強透水粉細砂地層地鐵車站降水施工技術

摘 要：以武漢地鐵8號線三標段徐家棚站土建施工作為背景，該站在地貌特征上是屬于長江區域一級階地的一個全新統沖積區單元，其與長江大堤的最短距離約為600米，與四美塘公園的最短距離約為200米。周邊建筑物、交通和管線復雜，車站最大開挖深度達28.9米，為8號線最深基坑之一。基坑的一半處于粉細砂地層，基底承壓水水量豐富，江水對砂土層的孔隙式承壓水的影響很大，具體表現為，在江水充裕的時候，江水的一部分補充到地下水中，而在江水相對枯竭的時候，地下水則會反補江水，其幅度與到長江的距離成反比，基坑突涌的可能性較大。本文對粉細砂強透水地層深基坑降水方案和技術措施進行了探討。

關鍵詞：地鐵施工；粉細砂地層；承壓水；降水施工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.122

1 工程概況

武漢軌道交通8號線徐家棚站橫跨居民區域、和平大道、三三七鐵路貨場，大致呈東西走向；有效站臺中心里程：右DK13+124.380，車站起點里程：右DK12+948.799，車站終點里程：右DK13+386.632，外包總長447.014m ，寬13.9～66.7m，基坑深約24.04～28.99m，總建筑面積4.2萬平方米，主體結構為雙層兩跨局部三層四跨（五跨）矩形框架結構，側式站臺車站，有效距離為186米。5號線部分是典型的地下二層島式，沿和平大道設置，基坑深度約16m。徐家棚車站設置七個出入口、五個安全疏散口，四組高風亭。

徐家棚站在地貌特征上是屬于長江區域一級階地的一個全新統沖積區單元，施工地區到長江大堤的最短距離約為600米，到四美塘公園的最短距離約為200米。沿線上覆土層主要為近代人工填土層（Qml）、第四系統河流沖積土層、砂層（Q4al），下部基巖為白堊-第三系砂質泥巖及礫巖。

考慮該區域內含水介質和地下水的類型，我們將其中的地下水劃分成三種類型：上層滯水、松散巖類孔隙水以及基巖裂隙水。

2 降水工程設計思路及驗證

2.1 設計思路

根據水文條件及工程特征，借鑒類似降水經驗，設計采取以下策略：

（1）首先于基坑中放置管井降水是，由此一方面能把地下水的水位拉低到開挖面以下，另一方面能對開挖區域中的地層進行較好的疏干。

（2）出于方便后期進行封井的考慮，將降水井濾管的布置范圍定在基坑之下，實管則布置在底邊上面；接下來，在降水井中回填濾料，以此來提高地層的垂向滲透能力。與此同時，將位于開挖面之上的一部分疏干井加設濾管，目的是提高疏干能力。

（3）在基坑的外面布設水位觀測井，具有三重作用：①常規情況下，可以將其當做水位觀測井，可以對圍護結構的止水能力進行預估；②當在圍護結構發現滲漏或管涌現象，且很難進行有效封堵的時候，開啟該備用井，可以達到降低坑外水壓力的效果，由此達到可以進行封堵的條件，避免問題的進一步惡化；③對圍護結構進行施工的時候，實際的止水效果是不足百分之百的，也就是說存在著一定的漏洞，因此當這種極端情況發生時，利用坑外井進行回灌，就可以達到控制坑外水位的效果。

（4）基坑開挖過程中，需嚴格保護好降水井，降水井僅靠砼支撐布置，制作維護平臺，開挖過程中井管保留至封井結束。

（5）對該井進行施工之前，首先要完成現場抽水，驗證降水方案；正式開挖前，進行生產性驗證抽水試驗。

2.2 降水井布置

圍護結構進入15a-1所示的弱膠結砂質泥巖或15b-1所示的弱膠結砂礫巖中，理論上已經隔斷了基坑內外水力聯系，只需在坑中布設降水井，由此把承壓水位拉低到開挖面之下，然后疏干土體就可以達到目的。一般通過單井中的有效抽水范圍a井的經驗值來求取，但另一方面，該經驗值的獲取，則需要綜合考慮土體特性和基坑形態。由于本工程基坑正好處在承壓含水層里，而砂性地層中又存在薄層粘土夾層，同時圍護結構滲漏及坑外地下水通過基巖裂隙補給坑內地下水，本次單井有效降水面積取約350m2。

