沈陽地鐵特殊地段降水方案探討

王曉婷

（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300222）

1 工程概況

沈陽地鐵九號線某暗挖隧道區(qū)間埋深約16.5m～18.2m，左右線間距為 15m～17m。在本區(qū)間中間設(shè)兩處施工豎井及橫通道兼聯(lián)絡(luò)通道，施工豎井采用倒掛井壁法施工，1 號豎井深度為26.364米，橫通道全長 43米，2 號豎井深度為26.364米，橫通道全長 42.776米，采用礦山法施工。區(qū)間 DK10+659.380～DK11+928.030 采用礦山法施工，單線全長為1268.92米，斷面為馬蹄形。

2 降水施工難點

2.1 難以控制地面不均勻沉降

根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗，短期內(nèi)大面積沉降風(fēng)險不明顯，不均勻沉降造成的危害較大，在區(qū)間降水施工中這也是一個難點。本工程降水沉降監(jiān)測工作包括兩個方面：一是從降水施工開始到暗挖隧道二次襯砌施工結(jié)束的監(jiān)測工作時間。二是井點間的聯(lián)測及附近建筑物與地面的沉降監(jiān)測。

2.2 地下水位難以下降

水泵的排水能力相對較強，但實際情況是降水井出水量相對較小，難以達(dá)到地下水位下降的目的［1］。產(chǎn)生該問題的主要原因：一是水文地質(zhì)資料與實際降水施工不符，井點濾管埋設(shè)位置不在透水性比較好的含水層內(nèi)［2］；二是降水井的深度、直徑和垂直度難以全部達(dá)標(biāo)，井內(nèi)沉淀物居多，井孔容易堵塞。三是砂濾層含泥量過高，在洗井過程中孔壁泥皮未沖刷破壞，鉆孔時未清理干凈孔壁土層中遺留的泥漿，最后地下水滲漏到井內(nèi)的道路不通，致使單井集水能力下降；

2.3 地下水位降深不足

地下水位降深不夠，降水井降水后水位不完全滿足設(shè)計要求。產(chǎn)生該問題的主要原因：部分地段的井點數(shù)量少、單井降水效能沒有充分發(fā)揮、水泵型號選擇不合適導(dǎo)致井點排水能力減小、水文地質(zhì)資料沒有達(dá)到一定的詳細(xì)程度造成實際涌水量大于計算涌水量。

3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

3.1 工程地質(zhì)

此次勘探深度范圍內(nèi)各層土從上到下綜合描述見表1。

表1 地層描述

施工場地原主要為綠化帶及馬路，補充勘察資料顯示：本工點涉及的特殊巖土主要為雜填土，主要由建筑和生活垃圾（個別地段為垃圾填埋場）等組成，馬路地段表層為瀝青路面，瀝青路面下為碎石墊層，稍濕，松散。

3.2 水文地質(zhì)

（1）地下水位

項目勘察時間段為2013.1～2013.3，該區(qū)域地下水位埋深約為6.7～8.6m，地下水位高程介于28.25～30.82m 之間。

（2）地下水流向、流速

根據(jù)某勘察研究院提供的 《地鐵抗浮設(shè)防水位專題研究報告》，場地地下水的總體流向由東南向西北。按照區(qū)域地質(zhì)資料反映，地下水流動的速率小于2.00m/d。

4 降水方案的選擇

為有效解決該工程施工難點，根據(jù)本區(qū)間水文、地質(zhì)條件，本場地降水采用坑外管井降水方案。計算模型按照潛水完整井，基坑遠(yuǎn)離邊界狀態(tài)［3］。配泵量為 25m3/h，揚程為 50.0m。由勘察報告可以得知，本工點降水施工綜合滲透系數(shù)k取值 25m/d。

4.1 計算模型及參數(shù)

豎井及橫通道平均降深為11.00m，暗挖段平均降深15.00m。按照結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，施工時應(yīng)將此位置地下水位降至既有結(jié)構(gòu)底板以下1.0m。

采用 《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50307-1999）表 8.5.8-2 中條形基坑出水量潛水公式來估算隧道的涌水量。根據(jù) 《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）潛水完整井，基坑遠(yuǎn)離邊界時，涌水量按規(guī)范中公式［4］E.0.1 計算。

（1）井深計算

式中，HW為管井埋置深度（單位 m），另外 HW1是地面到基坑底面的距離（m），HW2是基底達(dá)到地下水位的規(guī)范距離（m），HW3是 iy0，i 是降水曲線坡度，可為1/10，而y0是降水井間距的1/2（m），HW4為降水期間地下水位變幅（m），HW5為降水井過濾器工作長度（m），HW6為沉沙管長度（m）。

