某地鐵車站深基坑降水施工方法研究

孫洪凱

（中鐵上海工程局集團有限公司城市軌道工程分公司，上海 201900）

1 工程概況

南大路站位于上海市寶山區祁連山路下方，橫跨南大路呈南北向布置。該站為地下2 層島式站臺車站，車站主體基坑寬21.94～27.14 m，長約208.2 m。車站中心里程為SK36+749.944，站臺中心處頂板覆土約3.527 m，標準段底板埋深約20.007 m。

地表土層以水平結構進行分層，根據其特征狀況可分為12 層。分別為①1-1層雜填土、①1-2層素填土、②1層粉質黏土、③層淤泥質粉質黏土、④1層淤泥質黏土、⑤1-1層黏土、⑤3-1層粉質黏土、⑥層粉質黏土、⑦1-1層砂質粉土夾粉質黏土、⑧1層粉質黏土、⑧2-2層粉砂、⑧2-3層粉質黏土與黏質粉土互層。

2 深基坑降水控制

2.1 施工重難點

本項目基坑開挖深度為20～22 m，坑底位于⑤1-1層黏土層和⑥層粉質黏土層中，土層含水率高，易發生縱坡滑移，坑底存在突涌風險。采用真空疏干深井形式進行疏干處理，并利用深井進行減壓降水。主體地下連續墻完全隔斷⑦層承壓水，開挖深度基本挖至⑦層土頂面。由于圍護已隔斷承壓水水層，降壓井疏干降壓至基坑坑底下1 m，深度主要控制在⑦1-1層內。采用坑內布設降壓深井方式，降低承壓水水頭，對承壓水進行按需降水，使基坑免于受到承壓水突涌威脅。做到按需抽水，坑外設置觀測井防止地下連續墻接縫處滲漏[1]。

2.2 基坑承壓水穩定性分析

上海市在2012 年頒布的工程施工規范DGJ 08-37—2012《巖土工程勘察規范》中第12.3.3 條給出了開挖基坑時會造成突涌的經驗公式：Pcz/Pwy＜1.05，其中，Pcz為底坑開挖面到承壓水層之間土方的自重壓力；Pwy為承壓水層的水壓，二者單位均為kPa。當承壓水的托舉壓力大于承壓水層頂部到基坑底部間土壤自重壓力時，認為此時基坑抗管涌性能符合要求。

2.3 降水設計思路

2.3.1 降承壓水設計

地墻隔斷⑦1-1承壓水層，基坑采用疏干降水降承壓水，端頭井設置備用降壓井防止⑧2-2承壓水層突涌。承壓水水頭埋深、水量、所在土層滲透系數等都會影響降水方案設計，關系到基坑及周邊環境安全。因此，在施工前應進行抽水試驗，以掌握實際承壓水水頭埋深、水量、滲透系數等水文參數，依據抽水試驗所取得的水文參數編制具有針對性的降水方案。

2.3.2 疏干井設計

基坑降水深度應控制在坑底1 m 以下，墻外設置適量的水位監測孔，坑外監測孔水位比原地下水位深度不宜大于0.5 m?；臃秶鷥劝疵?80～200 m2布設1 個疏干井。在基坑開始挖掘前20 d 進行降水工作，始終保持地下水位在開挖面1.0 m 以下。在基坑底部加固完成后進行疏干井施工，在基坑挖掘施工階段，疏干降水井作為降水井使用，而當基坑挖掘完成以后，需要將疏干井地面以上部分切除作為排水口，完成頂板覆土工作后，需要將排水口進行封堵。

2.4 質量控制

基坑降水施工過程質量控制要求見表1。

表1 基坑降水施工過程質量控制要求

3 地鐵車站深基坑降水施工方法

3.1 施工方法

南大路站降水井采用GPS-10 正循環回轉鉆機鉆進，自成泥漿護壁的方法施工，降水井孔徑為φ700 mm，管徑為φ400 mm。其具體施工主要涉及以下方面：

1）放線定位測量。在進行降水井鉆孔施工時，需依照降水井分布圖，準確測量出管井位置，確保施工無誤。

2）鉆孔。采用GPS-10 正循環回轉鉆機成孔，成孔垂直偏差控制在1%以內，鉆孔孔深比設計井深出0.5 m，成孔后清孔。然后在井底回填深度為0.5m 的碎石顆粒，其中，碎石直徑不超過15 mm。

3）下設井管。井管一般采用圓形鋼管，同時，間隔一定距離需安裝透水管，在透水管側壁設置透水孔，井管和透水管直徑均為φ400 mm，在井管下部2.5 m 處設置有沉淀管，一般井管外壁需要包裹鋼絲網。井管利用起重機進行吊裝施工，同時，井管起吊形式取決于施工現場的環境以及吊裝器械的作業能力。如果采用分節吊裝，則需要在井管接頭處焊接接長，同時要確保各井管連接的焊接質量和對位精度，井管對位要求垂直居中。

4）填礫料。井管放入井內后，及時在井管與孔壁間填充粒徑為3～8 mm 的細礫石濾料。填充需采用滿足級配要求的細礫石濾料，其雜質含量應不高于3%。然后通過人工使用鐵鍬圍繞井口邊沿均勻下料，一層一層地緩慢填充，以免因下料不均勻產生偏壓，對井管造成沖擊。濾料填充應不間斷分層填充、一次完成，當濾料填充至井口距離約1.0 m，剩余部分改用黏土逐步分層填充，最終夯實壓緊封口。