由下面的這個公式，我們能對基坑降水井的數量進行求取：

式中：—井數（口）；—基坑疏干面積（m2）；a井—單個井中有效抽水范圍的經驗值（m2）。

通過計算，坑內共布置39口降水井（含2口觀測備用井），其中①～?軸布置14口，15～43軸布置25口。

2.3 降水方案模擬驗證

數值法可以借助程序化運算操作，對不同情況下的地下水流情況進行模擬，由此能解決止水帷幕、不同邊界等條件對地下水流動的影響。本次在對包括地質、水文條件在內的多種資料進行綜合考慮的基礎上，使用visualmodflow軟件對圍護結構設計過程進行模擬。

2.3.1 水文地質概念模型

根據相關資料，將該場區劃分成5個不同的層，見圖1，自上而下分別為：

第1層為由雜填土、粘土、粉質粘土等組成的微～弱透水層；

第2層為由（3-5）粉土夾粉質黏土、粉砂層組成的中等透水層；

第3層為有（4-1）細砂層組成的強透水層；

第4層為由（4-2）細砂層和（4-3）中粗砂層組成的強透水層；

第5層為由底部基巖。

2.3.2 邊界條件

采用六面體網格剖分方式，水平面上使用非等距的網格剖面，加密區重最小的單元格規格為1×1m2，其他區域中國單元格規格約為25×25m2。

2.3.3 模型參數

對于地下水流的數學模型，其中主要得模型參數為滲透系數（Kxx、Kyy、Kzz），其大小決定了理論模型和實際模型的擬合程度，并且影響著基坑涌水量的預測情況。本次使用的參數如下表所示：

注：構建模型時已經對地層的各向異性條件進行了考慮。endprint

2.3.4 模型計算結果

本基坑圍護結構理論上隔斷承壓含水層，但是可能存在滲漏，坑內降水后，基坑內外存在較大的水位差。

通過模型的運算分析，第一段基坑內布置14口（含20%備用觀測井）降水井可將基坑內地下水位降至開挖底板下（降深約為27m，標高約-7m），基坑內外水位差約為17m，見圖2，單井出水量約為1000m3/d，第一段基坑涌水量為12000m3/d。

通過模型的運算分析，第二段基坑內布置25口（含20%備用觀測井）降水井可將基坑內地下水位降至開挖底板下（降深約為22m，標高約-2m），基坑內外水位差約為12m，見圖3，單井出水約為1000m3/d，第二段基坑涌水量為21000m3/d。

根據計算出的單井出水能力，在外界條件的作用下，實際的涌水量遠遠小于理論值，因此，借鑒以往經驗，將實際單井出水量定為理論單井值的0.4～0.9倍，本次計算取單井出水量為q=1000m?/d符合理論結果。

通過數值模擬驗算，本次方案可滿足相關降水要求，但是基坑地連墻內外存在較大的水位差，極易發生管涌，滲漏，需在基坑外設置備用觀測井，平時可觀測基坑外地下水水位，當地連墻出現滲水流砂時，會影響坑內疏干效果、影響開挖，甚或是導致坑外地面沉陷，此時，可開啟坑外備用井，適當降低坑外水頭壓力后對滲漏點進行封堵；必要時，備用井亦可作為回灌井使用。

3 結束語

此方案在設計時經過多次談論分析和驗證計算，并且在武漢地鐵8號線土建項目降水施工過程中得到了成功應用。

在對強透水粉細砂層進行具體施工的過程中，要充分結合勘察報告中的地下水位，并對施工時間和報告時間仔細對比，如果間隔過長，則需要重新分析。不能忽略周圍基坑工程降水對本基坑地下水水位的作用。降水井洗井的質量極其重要，因此很有必要布設觀測井，以此對地下水位進行監測。邊坡后土體中的水源均為危及邊坡安全的因素，宜疏不宜堵，施工過程中要開展仔細排查。

參考文獻：

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作者簡介：張建勇（1982-），中級工程師，主要從事城市軌道交通施工研究。endprint