富水厚砂層地鐵車站洞樁法施工降水關(guān)鍵技術(shù)及監(jiān)測分析

孟立民，王 珂，馮澄宇，肖 男，韓靜波

（1.中鐵七局集團有限公司，陜西西安 710082；2.西安建筑科技大學土木工程學院，陜西西安 710055；3.陜西省巖土與地下空間工程重點實驗室，陜西西安 710055）

1 背景

洞樁法作為一種新興工法，不僅施工成本低、工期短，而且施工產(chǎn)生的土體變形小、斷面利用率高[1]，在地鐵建設(shè)工程中的應用日益廣泛。為確保施工安全，洞樁法修建地鐵車站需在無水環(huán)境下作業(yè)，尤其是在不良地質(zhì)條件下，如何有效消除地下水帶來的安全隱患是洞樁法施工重點關(guān)注的問題。

管井降水是地鐵車站施工中常用的一種降水方法，許多學者對此進行了卓有成效的研究[2-3]。溫繼偉、周樂木[4-5]等人對管井降水的設(shè)計、施工及監(jiān)測等一系列問題進行了研究，提出局部異常水和潛水殘留水的處理措施；于新鋒[6]從明槽開挖范圍、管井降水方案及管井降水效果檢驗3個方面介紹了管井降水在含水厚表土層斜井明槽施工中的應用；陳小羊[7]等人在總結(jié)常規(guī)管井降水施工工藝的基礎(chǔ)上，對常規(guī)管井降水技術(shù)進行改進，形成新的降水技術(shù)，新技術(shù)減少了過濾層包裹和反濾層回填兩道工序，能夠有效節(jié)約材料、縮短工期；李佐春、熊向進、趙振生[8-10]等人分別從濾網(wǎng)類型、濾料、管井、取樣時間和降水井實時出水量等方面分析了管井降水中出水含砂量的影響；張曉宇[11]首次在軟塑黃土隧道中開展了地表超前降水試驗研究，改善了黃土的物理性質(zhì)，提高了黃土的圍巖穩(wěn)定性；馬龍、安建良[12-13]等人通過方案對比及試驗研究不同地鐵車站修建中的降水技術(shù)，利用形成的理論成果和工程技術(shù)應用成果有效解決了實際工程問題。

以上研究內(nèi)容為管井降水的應用提供了堅實的理論和實踐基礎(chǔ)，但上述內(nèi)容鮮有涉及富水厚砂層地質(zhì)條件下洞樁法地鐵車站施工中管井降水的應用研究。鑒于此，本文以西安地鐵8號線豐禾路地鐵站洞樁法施工項目為研究背景，研究一種復雜環(huán)境下洞樁法車站地面管井降水方法，并對該方法的技術(shù)難點及工藝流程進行了分析研究，以期為同類項目提供借鑒指導。

2 工程概況

西安地鐵8號線豐和路站車站主體采用地下兩層單柱雙跨結(jié)構(gòu)形式，12.0 m島式站臺，采用三導洞“洞樁法”施工，車站全長237.2 m，標準段寬21.3 m，設(shè)置3個出入口、2個風道，車站共設(shè)置3座豎井及橫通道。

該工程場地潛水賦存于全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、砂層，上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土及其砂層中，該地層構(gòu)成車站場地含水層。在車站結(jié)構(gòu)底板下上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)的沖積中砂層，透水性強，賦水性強，為該車站主要含水層，如圖1所示。

圖1 豐禾路站橫斷面圖（單位：m）

3 降水方案設(shè)計

根據(jù)西安地區(qū)地鐵工程常用降水方法和該車站地下水對站點施工影響分析，對影響該站施工的地下水采用地面管井降水方案，同時輔以明排排水、止水措施，降水井設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 降水井設(shè)計參數(shù)表

3.1 降水方案

降水影響半徑計算公式如下：

式（1）中，R為降水影響半徑，m；Sw為降水井水位降深，m；K為含水層滲透系數(shù)，m /天；H為潛水含水層厚度，m。根據(jù)公式（1）計算該工程的降水影響半徑為849.706 m。

基坑降水總涌水量計算公式如下：

式（2）中，Q為基坑降水總涌水量，m3/天；Sd為基坑地下水位的設(shè)計降深，m；r0為基坑等效半徑，m。

需要降水井的數(shù)量計算公式如下：

式（3）中，q為單井設(shè)計流量，m3/天；n為降水井數(shù)量。

根據(jù)上述計算，現(xiàn)場共布置84眼降水井滿足降水需求，水位觀測孔設(shè)置16個布置于場地四周，且觀測孔深度低于設(shè)計水位不小于3 m。

3.2 降水結(jié)構(gòu)形式

（1）降水井。降水井直徑800 mm，深度40 m，間距8 m，降水井中心距結(jié)構(gòu)邊線3 m，沿擬建（構(gòu)）筑物周邊布置。管井采用φ400 mm無砂混凝土管，孔隙率25%～30%，濾管外包1層80目尼龍網(wǎng)，濾料采用3～7 mm礫料填入管井外圍，孔底采用底托密封。

