軟土地基深基坑真空管井降排水施工技術

張曉青（中鐵二十四局集團上海鐵建工程有限公司，上海 200070）

下穿鐵路基坑地下水控制主要有降排水和防滲水兩種。在下穿鐵路深基坑中較好的工藝為輕型井點降水，但是在一些軟土地層如粉質黏土或淤泥質粉質黏土層中降水效果不明顯，真空管井降水技術可快速將地層中水排出。

本文以申北四路下穿滬昆鐵路深基坑降水為例，基坑開挖深度最深處達 8.4 m。在臨近鐵路線的軟土地區進行基坑開挖，通過監測水位和涌水量，進一步分析軟土地層中真空管井的優越性，以期為類似下穿鐵路基坑降水提供參考。

1 工程概況

上海市松江區申北四路下穿鐵路立交橋及道路工程為城市次干路，道路全長 534.315 m，路段紅線 40 m。在北側交叉口處銜接道路（春九路、明中路）各 200 m 的下挖改造以及站前路上跨申北四路段的上跨橋（25 m ＋ 37 m ＋25 m）；新建 4 孔（6 m ＋ 12 m ＋ 12 m ＋ 6 m）分離式框架，下穿滬昆鐵路、金山鐵路共 8 股道，頂進框架長度56 m。

1.1 水文地質條件

本工程施工區域屬濱海平原地貌單元，本場區對有影響的地下水類型主要有淺部土層中的潛水及粉質黏土與粉土互層中的承壓水。勘探期間測得潛水穩定地下水位為地表下0.50 ～ 1.80 m，其相應標高為 3.40 ～ 3.92 m。

潛水主要賦存于粉質黏土、淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土層中，一般水位埋深 0.8 ～ 1.5 m。粉質黏土與粉土互層中的承壓水含水量豐富，承壓水水位低于淺部水位，一般水位埋深 5.0 ～ 6.0 m，局部與潛水層連通，補給來源為大氣降水及地表徑流；并以蒸發、向附近溝塘等地形低洼處側向排泄為主。土層參數如表 1 所示。

表1 土層參數表

1.2 管井降水方案設計

申北四路下穿滬昆鐵路頂進工作坑位于鐵路南側，施工里程樁號 SK 0 ＋ 114.020 ～ 190.000。結構類型為框架橋，長度 57 m，頂進基坑原地面 4.3 m，基坑底部-4.1 m為本項目基坑最深度處設計深度 8.4 m，二級基坑，東西方向長約 50 m，南北方向長約 70 m，基坑面積達到 3 500 m2左右。

申北四路頂進基坑周圍設置三軸攪拌樁隔水帷幕，隔斷基坑內外水力聯系，采用真空管井降水。其類型為封閉型基坑降水。根據頂進基坑位于淤泥質粉質黏土夾粉土層和相關水文地質條件，基坑涌水量可按經驗公式（1）估算。

在頂進工作坑設置 6 口真空管井降水，降水井深度為11 m，降水井管壁厚應為 ＞ 4 mm 的鋼管（降水井的布置應避開抗浮樁等結構），其他部位可適當降低濾水管的長度。

1.3 抗突涌穩定性分析

基于突涌驗算應取最不利原則，本標段基坑選為最深處頂進工作基坑。原地面標高 4.3 m，穩定水位標高 3.8 m，基底深約為 8.4 m，基底絕對標高-4.1 m，擬建場區基坑挖土涉及至淤泥質粉質黏土夾粉土。土層參數如表 1 所示。

根據勘探資料可知，粉砂層為承壓含水層，可按坑外承壓水水位為 5.0 m、坑內承壓水水位為 5.0 m、基坑周邊無荷載計算。

抗突涌驗算公式（基坑底板）如式（4）所示。

由于基坑底板抗突涌安全系數為 1.60，＞ 1.05，所以施工期間無須降承壓水。

1.4 降水井構造與技術要求

（1）降水井濾水管。降水井成孔φ650 mm，降水井濾水管采用φ273 mm、厚度 6 mm 鋼管。

（2）過濾器。所有濾水管外先包一層 1 700 μm 鋼絲網＋ 380 μm 尼龍網 3 ～ 4 層，φ273 mm 濾水管與φ65 mm降水孔之間填充礫石。

（3）沉砂管。為防止井內沉砂堵塞，濾水管底部應設置1.0 m 長的沉砂管。沉淀管底口用鐵板封死。

（4）井口。保持井口高于施工地面 0.5 m 以上。

（5）填礫石。地表以下 3.0 m 到疏干井井底全部圍填礫石；選擇棱角少的礫石圍填觀測井 1 型濾水管，從井底一直填至過濾器頂部以上 1.0 ～ 8.0 m。觀測井 2 型濾水管部位圍填礫石材料同觀測井 1 型，從井底一直填至過濾器頂部以上 1.0 ～ 6.0 m。

（6）填黏土封孔。設計基坑底標高以下 3.0 m 范圍內填充黏土。

2 現場試驗

根據申北四路下穿立交工程的水文地質資料可知，普通降水管井方法無法滿足基坑施工需求。采用真空管井，共設有 6 口管井。為研究真空管井的降水特性，保證基坑降水順利進行，該工程進行了現場測試，主要包括抽水試驗、抽氣試驗、水量變化檢測。

2.1 抽水試驗

選取場地內的 3 口井口，只運行潛水泵進行抽水試驗，抽水 4 h。抽水結束后 4 h 復測水位。抽水過程中主要測試各井的水位和出水量，以及水位恢復情況。

2.2 抽氣試驗

選取場地內的 3 口井口只運行真空泵進行抽氣試驗，抽氣 2 h。抽氣結束后 3 h 復測水位。抽氣過程中主要測試各井的真空度和附近水位變化以及水位恢復情況。

2.3 水量變化

根據深基坑開挖，采用真空管井降水效果明顯，開挖面土體較為干燥，各黏土層含水量（除粉砂外）均降低，除了以上的試驗，在真空管井降水過程中還進行了日常基坑穩定性監測、單井降水量、地面沉降觀測。降水前后土體含水量統計對比如表 2 所示。

表2 降水前后土體含水量統計對比

3 結 語

針對申北四路下穿立交基坑工程采用真空管井降水，通過對相關現場數據的分析和施工，采用真空管井解決了上層夾水等飽和水難以疏干的難題。此措施具有安裝簡單、降水效果好、經濟性高等優勢。真空管井的降水水位比普通管井降水深度大，距管井越近，效果越明顯。

通過采用真空降水管井降排水施工工藝技術，達到了鐵路立交橋深基坑開挖施工過程中既不影響線上鐵路運行又能保證基坑開挖安全施工的目的。這為今后下穿鐵路立交橋施工積累了更多的經驗，對同類下穿鐵路立交橋深基坑降排水施工技術具有一定的指導意義。