地鐵車站基坑降水施工技術(shù)

董 紅

（中國水利水電第八工程局有限公司，長沙 410000）

0 引言

某地鐵車站采用明挖順筑法施工，為地下兩層島式站臺(tái)車站，屬于換乘車站，采用雙柱三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，總體長度為235.42 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為23.5 m，總體高度為14.99 m。該車站地貌屬黃河沖洪積平原的階地地貌，地勢(shì)平坦寬廣，場(chǎng)地較平整，無明顯坍塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。該車站基坑開挖深度在20 m以上，具有較高的地下水位，所以降水就成為了該基坑施工最主要的內(nèi)容之一。

水文地質(zhì)情況如下。

（1）該車站區(qū)域并沒有地表水流過，而地下水屬于潛水類型，主要依存在粉土、粉砂以及黏土層當(dāng)中。該區(qū)域穩(wěn)定水位埋深在21.5～23.1 m 范圍內(nèi)，地下水常年在1～1.5 m范圍內(nèi)變化。

（2）從相應(yīng)勘察資料可知，該區(qū)域地下水主要通過降水入滲、地表水下神、地下水側(cè)向徑流等方式進(jìn)行補(bǔ)給，水力坡度約0.5‰，徑流條件相對(duì)較差。地下水主要通過蒸發(fā)以及徑流等方式進(jìn)行排泄。

（3）從勘察資料可知，該區(qū)域地下水對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)具有一定的腐蝕性，若是鋼筋處在干濕交替情況下具有弱腐蝕性，處在長期浸泡的情況下具有微腐蝕性。

通過勘察結(jié)果可知，該車站的換乘節(jié)點(diǎn)位置地下水位位于地下三層板之上2 m位置，所以為了有效解決地下水對(duì)于車站施工造成的影響，確保地鐵車站基坑穩(wěn)定性，保證地鐵工程的有效建設(shè)，需要對(duì)車站基坑降水施工技術(shù)進(jìn)行分析研究。

1 地鐵車站基坑降水施工技術(shù)分析

1.1 降水方式的設(shè)定

該地鐵車站的基坑工程主要位于粉質(zhì)黏土以及松散類型的地層當(dāng)中，為了確保基坑穩(wěn)定性，需在開挖前進(jìn)行降水。從現(xiàn)階段來看，基坑開挖降水的方式較多，例如深井點(diǎn)降水、明排降水、輕型井點(diǎn)降水等等。從案例工程情況來看，由于其降水時(shí)間較為集中并且水位相對(duì)較深，所以明排降水以及輕型井點(diǎn)降水的方式并不合適，無法滿足基坑開挖、基礎(chǔ)干施工的要求，所以要采取深井點(diǎn)降水的方式，能夠避免基坑發(fā)生突涌的問題，能夠保證基坑開挖以及封底時(shí)的安全性，降低對(duì)周圍環(huán)境的影響[1]。

1.2 降水設(shè)計(jì)情況

（1）基坑涌水量的設(shè)計(jì)

一般情況下基坑涌水量可以按照下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q為基坑總涌水量，m3/d；L為基坑長度，該案例為31.85 m；B為基坑的寬度，該案例為23.04 m；K為滲透系數(shù)，該案例為2.12 m/d；H 為抗浮水位到含水層底板的距離，該案例為24.5 m；h為動(dòng)水位到含水層底板的距離，該案例為17.56 m；S 為基坑水位降深，該案例為6.94 m；R為降水影響半徑，該案例為100.03 m。

按照上述相應(yīng)參數(shù)通過上式對(duì)于基坑涌水量計(jì)算能夠得到該基坑總涌水量為799.53 m3/d。

（2）井點(diǎn)管埋設(shè)深度計(jì)算

在進(jìn)行井點(diǎn)管埋設(shè)深度計(jì)算時(shí)，需要充分參照該區(qū)域的具體指標(biāo)來進(jìn)行，包括：地下水水力坡度、降水后水面距離基坑底部的高度、降水期間地下水位變化幅度、過濾管的長度等等，可以參照下式進(jìn)行深度計(jì)算：

式中：h 為井點(diǎn)外露高度，該案例為0.3 m；i 為降水范圍內(nèi)水力坡度，該案例為0.5‰；L 為井點(diǎn)管到基坑邊緣距離，該案例為6 m；Z 為降水過程中地下水降水情況，該案例為4 m；Y 為井管埋設(shè)面到基坑底的距離，該案例為24 m。

按照上述相應(yīng)參數(shù)通過上式對(duì)于井點(diǎn)管埋設(shè)深度計(jì)算能夠得到該基坑埋設(shè)深度為30 m。

（3）單井最大允許出水量計(jì)算

可以參照如下公式計(jì)算單井最大允許出水量：

通過上式對(duì)于單井最大允許出水量計(jì)算能夠得到q=215.68 m3/d。

（4）井點(diǎn)數(shù)量以及布設(shè)

