某地鐵車站深基坑降水施工方法研究

孫洪凱

（中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司城市軌道工程分公司，上海 201900）

1 工程概況

南大路站位于上海市寶山區(qū)祁連山路下方，橫跨南大路呈南北向布置。該站為地下2 層島式站臺車站，車站主體基坑寬21.94～27.14 m，長約208.2 m。車站中心里程為SK36+749.944，站臺中心處頂板覆土約3.527 m，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約20.007 m。

地表土層以水平結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層，根據(jù)其特征狀況可分為12 層。分別為①1-1層雜填土、①1-2層素填土、②1層粉質(zhì)黏土、③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1層淤泥質(zhì)黏土、⑤1-1層黏土、⑤3-1層粉質(zhì)黏土、⑥層粉質(zhì)黏土、⑦1-1層砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑧1層粉質(zhì)黏土、⑧2-2層粉砂、⑧2-3層粉質(zhì)黏土與黏質(zhì)粉土互層。

2 深基坑降水控制

2.1 施工重難點(diǎn)

本項目基坑開挖深度為20～22 m，坑底位于⑤1-1層黏土層和⑥層粉質(zhì)黏土層中，土層含水率高，易發(fā)生縱坡滑移，坑底存在突涌風(fēng)險。采用真空疏干深井形式進(jìn)行疏干處理，并利用深井進(jìn)行減壓降水。主體地下連續(xù)墻完全隔斷⑦層承壓水，開挖深度基本挖至⑦層土頂面。由于圍護(hù)已隔斷承壓水水層，降壓井疏干降壓至基坑坑底下1 m，深度主要控制在⑦1-1層內(nèi)。采用坑內(nèi)布設(shè)降壓深井方式，降低承壓水水頭，對承壓水進(jìn)行按需降水，使基坑免于受到承壓水突涌威脅。做到按需抽水，坑外設(shè)置觀測井防止地下連續(xù)墻接縫處滲漏[1]。

2.2 基坑承壓水穩(wěn)定性分析

上海市在2012 年頒布的工程施工規(guī)范DGJ 08-37—2012《巖土工程勘察規(guī)范》中第12.3.3 條給出了開挖基坑時會造成突涌的經(jīng)驗公式：Pcz/Pwy＜1.05，其中，Pcz為底坑開挖面到承壓水層之間土方的自重壓力；Pwy為承壓水層的水壓，二者單位均為kPa。當(dāng)承壓水的托舉壓力大于承壓水層頂部到基坑底部間土壤自重壓力時，認(rèn)為此時基坑抗管涌性能符合要求。

2.3 降水設(shè)計思路

2.3.1 降承壓水設(shè)計

地墻隔斷⑦1-1承壓水層，基坑采用疏干降水降承壓水，端頭井設(shè)置備用降壓井防止⑧2-2承壓水層突涌。承壓水水頭埋深、水量、所在土層滲透系數(shù)等都會影響降水方案設(shè)計，關(guān)系到基坑及周邊環(huán)境安全。因此，在施工前應(yīng)進(jìn)行抽水試驗，以掌握實(shí)際承壓水水頭埋深、水量、滲透系數(shù)等水文參數(shù)，依據(jù)抽水試驗所取得的水文參數(shù)編制具有針對性的降水方案。

2.3.2 疏干井設(shè)計

基坑降水深度應(yīng)控制在坑底1 m 以下，墻外設(shè)置適量的水位監(jiān)測孔，坑外監(jiān)測孔水位比原地下水位深度不宜大于0.5 m?；臃秶鷥?nèi)按每180～200 m2布設(shè)1 個疏干井。在基坑開始挖掘前20 d 進(jìn)行降水工作，始終保持地下水位在開挖面1.0 m 以下。在基坑底部加固完成后進(jìn)行疏干井施工，在基坑挖掘施工階段，疏干降水井作為降水井使用，而當(dāng)基坑挖掘完成以后，需要將疏干井地面以上部分切除作為排水口，完成頂板覆土工作后，需要將排水口進(jìn)行封堵。

2.4 質(zhì)量控制

基坑降水施工過程質(zhì)量控制要求見表1。

表1 基坑降水施工過程質(zhì)量控制要求

3 地鐵車站深基坑降水施工方法

3.1 施工方法

南大路站降水井采用GPS-10 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)，自成泥漿護(hù)壁的方法施工，降水井孔徑為φ700 mm，管徑為φ400 mm。其具體施工主要涉及以下方面：