經(jīng)計算，最終本工點降水井深取值27m。

（2）基坑涌水量

（3）管井單井出水量設(shè)計值

式中，rs為過濾器半徑；k 為滲透系數(shù)。

（4）降水井個數(shù)計算

式中，Q 為基坑涌水量；n 為降水井?dāng)?shù)量；q 為單井出水量（m3/d）。

根據(jù)構(gòu)造特征、周邊建（構(gòu)）筑物情況、地層地質(zhì)特征、周圍水文地質(zhì)條件和降水深度等因素，結(jié)合地鐵施工降水的特點，根據(jù)潛水完整井和基坑遠(yuǎn)離邊界的特點進(jìn)行設(shè)計［4］。用理正降水軟件對降水進(jìn)行計算分析，最終，確定本工點布設(shè)降水井262 口，降水井井深為27m。

4.2 降水井點位布置

根據(jù) 《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012），經(jīng)平水期和涌水期基坑涌水量計算確定，本工點布設(shè) 262 口降水井（J1～J262），井深為27m，降水井平均井間距為 10～16m，降水井直徑為800mm，采用 Φ429mm 水泥無砂管，濾料采用 3～5mm 圓礫，濾料含泥量≤3%。降水施工剖面圖見圖1，降水井結(jié)構(gòu)圖見圖2、圖3。

圖1 降水施工剖面圖

圖2 降水井構(gòu)造圖之一

圖3 降水井構(gòu)造圖之二

5 降水方案采取的應(yīng)對措施

為了有效解決地面沉降控制困難、地下水位不易降低、深度降低不足等施工難點，在確定降水井類型、深度、井徑和點位布置的基礎(chǔ)上，在降水方案中提出了應(yīng)對的措施。

5.1 控制地面沉降舉措

為控制地面沉降，必須制定完善的地面沉降監(jiān)測方案，并依據(jù)監(jiān)測方案嚴(yán)格實施。在該工點降水方案中，重點說明了地面沉降監(jiān)測的措施。堅持在降水期間對地下水的動態(tài)觀測，并對地下水動態(tài)變化進(jìn)行及時的分析，降水前觀測地下水位等初始數(shù)據(jù)作為維護(hù)降水期間的分析背景資料，必須設(shè)置專人負(fù)責(zé)監(jiān)測工作，及時整理監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)水位、水量監(jiān)測記錄和 s-t 曲線圖，分析查明降水過程中出現(xiàn)的異常情況及產(chǎn)生的原因，及時采取處理措施，確保降水作業(yè)順利進(jìn)行。

5.2 降低地下水位的舉措

在填充濾料后必須采用空壓機機洗井，對于重點含水段需采用隔離塞水氣方法沖洗，然后再撈砂。借助空壓機清除孔內(nèi)泥漿之后，用泥漿泵多次抽水直至水清為止，以便沖洗和粉碎附著在深井孔壁上的泥漿皮，然后立即開始嘗試抽水，并把周圍土層中剩余的泥漿排出，使周圍的土層中無吸附及排干凈的泥漿依靠地下水連續(xù)流入井內(nèi)完成清洗。若存在需要疏干的含水層，要考慮設(shè)置濾管，按照含水層土的顆粒來確定濾網(wǎng)和濾料的大小規(guī)格。

5.3 針對降深不足的應(yīng)對舉措

當(dāng)選擇水泵時，充分考慮到季節(jié)因素及大氣降水影響導(dǎo)致不同時期的涌水量，以達(dá)到降水深度的要求，同時，優(yōu)化和提升單個降水井排水效率，依據(jù)含水層的條件安裝適當(dāng)長度的濾水管，增加濾層厚度。依據(jù)實際地質(zhì)水文資料來計算并復(fù)核降水范圍內(nèi)的降水井?dāng)?shù)量、降水井間距、單個降水井出水量、抽水時需要過濾部分的長度、降水井單位降水效率、總涌水量及特定點降水深度要求。在降水深度不夠的位置增加降水井的口數(shù)，在單個降水井能承受的最大集水量使用排量較高的水泵。降水井井管必須確保在井孔居中的位置沒有歪斜，填料必須從井的四周均勻緩慢的填入，水泵安裝要牢固、平穩(wěn)，要確保設(shè)備的安全，同時要求泵量揚程合理匹配適當(dāng)降低抽水強度。

6 結(jié)束語

本文計算模型中參數(shù)的取值來源于經(jīng)驗值，可以滿足施工精度要求。在富含水地段進(jìn)行地鐵降水施工，針對地面沉降難以控制、地下水位不易降低、降深不足等降水施工難點，在確定降水井類型、深度、直徑和位置的基礎(chǔ)上，有必要在降水方案中提出具體措施，特別是采用坑外管井降水方法，要利用計算機模型分別對基坑的涌水量、降水井的深度和單個降水井的出水量等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)研究分析，得出施工時所需的降水井的數(shù)量及點位布置，并根據(jù)該地鐵區(qū)間豎井、橫通道及暗挖隧道降水施工的難點，采取措施確定降水方案的可行性。