武漢長江一級(jí)階地地鐵車站深基坑降水設(shè)計(jì)

李立國 石湛

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010）

1 工程概況

武漢市軌道交通12 號(hào)線雙墩站位于漢口建設(shè)大道與漢西路交叉口東側(cè)，為地下三層雙柱島式站臺(tái)車站，車站外包總長182m，標(biāo)準(zhǔn)段外包總寬23.9m，車站深度約31m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2m 地連墻+6 道內(nèi)支撐方案，地連墻接縫設(shè)置MJS 止水。雙墩站基坑開挖深度大，周邊環(huán)境復(fù)雜，地層透水性強(qiáng)，需要制定行之有效、經(jīng)濟(jì)合理的降水方案。

2 工程地質(zhì)

雙墩站位于漢口長江一級(jí)階地，地形較平坦，地面高程一般在23.56～24.66 米之間。場區(qū)覆蓋層主要為人工填土層、第四系全新統(tǒng)沖積層，基巖為志留系墳頭組泥巖。各層土分布情況及工程地質(zhì)特征描述如下：

1-1 雜填土（Qml）：土質(zhì)松散，其厚度0.9～4.9m，滲透系數(shù)1.0×10-3cm/s。

1-2 素填土（Qml）：松散，層厚0.0～2.1m，滲透系數(shù)1.0×10-4cm/s。

3-1 黏土（Q4al）：可塑狀態(tài)，屬中等偏高壓縮性土，層厚2.3～8.4m，滲透系數(shù)5.0×10-7cm/s。

3-4 淤泥質(zhì)黏土（Q4al）：軟～流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土，層厚0.0～14.0m，滲透系數(shù)3.0×10-6cm/s。

3-4a 黏土（Q4al）：可塑狀態(tài)，屬中等偏高壓縮性土，層厚0.0～4.0m，滲透系數(shù)5.0×10-7cm/s。

3-4b 粉質(zhì)黏土夾粉土、粉砂（Q4al）：粉質(zhì)黏土呈軟塑狀態(tài)，粉土呈中密狀態(tài)，粉砂呈松散狀態(tài)，粉土、粉砂呈交替分布，屬于中等偏高壓縮性土，層厚0.0～5.3m，滲透系數(shù)4.0×10-5cm/s。

4-1 粉細(xì)砂（Q4al）：稍密狀態(tài)，屬于中等壓縮性土，層厚1.2～7.7m，滲透系數(shù)2.0×10-2cm/s。

4-2 粉細(xì)砂（Q4al）：中密狀態(tài)，屬于中等偏低壓縮性土，層厚6.3～21.8m，滲透系數(shù)2.4×10-2cm/s。

4-3 中細(xì)砂（Q4al）：密實(shí)狀態(tài)，屬于低壓縮性土，層厚8.1～19.8m，滲透系數(shù)2.4×10-2cm/s。

4-4 含礫中粗砂（Q4al）：飽和，中粗砂呈密實(shí)狀態(tài)。層厚1.4～7.9m，滲透系數(shù)4.0×10-2cm/s。

20a-1 強(qiáng)風(fēng)化泥巖（S2f）：節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖芯多呈半巖半土狀，局部呈殘積土性質(zhì)。層厚0.6～4.2m，滲透系數(shù)1.0×10-5cm/s。

20a-2 中風(fēng)化泥巖（S2f）：泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，層狀構(gòu)造，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，屬極軟巖，較破碎巖體，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，滲透系數(shù)1.0×10-6cm/s。

3 水文地質(zhì)

勘察場地地下水主要類型有上層滯水、孔隙承壓水。

3.1 上層滯水主要分布于人工填土層中或淺部暗埋原溝塘處，水位不連續(xù)，無統(tǒng)一自由水面等特征。

3.2 孔隙承壓水主要賦存于第四系全新統(tǒng)沖積層的砂層中，含水層厚度一般為20～40m。根據(jù)抽水試驗(yàn)資料，孔隙承壓水的靜止水位埋深7.8-8.3m，孔隙承壓水位相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高16.28-16.50m。

4 降水設(shè)計(jì)方案

4.1 基坑涌水量估算

根據(jù)武漢地區(qū)類似基坑工程經(jīng)驗(yàn)，長江一級(jí)階地30m 深基坑地連墻均按落底考慮，墻底進(jìn)入基巖2～3m。本次采用疏干降水思路進(jìn)行降水設(shè)計(jì)，承壓水初始水頭取19.0m，設(shè)計(jì)目標(biāo)動(dòng)水位標(biāo)高取-8.4～-6.6m，水位降取25.6～27.4m，基坑出水量計(jì)算采用坑內(nèi)降水布井的方式進(jìn)行計(jì)算。

基坑出水量按“大井”法承壓非完整井公式計(jì)算：

式中：Q-基坑降水出水量，m3/d；k-滲透系數(shù)，m/d；M-含水層厚度，m；S-基坑中心水位降，m；R-降水期間影響半徑，m；r-大井園概化半徑，m;L-過濾器工作部分長度，m。

基坑涌水量計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 基坑涌水量估算結(jié)果

4.2 降水井?dāng)?shù)量計(jì)算及布置

根據(jù)水文地質(zhì)參數(shù)，取干擾井群單井出水量根據(jù)公式計(jì)算：

式中：q-管井出水能力（m3/d）；l-過濾器長度（m）；r-過濾器外徑（m）；K-滲透系數(shù)（m/d）。

經(jīng)計(jì)算，q=1501m3/d，結(jié)合抽水試驗(yàn)成果，單井實(shí)際出水量取1440m3/d，則需降水井?dāng)?shù)量為：