1）放線定位測量。在進(jìn)行降水井鉆孔施工時，需依照降水井分布圖，準(zhǔn)確測量出管井位置，確保施工無誤。

2）鉆孔。采用GPS-10 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，成孔垂直偏差控制在1%以內(nèi)，鉆孔孔深比設(shè)計井深出0.5 m，成孔后清孔。然后在井底回填深度為0.5m 的碎石顆粒，其中，碎石直徑不超過15 mm。

3）下設(shè)井管。井管一般采用圓形鋼管，同時，間隔一定距離需安裝透水管，在透水管側(cè)壁設(shè)置透水孔，井管和透水管直徑均為φ400 mm，在井管下部2.5 m 處設(shè)置有沉淀管，一般井管外壁需要包裹鋼絲網(wǎng)。井管利用起重機(jī)進(jìn)行吊裝施工，同時，井管起吊形式取決于施工現(xiàn)場的環(huán)境以及吊裝器械的作業(yè)能力。如果采用分節(jié)吊裝，則需要在井管接頭處焊接接長，同時要確保各井管連接的焊接質(zhì)量和對位精度，井管對位要求垂直居中。

4）填礫料。井管放入井內(nèi)后，及時在井管與孔壁間填充粒徑為3～8 mm 的細(xì)礫石濾料。填充需采用滿足級配要求的細(xì)礫石濾料，其雜質(zhì)含量應(yīng)不高于3%。然后通過人工使用鐵鍬圍繞井口邊沿均勻下料，一層一層地緩慢填充，以免因下料不均勻產(chǎn)生偏壓，對井管造成沖擊。濾料填充應(yīng)不間斷分層填充、一次完成，當(dāng)濾料填充至井口距離約1.0 m，剩余部分改用黏土逐步分層填充，最終夯實(shí)壓緊封口。

5）洗井。用潛水泵抽取井內(nèi)的水直到抽出的是清水為止，這一步驟稱為“洗井”。井管放置、濾料填充、封口完畢的8 h 之內(nèi)，要趕緊進(jìn)行洗井工作，以免因停留時間過長造成護(hù)壁泥皮老化，使其難被破壞，進(jìn)而對滲水效果產(chǎn)生不利影響。

6）下放水泵。安裝工作開始前，要全面檢查水泵的控制系統(tǒng)，保證水泵各環(huán)節(jié)無誤后再將其放入井內(nèi)，通過繩索吊裝將水泵送到井點(diǎn)管，用鋼板焊接封住管口，同時確認(rèn)連接水泵的接頭和電纜是否已做絕緣處理。

7）接真空管。降水井檢測合格、水泵試抽正常后，接入真空泵，再用密封膠帶、密封膜將接口封閉密實(shí)，開啟真空泵試抽，檢測真空度。如不合格，重新安裝密封。

3.2 深井降水施工技術(shù)要點(diǎn)

在基坑開始挖掘前20 d 進(jìn)行降水工作，始終保持地下水位在開挖面之下1.0 m。當(dāng)基坑挖掘達(dá)到設(shè)計深度，基坑底板和墊層完成混凝土澆筑工作并檢測符合設(shè)計強(qiáng)度后，才能終止降水施工。

在基坑土方挖掘過程中，要時刻高度關(guān)注井管真空效果，確保做好井管密封工作?；诰c(diǎn)套管直徑小的特點(diǎn)，力求套管支撐連接節(jié)點(diǎn)牢固且穩(wěn)定；同時，也要關(guān)注基坑內(nèi)部的明排水問題，以防降雨對降水工作造成影響[2]。

在降水檢測和維護(hù)期，要對各個降水井和觀測孔中的水量、水位采取同步檢測，并統(tǒng)一指揮控制降水。在降水勘察期，開展降水檢測前，統(tǒng)一進(jìn)行1 次自然水位勘察記錄。在開始降水后，且水位還未達(dá)到設(shè)計降水深度前，要保持觀察水量、水位的頻率為3 次/d；當(dāng)水位滿足設(shè)計降水深度要求并近于穩(wěn)定時，則將觀測頻率改為1 次/d。到了雨季，觀測頻率為2～3 次/d。

監(jiān)測水量、水位變化情況并形成記錄，分別繪制水位降深值s、水量Q 與時間t 的過程曲線圖，根據(jù)曲線圖仔細(xì)分析水量和水位的下降趨勢，預(yù)估需要多少時間才能達(dá)到設(shè)計降水深度要求。

