地鐵明挖車站懸掛與落底綜合地連墻基坑降水開挖施工淺談

晏 煒

（福州地鐵集團有限公司， 福建 福州 350000）

0 引言

地下水尤其是承壓水是深基坑工程研究的核心問題之一，地下水是基坑工程失穩破壞的關鍵因素，也是導致基坑工程事故最直接的原因之一。目前的研究及工程實踐也表明，承壓水對基坑工程的施工安全性具有重要的影響。本文主要通過福州地鐵某車站采取的兩種地連墻圍護結構形式（落底式和懸掛式）在施工過程中降水和開挖的相關數據比對并通過建模分析，為后續施工提供一定的參考和借鑒。

1 工程概況

某地鐵地下站基坑范圍場區覆蓋地層由上至下依次為：人工填土層（包括雜填土和填石，弱透水）、海積相淤泥、淤泥質土、淤泥夾砂（弱透水層）、（含泥）中砂（強透水層）、卵石（強透水層）、燕山期花崗巖風化巖和基巖。除淤泥夾砂、淤泥質土層滲透系數較小外，其余透水性均較強。

地下連續墻圍護體系，小里程92.4m范圍采用1000m厚地連墻落底封閉隔水方案（進入風化花崗巖1m、平均墻深60m）、大里程114.1m采用800mm厚地連墻懸掛式隔水方案，利用基底以下隔水層并結合按需降水控制坑內突涌（墻趾進入淤泥夾砂層、平均墻深5m），墻厚變折處設置落底中隔墻。

圖1 .1車站地質剖面圖

2 落底與懸掛連續墻降水效果分析

本文利用數值模擬開展同一模型相同參數及邊界條件下落底和懸掛兩種方案的計算分析，基于流固耦合理論研究不同降水方案地下水滲流機理和對周邊環境的影響。

落底式與懸掛式止水帷幕的基坑降水過程滲流場演化機理和特征具有明顯差異。經過對連續墻構建的參數更改賦值，在同樣外部環境下進行迭代計算，結合現場實測數據并模擬降水過程，具體過程參數不在贅述。對比分析從定量角度對兩種方案工況下的降水過程進行研究，探尋同一工程兩種方案的影響，為工程方案選擇提供預判手段和方法。基坑降水工程的降水效果最直接評價指標即為坑內孔隙水壓力的變化情況。為此，在坑內中部兩井中間位置設置監測點模擬計算坑內進行孔隙水壓力測試：

圖2 .1 連續墻落底與懸掛模型對比

圖2 .3落底/懸掛帷幕基坑降水過程檢測孔隙水壓力變化曲線

對比圖2.3可見，落底方案降水速率較懸掛式快，且基底監測點能夠較快降為0，更深處的檢測點孔壓下降速率與基坑底類似。

相比之下，懸掛式方案在初始階段孔隙水壓力下降相對明顯，但隨著抽水過程繼續，孔隙水壓力逐漸接近極限值，表明模型中滲流場已初步達到動態平衡狀態，坑內抽水井的抽水作用與墻底地下水補給作用達到平衡。

圖2 .4-1 孔隙水壓力變化曲線對比圖

圖2 .4-2 監測點流量變化對比圖

由圖2.4進一步對比，兩組方案相同位置檢測點的流量均由一初始值向零值逼近，計算過程中正值為流入負值為流出。落底式方案的基坑向 0逼近，證實了該監測點所在區域地下水逐漸被疏干；懸掛式方案基坑監測點流量穩定于一非零值，說明該區域已達到新的滲流平衡狀態，即地下水不斷由坑外向坑內補給，抽水井不斷抽水這一動態平衡。本例降水模擬結果實際上證明，該基坑工程在不增加降水井或加深連續墻的前提下，無法實現承壓水降至坑底以下目標。設計思路考慮利用坑底連續隔水層，滿足抗突涌安全要求，方案亦是可行，但也存在一定風險。

3 基坑降水實施方案優化及施工控制措施

從懸掛式止水帷幕降水效果過程及最終狀態圖中可見，由于連續墻沒有進入基巖，地下水可通過砂層進入坑內，對坑內進行有效補給，因此降水速率較慢。同時，由于地下水的補給作用，基坑降水的效果明顯差于落底式止水帷幕的降水效果。而落底連續墻已入巖，止水帷幕隔水效果顯著，坑內降水近乎為疏干坑中潛水。同時，坑內降水對坑外土體中孔隙水壓力影響很小。因此，該車站存在基坑懸掛與落底兩種形式的地連墻止水帷幕的不同特點，應有針對性的對基坑降水井進行布設。

同時要注意懸掛式地連墻基坑區域，要求按需降水原則，控制抽水量，避免水量過大引起過多泥沙流失。疏干井與降壓井的濾網設置段存在本質差別，必須嚴格按照設計要求進行施工。坑外補充備用降壓井，當坑內降壓井遇堵塞或其他情況無法工作時，啟動坑外備用降壓井。現場準備備用電源，以免應停電導致無法控制水頭。落底式地連墻基坑區域，基坑外水位觀測井及備用降壓井應保證完好，必要時開啟。

車站基坑連續墻施工過程中，應嚴把質量關，尤其是成槽及接頭處務必認真對待，優化工藝工法，確保連續墻完整性及接頭嚴密，同時注意連續墻墻底注漿管等輔助措施的保護。落底地連墻入巖判別應準確無誤。懸掛與落底地連墻分界處墻厚變折處設置的落底中隔墻，施工過程中應確保墻體完整性，中隔墻與地連墻接縫處，必要時采用三軸攪拌樁進行土體加固封閉處理。只有在兩種止水帷幕有效作用下，基坑開挖方能安全穩定。

通過本文計算分析可知，從基坑降水角度看，相同抽水井布置前提下，落底式方案有利于快速疏干地下水。如采用懸掛式方案，則抽水難度加大，需要優化水井布置，增加抽水強度才可能達到預定降水目標。

對于落底與懸掛兩種方案均可滿足抽水目標的前提下，如基坑周邊有較大單體建筑，且建成年代較近地區，推薦使用落底式連續墻方案，以保證安全。對于周邊建筑年代較遠，無重要保護建構筑物地區，考慮經濟投入和工期要求，可選用懸掛帷幕作為基坑止水方案。但懸掛式止水帷幕方案的實施需結合坑底隔水層、抗突涌計算降水深度，按需降水，以確保方案安全實施。