N=Q/q*1.1*70%（地連墻落底折減）

圖1 基坑降水水位等值線

經(jīng)計(jì)算，得N=28.3 口，經(jīng)優(yōu)化布置，天漢降水軟件模擬計(jì)算后，需要26 口降水井就能將場地承壓水降低至基底以下1.0m，坑內(nèi)井間距約為20m。因基坑開挖深度大，處于長江一級(jí)階地，風(fēng)險(xiǎn)較高，本次專門設(shè)置坑外觀測井14 口，兼做應(yīng)急備用井，井間距約為35m。

4.3 降水井深度及井結(jié)構(gòu)

4.3.1 降水井（觀測井）的深度

管井深度與過濾管安裝深度與含水層埋深、厚度、滲透性、富水性及其出水能力等因素來綜合確定，降水井實(shí)際深度取45.0m，觀測井深取40.0m，降水井鉆探井徑取600mm。

4.3.2 井管

降水井過濾管長度均為12.5m，觀測井過濾管長度15.0m，井管壁厚不小于3mm，管徑250mm，均采用鋼質(zhì)焊管。

4.3.3 填礫與管外封閉

降水井井口至井深20.0m 含水層深度段環(huán)填硅質(zhì)圓礫，以形成良好的人工反濾層，其余段環(huán)填黏土球以進(jìn)行管外封填。

圖2 降水井結(jié)構(gòu)圖

5 成井施工

降水井施工應(yīng)滿足如下要求：

5.1 測量放樣：根據(jù)坐標(biāo)控制點(diǎn)、降水設(shè)計(jì)方案與地下管線分布圖，施放降水井井位。

5.2 鉆機(jī)就位、調(diào)整：鉆機(jī)采用正反循環(huán)鉆機(jī)，鉆機(jī)就位時(shí)需調(diào)整鉆機(jī)的平整度和鉆塔的垂直度，對(duì)位后用機(jī)臺(tái)木墊實(shí)，以保證鉆機(jī)安放平穩(wěn)。

5.3 鉆孔：在鉆孔過程中應(yīng)保證孔內(nèi)泥漿液面高度與孔口平，嚴(yán)防塌孔。在地層條件允許的情況下，使用地層自造泥漿成孔，在鉆孔過程中，技術(shù)人員詳細(xì)描述地層情況，作為下管填料的依據(jù)。

5.4 清孔換漿：鉆孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在提鉆前將鉆桿提至離孔底0.5m，進(jìn)行沖孔清除孔內(nèi)雜物，同時(shí)將孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)至1.05～1.1 左右，沉渣厚度符合要求，返出的泥漿內(nèi)不含泥塊為止。

5.5 下管：對(duì)于鋼管井，宜采用懸吊下管法，井管底部焊接鋼板封堵牢靠，井管與井管之間焊接牢固，確保焊縫均勻、無砂眼。為保證井管居中及一定厚度的濾料，在濾管段上下部各加一組扶正器4 塊。

5.6 填料：井管下好后，立即按設(shè)計(jì)要求回填濾料，濾料沿井壁四周均勻填入，并隨填隨測濾料層的頂面高度。

5.7 洗井：濾料回填后，應(yīng)該在8h 內(nèi)用潛水泵洗井，直至井水洗清達(dá)到規(guī)范要求為止。洗井時(shí)若出現(xiàn)井水中含有濾料，應(yīng)停止洗井，檢查原因，進(jìn)行處理，必要時(shí)要報(bào)廢掉，并按封井要求進(jìn)行封井。

5.8 水泵安裝、試抽水：洗井結(jié)束后進(jìn)行水泵安裝，要求安裝前記錄井深，便于控制水泵深度，水泵安裝要牢固平穩(wěn)確保設(shè)備安全，水井底部預(yù)留1m 沉淀段。

6 降水監(jiān)測

降水運(yùn)行前應(yīng)統(tǒng)測一次井內(nèi)水位和各井出水量。抽水開始后，在水位未達(dá)到設(shè)計(jì)降水深度以前，每天觀測三次水位、水量。當(dāng)水位已達(dá)到設(shè)計(jì)降水深度，且趨于穩(wěn)定時(shí)，可每天觀測一次。如遇降雨，觀測次數(shù)宜每日2～3 次。

對(duì)水位、水量監(jiān)測記錄應(yīng)及時(shí)整理，繪制水量Q 與時(shí)間t 和水位降深值S 與時(shí)間t 過程曲線圖，分析水位水量下降趨勢，預(yù)測設(shè)計(jì)降水深度要求所需時(shí)間。根據(jù)水位、水量觀測記錄，查明降水過程中的不正常狀況及其產(chǎn)生的原因，及時(shí)提出調(diào)整補(bǔ)充措施，確保達(dá)到降水深度。

7 結(jié)論

本文介紹了武漢地區(qū)典型長江一級(jí)階地地鐵車站深基坑降水設(shè)計(jì)方案、施工工藝及監(jiān)測措施。通過實(shí)踐證明，降水方案及施工工藝合理，對(duì)武漢類似深基坑降水工程具有一定的借鑒意義。