地鐵基坑組合式承壓水處理方法應用實踐

韋扣均，汪 樂，丁文強

（中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014）

承壓水層是地表下充滿于兩個穩定隔水層之間承受靜水壓力的含水層，當基坑開挖到一定深度時，承壓含水層頂板以上的土層重量不足以抵抗承壓水壓力時基坑將發生突涌破壞[1-2]。根據王曙光[3]、蔣紅星[4]、葉琳昌[5]等人的統計數據，與地下水有關的基坑事故約占總事故的45%～70%。隨著城市軌道交通網絡化建設的發展，地鐵車站基坑深度不斷增加，選擇合理的承壓水處理方法顯得尤為重要。當基坑開挖深度過深或承壓水頭過高，突涌穩定性不滿足規范要求時，一般可采取隔斷承壓水及按需減壓降水兩種方式確保基坑安全。根據基坑周邊各區域周邊環境要求及工程地質條件變化，采取組合式承壓水處理方法，可在保證基坑項目周邊環境安全的前提下取得良好的經濟效益[6]。文章以常州市軌道交通2號線青楓公園站基坑工程設計為例，介紹組合式承壓水處理方法在地鐵基坑中的應用，以期為類似地鐵基坑工程設計提供參考。

1 工程背景

1.1 工程概況及周邊環境

青楓公園站地處常州市鐘樓區，為2 號線與4 號線換乘車站。近期2 號線青楓公園站為地下二層車站，近期實施范圍為2 號線青楓公園站（Ⅰ區、Ⅲ區、Ⅳ區）及地下三層換乘節點（Ⅱ區）。車站基坑平面尺寸為387.6m×21.7m，標準段、端頭井及換乘段基坑開挖深度分別為17.0m、18.6m 及24.5m，基坑周邊環境如圖1 所示。

車站周邊均為建成區，其中西北向為港龍華庭小區沿街商鋪（建筑A），東北向為鐘樓區人民政府（建筑B），東南向為青楓公園游客接待中心（建筑C），西南向為凱爾楓尚小區及其售樓處（建筑D 及建筑E），周邊建（構）筑物統計表如表1 所示。

1.2 工程地質與水文地質條件

根據地質勘察報告，場地范圍內地層自上而下為①填土、③2黏土、⑤1黏質粉土夾粉砂、⑤2粉砂、⑤3粉砂夾黏質粉土、⑥2粉質黏土、⑧1黏質粉土夾粉質黏土、⑨2粉質黏土、⑨3黏土。常州市鐘樓區范圍內⑤3粉砂夾黏質粉土層和⑧1黏質粉土夾粉質黏土層普遍連通，但青楓公園站西側（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區）⑤3層和⑧1層間存在約4m 厚⑥2粉質黏土隔水層，東側（Ⅳ區）⑤3層和⑧1層完全連通。

勘探深度范圍內揭示承壓水分為第1 層承壓水和第2 層承壓水。第1 層承壓水主要埋藏于⑤1、⑤2、⑤3和⑧1層中（其中⑤1、⑤2、⑤3層為第1-1 承壓水層，⑧1層為第1-2 承壓水層），第2 層承壓水埋深較深，對工程施工無影響。承壓水頭觀測期間，第1-1 承壓水層最高水位標高為2.00m，第1-2 承壓水層最高水位標高為1.40m。

圖1 基坑周邊環境

表1 基坑周邊建（構）筑物統計表

2 支護結構設計方案

根據常州地區地鐵基坑設計經驗，地鐵車站主體結構基坑支護結構一般采用可作為永久結構與車站內襯墻共同受力、整體剛度大的地下連續墻，有利于減少基坑開挖及降水施工對鄰近建（構）筑物的影響，各區支護結構設計方案如下：

（1）Ⅰ、Ⅲ區基坑開挖深度17～18.6m，坑底位于⑤2粉砂層，支護結構范圍內⑤3層和⑧1層間存在⑥2黏土隔水層，為降低支護結構工程造價，標準段支護結構長度為32m，端頭井支護結構長度為34m，標準段/端頭井基坑支護結構隔斷第1-1 層承壓水并進入⑧1層6.7m/8.7m，未隔斷第1-2 層承壓水。Ⅰ、Ⅲ區標準段支護結構剖面圖如圖2 所示。

