富水砂層地鐵深基坑降水設計方法研究

郭曉煒

（中鐵十四局集團有限公司，南京211800）

1 引言

由于地下空間和高層建筑的發展，深基坑工程施工導致的地表沉降與基坑的聯系日益緊密，不僅影響基坑本身的穩定與安全，而且會引起構建物產生裂縫、沉降和破壞。

龔武雄【1】通過以沈陽地鐵城建學院站主體深基坑降水工程為例，從設計、施工工藝、降水過程等方面進行說明，以保證深基坑開挖安全；陳思宇等【2】基于東莞市某鎮的工程地質、水文地質條件，分析市政管網各類基坑支護結構的特性，設計了富水砂層基坑降水方案；李福成【3】以西安地鐵1號線開遠門站工程施工為例，詳細介紹了在富水砂層中如何進行深基坑降水施工。

本文以富水砂層地層的某地鐵車站深基坑為研究對象，對其進行基坑降水的設計與施工關鍵技術闡述。

2 工程概況

南通火車站為南通市城市軌道交通2號線一期工程的第2座車站，位于寧啟鐵路股道北側地塊內，南北向敷設，與規劃1～3號線換乘，為地下3層島式站。如圖1和圖2所示，車站主體標準段基坑長約225.2m，深約23.8m，寬約24.3m。車站主體圍護結構采用1 000mm厚地下連續墻加內支撐。標準段第一道、第四道支撐采用混凝土支撐，第二、三、六道支撐及換撐采用直徑609mm、壁厚16mm鋼支撐，第五道支撐采用直徑800mm、壁厚20mm鋼支撐。場地潛水水位埋深為1.28～2.05m，平均水位埋深為1.48m。因承壓水對基坑底板穩定性可能存在一定影響，降水設計時需考慮對其進行減壓降水。基坑圖層分布見表1。

圖1 基坑平面布置圖

圖2 基坑剖面布置圖

表1 基坑圖層分布

3 基坑減壓降水的計算分析

3.1 計算模型的建立

根據勘察報告提供的土層特質（含水層埋深、厚度）建立模型，暫按照經驗值對其水文地質特性進行賦值，并利用模型進行預測，本次模擬取邊界外擴約500m。

離散后的水文地質模型示意圖見圖3。

圖3 模型三維網格剖分

3.2 計算結果分析

3.2.1 減壓降水引起的水位變化

圖4為水位降深等值線圖。基坑內降深在2.8～6.8m，坑外50m范圍內最大水位降深在4.2～5.1m，在50～200m范圍內水位降深2.5～4.2m，抽水影響范圍約500m。基坑外中心區域100m內減壓降水引起的地表沉降約在2.06～5.36mm，200m影響范圍內減壓降水引起的地表沉降約在0.55～2.06mm，基坑減壓降水對坑外環境有影響，但承壓水引起的沉降總體上較平緩，影響程度在監測報警范圍內。

圖4 基坑降水坑內水位降深等值線圖

3.2.2 減壓降水引起的周圍地表沉降

降水引起的地面不均勻沉降可能會對周邊建筑結構造成破壞，降水引起的地面沉降量等值線見圖5。可見，本工程降水引起的周圍地表沉降量最大可達5.36mm，需要加強對周邊環境和建筑物的保護，同時盡量控制抽水時間，在降水過程中做好按需抽水，盡量減少降水對周邊環境的影響。

4 承壓水抗突涌計算及模型分析

根據勘察報告，本場區承壓水分別選取最不利地段對基坑底板進行安全水位驗算，驗算結果見表2。

根據安全水位計算表可以得出本基坑各分區均需要進行減壓降水，其中，左線端頭井水位降深為16.27m，左線標準段水位降深為13.84m，右線標準段水位降深為17.07m。

圖5 降水引起的地面沉降量等值線圖

表2 層承壓水安全水位計算表

4.1 坑內疏干井計算

根據經驗，單井降水面積在150～250m2，本基坑取200m2。基坑需要的疏干井數量詳見表3。

表3 坑內疏干布置數量

根據計算結果并結合實際基坑形狀，南通火車站共布置疏干井31口（包含3口觀測兼備用井）。

4.2 降壓井計算

根據經驗，降壓井采用單井降水面積350m2進行布井。求出基坑需要的降壓井數量見表4。

表4 坑內降壓井布置數量

經過分析和計算，為保證基坑安全分別布置2口降壓井進行減壓降水。

5 結語

本文針對南通火車站，對富水砂層地鐵深基坑降水進行了探討，得出以下結論：

1）對本工程水文地質進行探討，得出了降水滲流模型；

2）繪制了降水水位圖以及離散模型，明確了降水引起的地面沉降量；

3）計算并得到了降水井的數量，疏干井31口、降壓井4口以及布置規律。