（2）深井泵。選用潛水泵，抽水量45 m3/h，揚程大于45 m。

（3）排水。為防止排水過程中排水溝滲漏對施工造成影響，降水井排水采用地面刻槽600 mm×900 mm（寬×深）埋設(shè)排水管，管徑φ150 mm，為防止道路來往車輛壓破排水管，現(xiàn)場排水管埋設(shè)時埋深不小于20 cm，埋設(shè)完成后用混凝土及瀝青恢復地面。場地內(nèi)外管井抽出的地下水通過排水管匯入三級沉淀池，經(jīng)過凈化后匯入市政雨水管網(wǎng)排走，如圖2所示。

圖2 管井排水管示意圖

3.3 管井降水施工工藝

（1）測放井位。根據(jù)附屬通道及設(shè)計好的降水井位平面布置圖進行井位放樣。

（2）探孔。確定好降水井位置后，進行管線探測，先進行人工開挖2 m，然后采用人工洛陽鏟進行管線探測6 m，探測總深度8 m。

（3）安裝鉆機。機臺安裝應水平穩(wěn)定，鉆桿、鉆頭與孔的中心三點成一垂線。

（4）鉆進成孔。降水井開孔孔徑為φ800 mm，鉆孔施工達到設(shè)計深度40 m時，宜多鉆0.3～0.5 m。該工程中砂層主要位于地面下6.1～20.3 m及33～37.8 m，鉆孔時應加強觀測，按要求添加0.5%～0.8%的鉆井液，以提高泥漿黏度（測量泥漿黏度方法：工程漏斗測定溶液的黏度到28 s左右）。

（5）下管井。下管前保證井底沉渣厚度不大于20 cm，方可下放濾管，管井連接要牢固、垂直，用4根竹片，10號雙鐵絲捆綁；管口內(nèi)壁不錯位，在管井外側(cè)包裹1層80目尼龍網(wǎng)，防止周圍土體進入降水井。

（6）安泵試抽。成井施工結(jié)束后，應及時下入潛水泵，鋪設(shè)排水管道、接電纜等，抽水與排水系統(tǒng)安裝完畢，在豎井橫通道開挖前10天即可開始抽水。

4 監(jiān)測布置及數(shù)據(jù)分析

4.1 監(jiān)測目的和監(jiān)測內(nèi)容

降水區(qū)域附近水位的降落變化會引起地面附加沉降，因此對降水區(qū)域附近建筑物、鄰近管道、地表及內(nèi)部構(gòu)件的沉降觀測至關(guān)重要，時刻掌握降水施工對周圍環(huán)境的影響，加強施工安全性以確保工程順利進行。主要監(jiān)測內(nèi)容如表2所示。

表2 降水監(jiān)測項目表

4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.2.1 水位監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

豎井水位變化情況如圖3所示。從豎井地下水位變化曲線圖中可知，隨著降水工程的進行，3個豎井的地下水位均逐漸降低，并最終趨于穩(wěn)定，說明該降水方案能較好地滿足工程降水的要求，取得了較好的降水效果。

圖3 豎井地下水位變化曲線

4.2.2 沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

豎井、燃氣管線及周邊建筑物地面沉降監(jiān)測曲線如圖4～圖6所示，各監(jiān)測點單日變形量如圖7～圖9所示。

圖4 豎井地表沉降監(jiān)測曲線圖

圖6 周邊建筑物地表沉降監(jiān)測曲線圖

圖7 豎井單日沉降變形示意圖

圖9 周邊建筑物單日沉降變形示意圖

從各監(jiān)測點位的變形監(jiān)測曲線圖中可以看出，在降水工程施工期間，基坑周邊建筑物、地下管線等未受降

水施工的影響，始終處于較為平穩(wěn)的狀態(tài)。

圖5 燃氣管線地表沉降監(jiān)測曲線圖

圖8 燃氣管線單日沉降變形示意圖

從圖7、圖9中可以看出，在監(jiān)測時間內(nèi)，豎井單日最大單日沉降為1.6 mm，周邊建筑物單日最大沉降為1 mm，均在單日沉降±3 mm的預警范圍值內(nèi)；燃氣管線單日最大沉降量為1.2 mm，未超出單日變形不得超過2 mm的限值。說明該降水方案在滿足降水要求的同時，能夠有效控制周圍建（構(gòu)）筑物的沉降變形，從而確保施工安全。

5 結(jié)論

本文以西安地鐵8號線豐禾路站為項目背景，詳細介紹了富水厚砂層地質(zhì)條件下管井降水施工的技術(shù)特點、工藝流程及降水引起的地面沉降的控制措施，得出以下結(jié)論。

（1）采用管井降水，降水后地下水位及單個管井出水量總體穩(wěn)定，達到了降水的目的，實踐證明降水方案合理，為類似富水厚砂質(zhì)地層條件下洞樁法降水施工提供了參考。

（2）監(jiān)測結(jié)果表明，地面管井降水輔以明排排水的降水方案能較好地達到抽水止水效果，且對周邊建（構(gòu)）筑物的影響較小，確保了施工安全性。