可以參照如下公式計(jì)算井點(diǎn)數(shù)量：

式中：n 為井點(diǎn)數(shù)量；Q 為基坑涌水量，該案例為799.53 m3/d；q 為管井單井出水量，該案例為215.68 m3/d。

通過上式能夠計(jì)算所需井點(diǎn)數(shù)量為4。在井點(diǎn)布設(shè)時(shí)需要參照?qǐng)龅鼐唧w條件、抽水影響因素等來進(jìn)行。該降水井到基坑邊緣和邊坡距離設(shè)定為6 m，不同井距離設(shè)定為12 m。

（5）抽水裝置選擇

水泵是降水井最主要的抽水設(shè)備，選定水泵時(shí)要按照單井出水量（215 m3/d）和流量以及揚(yáng)程等來確定，該案例選定水泵流量為12.5 m3，揚(yáng)程為40 m。為了確保抽水的有效性，每井設(shè)置1套抽水設(shè)備，同時(shí)要留有2套進(jìn)行備用。

為了確保抽水泵能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，要為其配備減壓?jiǎn)?dòng)箱以及水位調(diào)節(jié)開關(guān)。一旦抽水泵出現(xiàn)過載、堵轉(zhuǎn)等故障時(shí)，通過減壓?jiǎn)?dòng)箱可以及時(shí)將電源切斷，能夠防止電動(dòng)機(jī)發(fā)生損壞，可以延長電動(dòng)機(jī)的使用壽命。另外，水位調(diào)節(jié)開關(guān)能夠按照井內(nèi)部水位情況開啟或者關(guān)閉水泵電路，能夠確保良好的降水效果[2]。

1.3 降水管井施工以及降水情況分析

1.3.1 降水井管構(gòu)造以及降水設(shè)施

為了能夠有效降水，需要在每口降水井設(shè)置深井泵，確保其能夠連續(xù)抽水。

（1）深井泵。該基坑工程主要采用揚(yáng)程為40 m的潛水泵，每口井都要設(shè)置潛水泵，同時(shí)要配備有膠管或者鑄鐵管用于吸水。為了能夠?qū)α髁窟M(jìn)行有效調(diào)節(jié)，需要在井口安裝閥門，并且將其通過夾板進(jìn)行固定。

圖1 井管構(gòu)造示意圖

（2）井管。井管構(gòu)造如圖1所示，主要采用PVC波紋管，通過膠帶對(duì)于不同管的連接位置進(jìn)行密封，同時(shí)利用鉛絲將其扎緊。在PVC 波紋管不同波紋之間通過10號(hào)鉆頭進(jìn)行鉆孔，一般相隔100 mm打一孔，之后將160目的尼龍網(wǎng)均勻纏在濾管之上并且將其綁牢，同時(shí)要在井管外部填充5#～10#的礫石，確保其填充到地面。

（3）集水井以及排水明溝。要將所抽出的地下水排入到集水井當(dāng)中，之后再利用排水明溝將其排入到周邊下水道中。

（4）排水管道。降水井的排水管道主要采取的是DN50的PVC管道，為了能夠明確總抽水量，要在管道上部裝設(shè)流量計(jì)，以此來為基坑開挖時(shí)間作為參考。

1.3.2 降水井施工工藝

（1）根據(jù)本基坑的具體情況，該案例采取的是正循環(huán)鉆機(jī)和配套設(shè)備設(shè)施成孔施工。要委派專門人員對(duì)進(jìn)料進(jìn)行監(jiān)督，要嚴(yán)格控制井壁管、過濾管、回填砂以及黏土等材料質(zhì)量。之后進(jìn)行護(hù)孔管的埋設(shè)，一定要保證其垂直性。然后實(shí)施鉆進(jìn)清孔，為了確保鉆進(jìn)深度，在鉆進(jìn)之前一定要測(cè)量好鉆具的長度。在鉆進(jìn)過程中需要對(duì)每一層進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，一定要保證降水含水層的準(zhǔn)確層位以及巖性。

（2）要參照設(shè)計(jì)井深的情況預(yù)先進(jìn)行井管的排列以及組合，之后通過吊車進(jìn)行下管，一定要確保井口標(biāo)高的統(tǒng)一性。要確保井管能夠平穩(wěn)進(jìn)入到孔中，為了確保井管的垂直性、避免其斜靠到井壁上，在井管外部要填筑一定厚度的填礫，同時(shí)在濾水管上下各設(shè)置兩組扶正器，確保環(huán)狀填礫間隙厚度在150 mm以上。

（3）填礫料。在進(jìn)行填礫料之前需要在井管內(nèi)部下鉆桿知道距離孔底0.3～0.5 m范圍，之后為了避免雜物落入到井內(nèi)，需要對(duì)井管口進(jìn)行密封，之后參照井管構(gòu)造在其中填入礫料，在填筑的同時(shí)也要測(cè)量填礫料的高度。一般情況下濾料要大于濾網(wǎng)孔徑，要確保礫石濾料滿足級(jí)配要求，并且控制其雜質(zhì)含量小于或等于3%，將其回填到地面之下1.5 m位置。

（4）洗井。為了能夠確保洗井的有效性，務(wù)必要通過“活塞+空壓機(jī)”的方式進(jìn)行洗井，一直到井內(nèi)部出現(xiàn)清水為止，確保井底部沉砂小于或等于20 cm。

