富水砂層地鐵深基坑降水設(shè)計(jì)方法研究

郭曉煒

（中鐵十四局集團(tuán)有限公司，南京211800）

1 引言

由于地下空間和高層建筑的發(fā)展，深基坑工程施工導(dǎo)致的地表沉降與基坑的聯(lián)系日益緊密，不僅影響基坑本身的穩(wěn)定與安全，而且會(huì)引起構(gòu)建物產(chǎn)生裂縫、沉降和破壞。

龔武雄【1】通過以沈陽地鐵城建學(xué)院站主體深基坑降水工程為例，從設(shè)計(jì)、施工工藝、降水過程等方面進(jìn)行說明，以保證深基坑開挖安全；陳思宇等【2】基于東莞市某鎮(zhèn)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，分析市政管網(wǎng)各類基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的特性，設(shè)計(jì)了富水砂層基坑降水方案；李福成【3】以西安地鐵1號線開遠(yuǎn)門站工程施工為例，詳細(xì)介紹了在富水砂層中如何進(jìn)行深基坑降水施工。

本文以富水砂層地層的某地鐵車站深基坑為研究對象，對其進(jìn)行基坑降水的設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)闡述。

2 工程概況

南通火車站為南通市城市軌道交通2號線一期工程的第2座車站，位于寧啟鐵路股道北側(cè)地塊內(nèi)，南北向敷設(shè)，與規(guī)劃1～3號線換乘，為地下3層島式站。如圖1和圖2所示，車站主體標(biāo)準(zhǔn)段基坑長約225.2m，深約23.8m，寬約24.3m。車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000mm厚地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐。標(biāo)準(zhǔn)段第一道、第四道支撐采用混凝土支撐，第二、三、六道支撐及換撐采用直徑609mm、壁厚16mm鋼支撐，第五道支撐采用直徑800mm、壁厚20mm鋼支撐。場地潛水水位埋深為1.28～2.05m，平均水位埋深為1.48m。因承壓水對基坑底板穩(wěn)定性可能存在一定影響，降水設(shè)計(jì)時(shí)需考慮對其進(jìn)行減壓降水?；訄D層分布見表1。

圖1 基坑平面布置圖

圖2 基坑剖面布置圖

表1 基坑圖層分布

3 基坑減壓降水的計(jì)算分析

3.1 計(jì)算模型的建立

根據(jù)勘察報(bào)告提供的土層特質(zhì)（含水層埋深、厚度）建立模型，暫按照經(jīng)驗(yàn)值對其水文地質(zhì)特性進(jìn)行賦值，并利用模型進(jìn)行預(yù)測，本次模擬取邊界外擴(kuò)約500m。

離散后的水文地質(zhì)模型示意圖見圖3。

圖3 模型三維網(wǎng)格剖分

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

3.2.1 減壓降水引起的水位變化

圖4為水位降深等值線圖?；觾?nèi)降深在2.8～6.8m，坑外50m范圍內(nèi)最大水位降深在4.2～5.1m，在50～200m范圍內(nèi)水位降深2.5～4.2m，抽水影響范圍約500m?；油庵行膮^(qū)域100m內(nèi)減壓降水引起的地表沉降約在2.06～5.36mm，200m影響范圍內(nèi)減壓降水引起的地表沉降約在0.55～2.06mm，基坑減壓降水對坑外環(huán)境有影響，但承壓水引起的沉降總體上較平緩，影響程度在監(jiān)測報(bào)警范圍內(nèi)。

圖4 基坑降水坑內(nèi)水位降深等值線圖

3.2.2 減壓降水引起的周圍地表沉降

降水引起的地面不均勻沉降可能會(huì)對周邊建筑結(jié)構(gòu)造成破壞，降水引起的地面沉降量等值線見圖5。可見，本工程降水引起的周圍地表沉降量最大可達(dá)5.36mm，需要加強(qiáng)對周邊環(huán)境和建筑物的保護(hù)，同時(shí)盡量控制抽水時(shí)間，在降水過程中做好按需抽水，盡量減少降水對周邊環(huán)境的影響。

4 承壓水抗突涌計(jì)算及模型分析

根據(jù)勘察報(bào)告，本場區(qū)承壓水分別選取最不利地段對基坑底板進(jìn)行安全水位驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果見表2。

根據(jù)安全水位計(jì)算表可以得出本基坑各分區(qū)均需要進(jìn)行減壓降水，其中，左線端頭井水位降深為16.27m，左線標(biāo)準(zhǔn)段水位降深為13.84m，右線標(biāo)準(zhǔn)段水位降深為17.07m。

圖5 降水引起的地面沉降量等值線圖

表2 層承壓水安全水位計(jì)算表

4.1 坑內(nèi)疏干井計(jì)算

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，單井降水面積在150～250m2，本基坑取200m2?；有枰氖韪删?dāng)?shù)量詳見表3。

表3 坑內(nèi)疏干布置數(shù)量

根據(jù)計(jì)算結(jié)果并結(jié)合實(shí)際基坑形狀，南通火車站共布置疏干井31口（包含3口觀測兼?zhèn)溆镁?/p>

4.2 降壓井計(jì)算

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，降壓井采用單井降水面積350m2進(jìn)行布井。求出基坑需要的降壓井?dāng)?shù)量見表4。

表4 坑內(nèi)降壓井布置數(shù)量

經(jīng)過分析和計(jì)算，為保證基坑安全分別布置2口降壓井進(jìn)行減壓降水。

5 結(jié)語

本文針對南通火車站，對富水砂層地鐵深基坑降水進(jìn)行了探討，得出以下結(jié)論：

1）對本工程水文地質(zhì)進(jìn)行探討，得出了降水滲流模型；

2）繪制了降水水位圖以及離散模型，明確了降水引起的地面沉降量；

3）計(jì)算并得到了降水井的數(shù)量，疏干井31口、降壓井4口以及布置規(guī)律。