免的涉及深基坑開挖過程中的承壓水處理問題。在無錫地區(qū)，地下水豐富，土體中有承壓水層，深基坑開挖時(shí)，基坑底部容易產(chǎn)生突涌。承壓水的突涌會引起周邊建筑物發(fā)生沉降，從而引起破壞。

我國現(xiàn)有規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]有對于承壓水的驗(yàn)算有相關(guān)的條文，但該計(jì)算方法偏于保守。梁勇然等[2-3]在基于現(xiàn)有的計(jì)算方法基礎(chǔ)上，建立了更為精確地表達(dá)式。駱冠勇[4]等對承壓水降壓引起的地表沉降進(jìn)行了相關(guān)的研究。

對于承壓水處理的手段通常有兩種措施[5-11]：一是：設(shè)置止水帷幕隔斷承壓水通道;二是：降水減低作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的水頭壓力。隔斷方案雖安全可行，但止水帷幕增長過多時(shí)經(jīng)濟(jì)型較差。不隔斷采取降承壓水的方案，需綜合考慮降水深度和對周邊建筑物的影響，否則存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

本文結(jié)合無錫地鐵3號線龍山梢站工程實(shí)例，在處理承壓水時(shí)，結(jié)合既有1、2號線相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮安全性和與經(jīng)濟(jì)性，對比采取降水減壓和采取素混凝土地下墻隔斷這兩種措施的適用性。

1工程概況及水文地質(zhì)

1.1 工程概況

龍山梢站是3號線自西向東的第3個車站。車站主體基坑長260.9m，寬19.7m，深約17m。車站位于惠錢路路中，部分位于東側(cè)地塊內(nèi)。車站北側(cè)為金鼎賓館、中石化無錫實(shí)驗(yàn)地質(zhì)研究所、九星賓館，東側(cè)為錫山區(qū)水產(chǎn)冷凍廠、匯景家園小區(qū)，西南側(cè)為駐軍基地，西北側(cè)為安井美食。車站范圍內(nèi)管線主要有電信管、燃?xì)夤芫€、電力管、混凝土給水管、混凝土雨水管和污水管等，詳見圖1。車站場地地貌類型屬于長江三角洲太湖沖湖積平原區(qū)，場地分布詳見圖2。龍山梢站標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)底板主要位于④2層砂質(zhì)粉土層及⑥1層黏土層，端頭井結(jié)構(gòu)底板主要位于⑥1層黏土層。具體的土力學(xué)物理參數(shù)見表1。

1.2 水文地質(zhì)

第Ⅰ承壓水主要賦存于⑦2-2層粉砂中，含水量較豐富，以上部潛水及微承壓水的垂向越流補(bǔ)給為主要來源，以人工開采及對深層地下水的越流為主要排泄方式。據(jù)無錫市水文監(jiān)測資料，隨著蘇錫常地區(qū)深層地下水禁采計(jì)劃的實(shí)施和完成，地下水位也將保持逐年上升的勢頭，孔隙微承壓水層及第Ⅰ承壓水含水層水位呈上升的趨勢。水位變化在5.82～8.25m之間。地下水特征見表2。

2承壓水頭計(jì)算公式

根據(jù)規(guī)范對于基坑抗?jié)B流穩(wěn)定驗(yàn)算見圖3：

選擇龍山梢站的標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井段進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算，見圖4和圖5。

由詳勘資料的坑底抗承壓水突涌的計(jì)算結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)段的安全系數(shù)0.90，端頭井的安全系數(shù)在0.74，均小于1.1，不能滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）的要求。

承壓水的處理主要有降水和隔斷兩種處理方式。

降水是設(shè)置一定數(shù)量的深降水井，但降水會形成大面積的降水漏斗，可能會引起基坑周圍的地面沉降或變形，導(dǎo)致周邊建筑物或管線的破壞或變形，對周圍環(huán)境影響較大。在周邊建筑物密集地段采用降水方案，風(fēng)險(xiǎn)較大。

隔斷措施是將地連墻穿過坑底承壓含水層，隔斷承壓水，此方案優(yōu)勢是避免了降水對周邊建筑物和管線的影響。為降低造價(jià)，地連墻下部可采用素混凝土（其中配有構(gòu)造鋼筋）。

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中關(guān)于降水引起的地層變形計(jì)算條文說明（P194頁）：“目前，降水引起的地層變形計(jì)算方法尚不成熟，只能在今后積累大量工程實(shí)測數(shù)據(jù)及進(jìn)行充分研究后，再加以改進(jìn)充實(shí)?，F(xiàn)階段，宜根據(jù)地區(qū)基坑降水工程的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合計(jì)算與工程類比確定降水引起的地層變形量和分析降水對周邊建筑物的影響。”

由于規(guī)范中缺少群井降水引起地面沉降的計(jì)算公式，建議進(jìn)行抽水實(shí)驗(yàn)作為參考。素混凝土隔斷已有大量先例，如武漢地鐵6號線，前進(jìn)村、海洋樂園、紅建路，武漢許多車站素混凝土隔斷直至基巖;常州地鐵1號線，常州北站、大學(xué)城南站5個車站;杭州地鐵1號線，城戰(zhàn)站等等。國內(nèi)采用素混凝土隔斷超厚承壓水層案例見表4。

此外，根據(jù)無錫地區(qū)已經(jīng)建設(shè)完成的地鐵1、2號線的施工經(jīng)驗(yàn)以及對承壓水的處理方案，本文通過工程類比法對地鐵3號線中龍山梢站的承壓水進(jìn)行處理。通過對無錫地鐵1、2號線地下車站逐個排查，對牽涉承壓水處理問題的車站進(jìn)行了梳理，形成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表5：

上表可知，無錫地鐵既有1、2號線的車站，牽涉承壓水處理問題主要為車站基坑中較深的端頭井基坑部分（基坑局部涉及），需降水頭不深（1～3m），采取措施主要為端頭井地墻封閉隔斷或全基坑范圍地墻封閉隔斷（處理方式較為保守）。可以說，既往1、2號線工程，其實(shí)無法很好地為無錫地區(qū)未來大量的涉承壓水地鐵工程提供太好的參照。

本文所涉3號線龍山梢站，基坑全范圍涉及承壓水處理問題，周邊臨近建、構(gòu)筑物較多，且降水深度深于無錫地區(qū)已有地鐵工程，是非常典型的、承壓水處理方式研究必要性很強(qiáng)的地鐵工程。本文認(rèn)為，應(yīng)針對包括對周邊建筑物的影響分析、沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身變形等多方面因素進(jìn)行系統(tǒng)性計(jì)算，深入的研究這類無錫典型地層下的地鐵工程承壓水處理問題。

3數(shù)值計(jì)算分析

為全面考慮各種因素，本次方案設(shè)計(jì)中，本文采用Modflow對降水引起的地面沉降進(jìn)行了三維計(jì)算，并結(jié)合基坑開挖變形，分析了降水和基坑開挖共同引起的變形對周邊建筑的綜合影響，以綜合確定承壓水處理方案。