沈陽地鐵2號線會展中心站工程降水方案論述

王小寶，邊 可

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

1 工程概況

1.1 車站概述

沈陽地鐵2號線會展中心站位于營盤南街和銀卡路交口處，營盤南街與渾河大街之間的綠地內，綠地寬45 m。車站跨路口沿營盤南街呈南北設置。路口東北角為1～3層國際會展中心，東南角為汽車城，以二層建筑為主。會展中心站為地下雙層島式站臺，車站總長169.8 m，標準段主體結構寬18.50 m，車站主體及風道、出入口均采用明挖法施工，基坑開挖最大深度為17.1 m，圍護結構為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。

1.2 車站范圍工程地質及水文地質

車站位處沖洪積平原，地形平坦，周圍均為既有建筑等城市設施。勘察場地無不良地質條件，場地穩定，適宜建設，但地下水豐富，地基土滲透系數大，設計、施工過程中應高度重視地下水對工程及周邊建（構）筑物的不利影響。該場地勘察期間水位埋深7.20～11.60 m。

由于近年來對地下水開采的控制，地下水位有上升的趨勢，設計時應考慮上浮問題?？垢≡O計水位可按水位埋深1.00～2.00 m考慮，相當于標高約43 m。該站設計水位取水位埋深1.5 m計算。本次勘察對主要層位③-4、④-4、⑤-4礫砂及⑦-1泥礫層進行室內滲透試驗，各層的滲透性見表1。車站地層、巖性、水文地質特征等詳見圖1。

表1 地基土滲透性表

2 降水方案分析和計算

2.1 地下水影響分析及降水方案

該區段地下水類型屬第四系松散巖類孔隙潛水，主要賦存在中粗砂、礫砂及圓礫層中，主要含水層厚度24.3～27.5 m，屬水量極豐富區。

該區段地下水的補給來源主要為側向逕流，總體上由北東向南西逕流，局部由于水源井的開采形成小范圍的降落漏斗。主要排泄方式為人工開采，次為側向逕流排泄。

勘察期間水位埋深7.20～11.60 m。據資料顯示，區內地下水位一年有兩次突升。一次在5月初，因大伙房水庫大量放水；另一次出現在7月末至8月初的主汛期，此時達到最高水位。9月下旬至翌年4月末，地下水位最低，地下水位年變幅約2 m。地下水位的動態變化還受地下水開采量的控制。

2.1.1 坑內降水方案

基坑圍護結構采用地下連續墻、鉆孔咬合樁、挖孔咬合樁單層結構，擋土、截水功能合一，或基坑采用圍護樁（鉆、挖）與截水帷幕聯合作用，帷幕截水，圍護樁承載。降水井在基坑內梅花型均勻布置，采用管井群井降水。

這種方案適用于軟土、粘土或富水砂層中明挖修建的車站和區間，在上海地鐵1號線工程中最早成功使用，其后在廣州、深圳、南京、天津均被采用，在控制坑外地表沉降、減少排水量等方面積累了較為成熟的經驗。

2.1.2 坑外降水方案

基坑圍護結構采用地下連續墻、鉆孔（咬合）樁、挖孔（咬合）樁單層結構，降水井在基坑外沿圍護結構布置，采用管井群井降水，必要情況下采用深井回灌技術。這種方案適用于富水砂層采用明、蓋挖或淺埋暗挖法施工的車站和區間。北京地鐵最早成功采用，其后在北京的各條地鐵線建設中均采用這種降水方案，同樣取得了較為理想的效果和經驗。

圖1 車站地質縱斷面圖

2.1.3 堵水方案

堵水方案是采用注漿、攪拌、旋噴等方法將基坑或洞體周邊進行隔水封閉的方案。對明挖方案可以通過兩側垂直帷幕和基底水平帷幕的型式進行封閉；對于淺埋暗挖方案，可以采用洞體周圍注漿形成隔水帷幕的型式進行封閉。堵水方案在國內還沒有作為主方案的先例。對于局部降水效果不好或降水條件不具備時采用堵水方案。此種方案作為一種輔助措施在北京、廣州等城市均有所采用。

2.1.4 降水方案確定

通過方案比較，根據該區段工程地質及水文地質條件，含水層很厚，滲透性好，若在基坑內降水，由于基坑底部隔水層很薄或缺失，不能有效地阻隔基坑底部涌水，基坑涌水量也很大，并且在基坑內布井影響結構施工，增加了結構施工的時間，也增加了降水的時間。因此綜合考慮，該車站基坑采用坑外管井降水方案。

2.2 降水量分析與計算

2.2.1 排水量計算

（1）總排水量計算

由于車站地下水類型主要為孔隙潛水，為簡化計算，采用《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-2012）F.0.2T條非完整井基坑出水量（潛水）公式來估算車站的涌水量，涌水量計算公式如下：

