地铁车站深基坑开挖降水技术

李鸿宾

(中铁一局集团有限公司，陕西西安710054)

1 工程概况

1.1 车站概述

南京地铁一号线玄武门车站位于南京市中央路与湖南路交汇处东北侧，江苏展览馆广场的前端，呈南北走向。车站设计为地下两层双排柱列三跨钢筋混凝土箱形结构，车站全长192.9 m，标准段基坑净宽20.6 m，开挖深度14.8 m，北端头开挖深度16.4 m。车站采用明挖顺作法施工。

1.2 工程及水文地质

车站表层普遍分布有人工填土层，厚度为1 m，其最厚处达3.8 m;人工填土层以下为软弱黏性土及砂性土，其中场地中部松散粉砂土分布相对较厚，该土层中含有丰富的地下水，渗透系数为3.63 m/d，范围在4.0～19.5 m之间;19.5 m以下的覆盖土为可塑性粉质黏土，该土层具有中低压缩性、土质较好，强度较高，为不透水地层，渗透系数较小，为0.22 m/d。地下水位在地表以下1.0～1.2 m之间。

2 降水方案的选择

2.1 基坑降水条件

由于基底以下处于不透水层，四周有地下连续墙隔水，基坑内地下水除了大气降水外基本上无有效的补给来源，故开挖时采用积水坑抽排的办法可以达到抽干坑内积水的目的。由于基坑开挖最大深度为16.4 m，开挖前必须将其降到基底标高2 m以下，根据地质资料显示，只要将围护结构内含水层中的水抽出，就可达到降低地下水的目的。

2.2 方案的选择

结合施工现场情况，可供选择的降水方案有轻型井点降水和深井降水两种。井点降水适用于水位降至地面以下10 m以内，以细砂和粉砂为主，渗透系数为0.1～50 m/d的土层中，需要投入的设备较多，降水时间较长，对车站工期影响较大。深井降水最大深度可至20 m以下，且施工工艺简单，成井速度较快，其管井在基坑开挖中易于拆除。故深井降水可以改善施工条件，提高功效，同时也大大加快工程进度。

因此，玄武门站深基坑开挖选用深井降水方案。

3 降水设计

3.1 降水设计思路

根据基坑开挖深度，按照基坑水位降至基底以下1～2 m的原则。初步设计井深16 m，井孔直径600 mm，井管选择外径为350 mm混凝土管和混凝土滤管，其中混凝土管单节长度4 m，滤水管单节长度4 m(孔呈梅花型布置)，每道深井由1节混凝土滤管和3节混凝土管组成(在管井底加焊10 mm厚的钢板，防止潜水泵在抽水时堵塞)。施工时采用GPS158型旋转钻机成井，钻头直径为600 mm，抽水采用8台扬程为20 m，功率为0.75 kW的小型真空潜水泵(该泵最大特点是根据水位情况自动开启)，抽水管采用内部带有钢丝的塑料软管或胶管，其直径为38 mm，单节长度20 m，降水共需管长240 m(其中包括引出井管外的长度)。

3.2 设计计算过程

由于井点系统涌水量以水井理论为依据，该降水井井底为透水层且布置在两层含水层之间，所以涌水量的计算以无压非完整井的理论为依据进行设计计算。根据玄武门站西侧国际商城抽水试验资料及工程地质报告确定渗透系数为0.34 m/d，含水层的有效深度H0，按经验系数查表得H0＞H=18.5 m，则仍取含水层的厚度18.5 m。

影响半径R=1.95S(HK)1/2

式中:R为影响半径(m);S为水位降深16 m;H0为含水层厚度18.5 m;K为土层渗透系数0.34 m/d。

则: R=1.95×16×(18.5×0.34)1/2=78.25 m

因为A/B=192.9/20.6=9.364＞3

则引用半径采用公式r0=P/2π进行计算

式中:A为基坑长度，A=192.9 m;B为基坑宽度，B=20.6 m;