根據(jù)觀測記錄的水量、水位數(shù)據(jù)，了解降水過程中的反常情況以及產(chǎn)生反常情況的原因。針對這一情況及時提出補(bǔ)救措施，確保能夠達(dá)到設(shè)計降水深度。

4 地鐵車站深基坑降水施工關(guān)鍵點(diǎn)控制

4.1 降水試運(yùn)行

1）在降水試運(yùn)行前，需要先準(zhǔn)確測量各個井口和地面標(biāo)高以及靜止水位高度，再進(jìn)行降水測試運(yùn)行，以便于測試現(xiàn)有抽水設(shè)備、抽排水系統(tǒng)是否能夠達(dá)到設(shè)計的預(yù)防降水標(biāo)準(zhǔn)。

2）疏干作用降水井的成井施工階段應(yīng)邊施工邊抽水，即完成1 口，投入降水運(yùn)行1 口，力爭在基坑開挖前，將坑內(nèi)土體含水量減小到最小。

4.2 加強(qiáng)基坑降壓水管理

由于基坑開挖已接近場地巨厚承壓含水層組，且止水帷幕無法隔斷基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，故減壓降水直接關(guān)系到整個基坑安全?？辈靾蟾骘@示，車站場地內(nèi)潛水水位在地面以下0.9～1.39 m，其承壓水水位主要為⑦層中的承壓水。該層承壓水水位標(biāo)高呈現(xiàn)周期性變化，埋深變化區(qū)間大多為3.0～-12.0 m。在主體基坑地下連續(xù)墻將⑤1-j層完全隔斷的情況下，基坑降水風(fēng)險主要表現(xiàn)在止水帷幕存在缺陷時，坑內(nèi)潛水含水層及微承壓含水層降水對坑外含水層的影響。在主體基坑地下連續(xù)墻未深入⑦1-2層、⑦2層的情況下，基坑降水風(fēng)險主要表現(xiàn)在⑦層承壓含水層降水造成的坑外地下水位下降，從而引發(fā)基坑周圍土體沉降、周邊建（構(gòu)）筑物變形的風(fēng)險。

4.3 基坑排水降水的管理

降水施工前，根據(jù)地質(zhì)勘察及抽水試驗，對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，合理布置降壓井井深及數(shù)量，以確?；臃€(wěn)定。降水前進(jìn)行抽水試驗，確定降壓井?dāng)?shù)量和范圍，根據(jù)實(shí)驗結(jié)果判斷降水的影響大小，決策是否采取回灌措施。根據(jù)本工程水文地質(zhì)等特征情況，基坑降水采用基坑內(nèi)真空深井管降水，每口降水井點(diǎn)承擔(dān)的降水面積不得過大，其面積應(yīng)控制在150～180 m2，在開挖之前，至少保證有不少于20 d 的降水時間。另外，還要通過觀測井對水位進(jìn)行觀測，只有在基坑內(nèi)地下水位降到距離基坑底面2.0 m 后，方能進(jìn)入基坑土方挖掘環(huán)節(jié)。在基坑開挖過程中，對局部降水效果達(dá)不到土方開挖要求的，采用輕型井點(diǎn)輔助降水，以確保降水效果，降水井待基坑開挖到底且底板完成后將底板面以上井管割除，改做泄水孔，待結(jié)構(gòu)施工完成并且頂板覆土完成后再進(jìn)行封堵[3]。

4.4 加強(qiáng)監(jiān)測，及時反饋信息指導(dǎo)施工

施工安全重于泰山，“零事故”的安全生產(chǎn)是永遠(yuǎn)追尋的目標(biāo)，秉承“早發(fā)現(xiàn)、早處理、防患于未然”原則，必須嚴(yán)格把關(guān)、嚴(yán)密檢測整個深基坑施工過程。要從土體位移、墻體位移、支撐軸力、地表沉降、地下水位、建筑物及管線的沉降和變形等多維度監(jiān)控，以保證基坑以及基坑周圍環(huán)境的安全。

5 結(jié)語

綜上所述，從該車站實(shí)際施工效果來看，承壓水位控制是地鐵深基坑施工的生命線，在主體結(jié)構(gòu)基坑開挖時有可能對基坑安全造成重大影響，為充分保障施工安全性以及施工進(jìn)度，有效的降水措施是控制施工風(fēng)險、營造安全施工環(huán)境的關(guān)鍵。