5）洗井。用潛水泵抽取井內的水直到抽出的是清水為止，這一步驟稱為“洗井”。井管放置、濾料填充、封口完畢的8 h 之內，要趕緊進行洗井工作，以免因停留時間過長造成護壁泥皮老化，使其難被破壞，進而對滲水效果產生不利影響。

6）下放水泵。安裝工作開始前，要全面檢查水泵的控制系統，保證水泵各環節無誤后再將其放入井內，通過繩索吊裝將水泵送到井點管，用鋼板焊接封住管口，同時確認連接水泵的接頭和電纜是否已做絕緣處理。

7）接真空管。降水井檢測合格、水泵試抽正常后，接入真空泵，再用密封膠帶、密封膜將接口封閉密實，開啟真空泵試抽，檢測真空度。如不合格，重新安裝密封。

3.2 深井降水施工技術要點

在基坑開始挖掘前20 d 進行降水工作，始終保持地下水位在開挖面之下1.0 m。當基坑挖掘達到設計深度，基坑底板和墊層完成混凝土澆筑工作并檢測符合設計強度后，才能終止降水施工。

在基坑土方挖掘過程中，要時刻高度關注井管真空效果，確保做好井管密封工作?；诰c套管直徑小的特點，力求套管支撐連接節點牢固且穩定；同時，也要關注基坑內部的明排水問題，以防降雨對降水工作造成影響[2]。

在降水檢測和維護期，要對各個降水井和觀測孔中的水量、水位采取同步檢測，并統一指揮控制降水。在降水勘察期，開展降水檢測前，統一進行1 次自然水位勘察記錄。在開始降水后，且水位還未達到設計降水深度前，要保持觀察水量、水位的頻率為3 次/d；當水位滿足設計降水深度要求并近于穩定時，則將觀測頻率改為1 次/d。到了雨季，觀測頻率為2～3 次/d。

監測水量、水位變化情況并形成記錄，分別繪制水位降深值s、水量Q 與時間t 的過程曲線圖，根據曲線圖仔細分析水量和水位的下降趨勢，預估需要多少時間才能達到設計降水深度要求。

根據觀測記錄的水量、水位數據，了解降水過程中的反常情況以及產生反常情況的原因。針對這一情況及時提出補救措施，確保能夠達到設計降水深度。

4 地鐵車站深基坑降水施工關鍵點控制

4.1 降水試運行

1）在降水試運行前，需要先準確測量各個井口和地面標高以及靜止水位高度，再進行降水測試運行，以便于測試現有抽水設備、抽排水系統是否能夠達到設計的預防降水標準。

2）疏干作用降水井的成井施工階段應邊施工邊抽水，即完成1 口，投入降水運行1 口，力爭在基坑開挖前，將坑內土體含水量減小到最小。

4.2 加強基坑降壓水管理

由于基坑開挖已接近場地巨厚承壓含水層組，且止水帷幕無法隔斷基坑內外的水力聯系，故減壓降水直接關系到整個基坑安全?？辈靾蟾骘@示，車站場地內潛水水位在地面以下0.9～1.39 m，其承壓水水位主要為⑦層中的承壓水。該層承壓水水位標高呈現周期性變化，埋深變化區間大多為3.0～-12.0 m。在主體基坑地下連續墻將⑤1-j層完全隔斷的情況下，基坑降水風險主要表現在止水帷幕存在缺陷時，坑內潛水含水層及微承壓含水層降水對坑外含水層的影響。在主體基坑地下連續墻未深入⑦1-2層、⑦2層的情況下，基坑降水風險主要表現在⑦層承壓含水層降水造成的坑外地下水位下降，從而引發基坑周圍土體沉降、周邊建（構）筑物變形的風險。

4.3 基坑排水降水的管理

降水施工前，根據地質勘察及抽水試驗，對試驗數據進行詳細分析，合理布置降壓井井深及數量，以確?；臃€定。降水前進行抽水試驗，確定降壓井數量和范圍，根據實驗結果判斷降水的影響大小，決策是否采取回灌措施。根據本工程水文地質等特征情況，基坑降水采用基坑內真空深井管降水，每口降水井點承擔的降水面積不得過大，其面積應控制在150～180 m2，在開挖之前，至少保證有不少于20 d 的降水時間。另外，還要通過觀測井對水位進行觀測，只有在基坑內地下水位降到距離基坑底面2.0 m 后，方能進入基坑土方挖掘環節。在基坑開挖過程中，對局部降水效果達不到土方開挖要求的，采用輕型井點輔助降水，以確保降水效果，降水井待基坑開挖到底且底板完成后將底板面以上井管割除，改做泄水孔，待結構施工完成并且頂板覆土完成后再進行封堵[3]。

4.4 加強監測，及時反饋信息指導施工

施工安全重于泰山，“零事故”的安全生產是永遠追尋的目標，秉承“早發現、早處理、防患于未然”原則，必須嚴格把關、嚴密檢測整個深基坑施工過程。要從土體位移、墻體位移、支撐軸力、地表沉降、地下水位、建筑物及管線的沉降和變形等多維度監控，以保證基坑以及基坑周圍環境的安全。

5 結語

綜上所述，從該車站實際施工效果來看，承壓水位控制是地鐵深基坑施工的生命線，在主體結構基坑開挖時有可能對基坑安全造成重大影響，為充分保障施工安全性以及施工進度，有效的降水措施是控制施工風險、營造安全施工環境的關鍵。