式（1）中：Q——隧道涌水量，m3/d；

H——潛水含水層厚度，m；

ro——基坑等效半徑(m)，ro=0.29（a+b）；

h——降水井處含水層厚度，hm=（H+h）/2；

R——影響半徑，m；

k——滲透系數，（m/d）。

根據上述計算結果，車站明挖法施工且不考慮止水措施的條件下，車站基坑總涌水量為63511.31 m3/d。

（2）單井出水量計算

設單位長度過濾器時單井出水量為q0，降水井井徑為φ705 mm，井管管徑為φ400 mm，計算q0=968.2 m3/d。

2.2.2 降水設計參數確定

管井布設：井間距約9 m，井數為65眼，沿基坑、風道和出入口周邊布置。

鑿井井徑705 mm，井管直徑400 mm；降水井井深20.20 m，工作時間480 d，設計出水量5650.1 m3/d，揚程 25.0 m；泵型 150QJ(R)25－3916，匹配電機YQS(u)150－4(4KM)，裝機總容量 432 kW。

降水井構造詳見圖2。

2.2.3 排水設計參數確定

據《給排水工程快速設計手冊》，城市污水管道、雨水管道的充滿度流速規定如下：

（1）金屬管線最大充許流速小于等于10 m/s,非金屬管線最大充許流速小于等于5 m/s。

（2）最大設計充滿度：當管徑小于等于300 mm時，為0.6；當管徑等于400 mm時，為0.7；當管徑大于400 mm時，為0.75。

（3）雨水管道充滿度一般按滿流計算。

3 降水井結構及成井要求

為保證單井出水量和成井工藝等要求，成井井徑采用705 mm，井管直徑400 mm，全孔下放φ400無砂水泥濾水管，井口下部3 m范圍內濾水管外包一層100～150 g/m2針刺無紡布，并用黏土回填夯實。井深范圍內管外回填卵（礫）石濾層。過濾層濾料應具有一定的磨圓度，濾料含泥量（含石粉）不大于3%。各方位填料應均勻，速度不得過快，避免造成濾管偏移及濾料在孔內架橋現象。洗井后濾料下沉應及時補充濾料，實際填料量不小于理論計算量的95%。降水井施工時，井徑誤差±20 mm，垂直度誤差不大于1%，井管安置應對中。

圖2 降水井結構大樣圖(單位：mm)

4 降水工程的輔助措施及補救措施

4.1 建立地下動態監測網

由于降水周期較長，降水使場區地下水均衡關系發生較大變化，必然對周圍環境產生影響。為了較準確地掌握場區地下水動態變化，及時采取必要的處理措施，在降水工程實施的同時，應建立地下動態監測網，監測點的設置原則為：

（1）在抽水影響半徑內呈放射狀設置觀測孔；

（2）抽水影響半徑以內的高大建筑物、古建筑物、危改類建筑物與抽水系統之間布設觀測孔；

（3）不同含水層位設分層觀測孔、取水孔。

地下水動態監測網提供的資料為：地下水位監測數據、地下水質月監測數據、工點的排水量數據、排水含砂量數據。

4.2 建立沉降監測網

在降水工程實施之前，要根據降水設計中計算的抽水量影響范圍結合工程實際情況對一定范圍內的典型建筑（高大建筑、重要建筑、古建筑及橋梁等）布設沉降監測點，在抽水期間要進行連續沉降觀測，若累計沉降量接近預警值（根據不同類型建筑確定的不同預警值）時，及時上報并采取措施。

4.2.1 局部異常水處理措施

該車站為明挖基坑，在雨季時應做好防澇措施，地下各種水管有可能發生滲漏或爆裂，也應事先準備好緊急排水措施。應準備足夠的備用潛水泵，能夠滿足隨壞隨換。

4.2.2 局部加深部位的承壓水影響分析及處理

當設計的降水井能力已無法滿足加深部位的降水要求時，可對加深的部位專門設計降水井，抽水結束后再進行封堵處理。

4.2.3 備用電源措施

為了保證降水期間抽水持續作業，防止長時間停電造成水位回升，影響地下結構施工，需考慮備用電源，建議采取以下措施：

（1）在原有供電系統上，還要采取作為二路供電系統應急備用電源，并配有自動切換裝置。

（2）如因現場無法實施二路供電系統，則必須配備發電機作為應急備用電源。

5 結語

（1）該工程根據場地地質條件和水文地質條件，采用管井坑外降水方案是合理的，既保證了基坑無水作業，又對工程土建施工干擾影響較小，還可以縮短建設周期。

（2）降水的定量計算是建立在一定模型基礎上的，現場水文地質是千變萬化的，因此，定量預測尚需進一步研究和探討。

（3）地鐵工程降水是地鐵施工建設的重要組成部分，直接影響工程建設的實施，控制工程建設周期，在整個工程建設中作用重大，意義深遠。

（4）該工程目前已順利竣工通車，為地鐵降水工程設計成功實例，對以后類似工程有一定指導和借鑒作用。

[1]JGJ/T 111-1998，建筑與市政降水工程技術規范[S].

[2]JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[3]GB 50157-2003，地鐵設計規范[S].

[4]天津市市政工程設計研究院.沈陽地鐵2號線會展中心站圍護結構施工圖[Z].天津：天津市市政工程設計研究院，2006.