所以r0为 P/(2π)=70.17 m

式中:P为基坑周长，440.9 m;r0为引用半径m。

基坑总涌水量

式中:Q为基坑总涌水量;S为基坑底水位降深16 m。

单井涌水量

式中:d为井管直径0.35 m;L为滤管长度4 m。

井数、间距

设计选择8口井，井间距D=21.43 m，管井沿基坑中线以21.43 m间距避开连续墙钢支撑，布置见图1。

图1 降水井平面示意(cm)

4 施工工艺

4.1 施工技术措施

(1)在定位井点位置前结合围护结构施工图，使井点的位置与基坑中架设的支撑相互避开。

(2)选用GPS158型钻机成孔，钻孔直径600 mm。孔口设置钢护筒，钻至设计深度后用正循环方法清孔，施工中控制孔斜偏差＜1%。

(3)探测孔深满足设计深度后按顺序下放井管，首先仔细检查滤网包扎质量(在滤管外围采用两层纱网包扎裹紧)，然后轻提慢放并使井管居中(单节管节上沿着管口对称焊有Φ16的吊环，用于吊放管节)，两管连接处均有预埋铁环，铁环接缝处采用电焊焊接，确保抽水过程中不漏水。

(4)当上部孔壁缩径或孔底淤塞时，管井下放时边向孔内注水边慢慢放入。禁止上下提拉或强行冲击。

(5)在井壁间隙回填4～10 mm细砾石至地面以下2.0 m，孔口部分用黏土填实，回填时按照要求利用井壁上设的对中线确保井壁四周填层厚度均匀。

图2 工艺流程示意

(6)下管回填完细砾石后及时洗井，采用空气压缩机的方法进行洗井，至井口返出清水为止，洗井控制标准:

①洗井前后两次抽水，涌水量相差＜15%;

②洗井后，井内沉渣不上升。

(7)降水过程中随着基坑内水位下降，基坑边邻近建筑物、管线及周边地表基础下水的浮力减少，使地基荷载增大，从而造成结构物的下沉，因此要加强对基坑周围布设5个观测孔的监测。洗井成功后即进入井管的降水过程。

4.2 工艺流程

工艺流程见图2。

5 结论及体会

5.1 降水效果及影响

按照在基坑开挖前14 d进行降水，待底板结构施工完7 d后进行封井处理。玄武门站主体基坑整个深井降水共花费83个工日，降水前与降水后从土样含水率比较，发现砂层范围内含水率降低85%，黏土层范围内含水率降低4%～3.3%，降水效果明显。降水后保证了基坑开挖土体边坡稳定和深基坑作业的安全，确保了作业场地干燥，为主体结构的施工赢得了时间，创造了有利的施工条件。

5.2 施工中的几点体会

(1)降水井数量和间距的确定一定要参考站址内的工程地质报告，同时在围护结构施工时要结合连续墙成槽过程中的土层记录。确保数据真实、准确。

(2)成井过程中的一个关键步骤在于洗井，它直接影响到整个基坑降水的效果。所以要求责任心强的人员进行操作，同时技术员现场值班，保证洗井成功。

(3)在基坑开挖过程中要作好成井的保护，严防开挖时井管被损坏或被土方掩埋，同时用警示牌作标记。

(4)降水的同时加强了对观测井水位及周边建筑物、管线及周边地表的沉降观测，及时调整抽水时间和次数，确保基坑作业场地的干燥及周边建筑的安全。

(5)在正式抽水之前认真做好单井试验性抽水，确定计算渗透系数K的取值，使得设计降水井的数目能达到基坑降水的预期效果。

［1］刘建航，侯学渊.基坑工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社出版，1999

［2］建筑施工手册编写组.建筑施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社出版，1999

［3］王维献.北京地铁十号线熊猫环岛车站降水工程技术［J］.探矿工程，2010，37(3):42－48

［4］何小亮，王志硕，胡向阳.西安地铁三号线某车站基坑降水设计［J］.地下水，2011，33(1):12－13