（2）Ⅱ區基坑深度約為24.5m，根據基坑支護結構計算確定支護結構長度為45m，支護結構底位于⑨3黏土層，隔斷第1 層承壓水，坑內疏干降水。

（3）Ⅳ區基坑開挖深度17～18.6m，支護結構范圍內⑤3層與⑧1層完全連通且最大厚度達31.2m，坑底位于⑤2粉砂層，基坑開挖至坑底時第1 層承壓水頭應降低16.7m 方能滿足突涌穩定性要求；為避免基坑減壓降水施工導致坑外地表沉降過大，支護結構長度為40m，下部設置8m 素混凝土段隔斷第1 層承壓水進入⑨2黏土層，坑內疏干降水。

3 承壓水降水影響分析

根據現行基坑規范，基坑突涌穩定性安全系數不應小于1.1。Ⅰ、Ⅲ區基坑第1-2 層承壓水突涌穩定性計算結果如表2 所示。

圖2 支護結構剖面圖（Ⅰ、Ⅲ區）（單位：mm）

表2 突涌穩定計算結果

Ⅰ、Ⅲ區標準段和端頭井基坑均未隔斷⑧1層承壓水，基坑突涌穩定性安全系數分別為0.79 和0.65，均不滿足《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-2012）關于突涌穩定性安全系數的要求；基坑開挖深度達到13.5m后應結合承壓水位監測結果開啟降壓井降低第1-2 承壓水層水頭，標準段及端頭井基坑開挖至坑底時第1-2 承壓水頭只有分別降低6.3m 及9.2m，方能確保基坑開挖到底時突涌穩定性滿足要求。

根據基坑工程場地工程水文地質條件及基坑尺寸等，采用三維滲流分析軟件Modflow 建立滲流仿真計算模型并進行計算，減壓降水引起地表沉降等值線圖如圖3 所示。

圖3 減壓降水引起地表沉降等值線圖

由圖3 可知標準段第1-2 層承壓水降深為6.3m，降承壓水施工影響范圍約周邊60m，基坑南側、北側、西側降承壓水施工引起坑外地表沉降為0.5～12.5mm，基坑東側因第1 承壓水層被隔斷，降承壓水施工引起地表沉降基本為0。

4 監測結果分析

基坑采用分層開挖施工，基坑支護結構冠梁開始施工至底板澆筑完成可分為5 個工況，各工況施工事項如表3 所示，施工監測隨基坑開挖施工進行。

表3 基坑施工工況

因Ⅱ、Ⅳ區基坑已隔斷第1-2 層承壓水，故選取Ⅰ區基坑外側第1-2 層承壓水位監測點及周邊地表沉降監測點數據進行分析，監測數據如圖4、圖5 所示。

由圖4 可知，工況①～③施工過程中雖未開啟降壓井減壓降水，但工況①～③施工期間處于冬季，承壓水補給源處于枯水期，坑外承壓水位有所下降；隨著基坑內部降壓井開啟，坑外承壓水位不斷下降，最大降深約4.0m。Ⅰ、Ⅲ區基坑支護結構插入⑧1層約6.7m/8.7m，⑧1層厚度為10.8m，插入⑧1層相對深度達62%/80%，支護結構作為隔水邊界繞流作用比較明顯，可減少減壓降水對周邊環境的影響[7]。

圖5 表明，地表沉降及影響范圍隨著基坑開挖及降水施工增大，之后隨離地下墻后距離的增加地表沉降又逐漸減小。地表沉降最大值為27.5mm，發生在距地下墻后10m 處，滿足《城市軌道交通工程監測技術規范》（GB 50911-2013）中地表沉降≤30mm 及0.2%H（基坑開挖深度）的要求；對于地下墻附近的地表沉降不是最大值，主要是土體與支護結構之間的摩擦限制了土體沉降所致[8]。

圖4 坑外承壓水位變化圖

圖5 基坑周邊地表沉降圖

圖5 所示基坑周邊地表沉降主要由基坑開挖和降水組成，其中降水施工引起的地面最大沉降為12.5mm，降水施工引起的地表沉降占地表總沉降的45%，基坑周邊1H 范圍內基坑開挖和降水引起的地表沉降基本相當[9]。

5 結束語

（1）根據基坑工程周邊環境要求及工程地質條件因地制宜采取組合式承壓水處理方法，既可降低工程造價，又能有效保護基坑周邊環境，目前車站主體結構已施工完成。監測結果表明，組合式承壓水處理方法對周邊環境影響安全可控，可為類似地鐵基坑工程設計提供參考。

（2）承壓水位會根據補給源的水位變化而變化，建議富含承壓水基坑盡量在枯水期施工，結合監測結果確定承壓水頭降深，按照實測承壓水位進行動態降水設計，減少降水施工對周邊環境影響。