1.3.3 降水運(yùn)行

（1）在完成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)并且樁體砼符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后可以進(jìn)行抽水，以便降低水體深度，為后續(xù)的基坑開挖打好基礎(chǔ)；

（2）在降水運(yùn)行時(shí)一定要加強(qiáng)相應(yīng)水位的觀測(cè)，要實(shí)時(shí)了解承壓含水層水頭的變化情況；

（3）在降水井水頭下降到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范時(shí)，就需要對(duì)抽水量進(jìn)行調(diào)控，以便控制水頭下降幅度，防止由于降水造成的地面沉降；

（4）在降水運(yùn)行過程中需要委派專人進(jìn)行24 h看守，一定要對(duì)各項(xiàng)質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確記錄[3]。

1.3.4 降水井的質(zhì)量檢測(cè)

需要參照《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于降水井質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，具體的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容如表1所示。

表1 管井施工質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 降水井封井處理

對(duì)于基坑內(nèi)部降水井來說，若是停水之后發(fā)生水位回升的問題，會(huì)對(duì)基坑的安全造成較大影響，所以在完成降水之后需要通過相應(yīng)措施實(shí)施封井處理。

（1）首先要在施工底板砼之前的井口處設(shè)置?650 mm×3 mm 的鋼護(hù)筒，要控制鋼護(hù)筒高度超出底板頂面100 mm左右。為了確保封井的效果，通過地板防水板將鋼護(hù)筒底部包裹嚴(yán)實(shí)，同時(shí)要在防水板周圍以及底板中心鋼管上纏繞橡膠止水條，利用其遇水膨脹的性質(zhì)能夠?qū)︿摴芎晚沤涌p進(jìn)行密封，防止地下水從此處露出，在車站完成施工之后需要停止水泵運(yùn)行，之后再進(jìn)行封井。

（2）在封井過程中需要在井內(nèi)部澆筑微膨脹混凝土，一定要確保所用混凝土強(qiáng)度超出底板強(qiáng)度一個(gè)等級(jí)以上。另外，在距離筒口150 mm 位置焊接4 mm 厚度的鋼板，在兩者焊滿之后要將超出板面的護(hù)筒切除掉，其他部位要采用同樣的混凝土實(shí)施澆筑并搗實(shí)，具體如圖2所示。

圖2 車站底板降水井封井示意圖

（3）在基坑內(nèi)部布井過程中，要盡可能避免和底板梁、鋼筋密集位置相重疊，若是無法避開的情況下，底板鋼筋穿過井口時(shí)采用繞行的方式。若繞行有困難時(shí)，切斷后在四周加設(shè)構(gòu)造鋼筋進(jìn)行加強(qiáng)處理[4]。

1.5 對(duì)于基坑殘留水的有效處理

在降水施工過程中，基坑內(nèi)部潛水層周邊容易留有一定量水滯留，為了有效排除這些積水，可以在基坑內(nèi)部以及周邊挖出排水溝，通過這些設(shè)置將積水引入到集水坑排走[5]。

1.6 降水輔助措施

1.6.1 降水監(jiān)測(cè)措施

（1）降水監(jiān)測(cè)的內(nèi)容。要采取相應(yīng)措施對(duì)于基坑降水情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體內(nèi)容包括：降水時(shí)地下水位變化情況；降水時(shí)單井出水以及含砂量情況；基坑周圍地面沉降情況；基坑周圍給水、污水管管線的沉降情況等。

（2）水位觀測(cè)孔以及沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置。一般情況下在車站兩端頭井分別設(shè)置2個(gè)水位觀測(cè)孔，此孔的直徑控制在50～70 mm，確保井深達(dá)到最大下降水位之下2～3 m左右。

（3）監(jiān)測(cè)頻率。抽水過程中水位沒有達(dá)到設(shè)計(jì)深度之前，一般要按照3 次/天的頻次進(jìn)行單井出水量的觀測(cè)；在水位滿足設(shè)計(jì)降水深度之后就可以調(diào)整為1 次/天。對(duì)于雨季階段來說，一般控制監(jiān)測(cè)頻率為2～3次/天。

1.6.2 備用電源措施

為了保證降水期間抽水持續(xù)作業(yè)，防止長時(shí)間停電造成水位回升，影響地下結(jié)構(gòu)施工，降水施工期間考慮備用200 kW發(fā)電機(jī)[6]。

2 結(jié)束語

軌道交通已經(jīng)成為了我國緩解交通壓力、方便人們出行最重要的措施之一，近些年在我國很多城市都開始了地鐵建設(shè)。地鐵車站是地鐵建設(shè)中的重要組成部分，地鐵車站建設(shè)過程中最重要的內(nèi)容之一就是基坑施工，基坑施工過程中常常會(huì)遭遇較高水位，影響基坑的穩(wěn)定性。本文主要以某地鐵車站為例介紹了地鐵車站基坑降水施工技術(shù)方面的內(nèi)容，能夠?qū)Φ罔F車站基坑降水施工提供一定參考和幫助，對(duì)于提升車站基坑穩(wěn)定性具有現(xiàn)實(shí)意義。