地鐵基坑工程承壓水處理技術研究

張 軍

（中鐵二院華東勘察設計有限責任公司，浙江杭州 310004）

在基坑工程中，當承壓水層的水頭頂托力大于基坑底部到承壓含水層頂板的殘留土層土重時，基坑底部就會產生瞬時爆發的突涌。突涌一旦發生，很容易造成基坑工程的破壞性事故，甚至給周邊的建筑物帶來危害。隨著杭州地區地鐵工程的不斷建設，工程界逐漸認識到了基坑工程中妥善解決承壓水問題的重要性，尤其是在錢塘江邊含水量豐富的砂性粉質土地區，處理好承壓水的影響是基坑設計與施工的基礎和關鍵。本文通過選取杭州地區3個典型的面臨承壓水問題的基坑，分析了工程地質和水文條件，總結出杭州地區承壓水處理方法并給出了優選設計方案，然后討論了施工過程中可能出現的滲水問題及處理辦法。

1 杭州地區承壓含水層特性

杭州地區承壓水以古河道形態呈寬帶狀展布，北部為茗溪古河道，南部為錢塘江古河道，中間與城區的“杭州古河道”相連接。承壓水類型以濱海平原海陸交互相砂層承壓水為主，局部為碎屑巖裂隙承壓水以及巖溶丘陵溶洞裂隙水。承壓含水層頂板為淤泥質亞黏土，厚度一般為8～15 m；承壓水賦存于砂、卵、礫石層中，埋深為23.4～58.5 m，一般為35～45 m，含水層厚度為0.4～24.5 m，一般為5～15 m，承壓水位埋深為5～10 m。中心地帶單井涌水量（以降深10 m計）茗溪古河道為1 000～3 000 m3/天，錢塘江古河道為3 000～5 000 m3/天，從古河道中心向兩側富水性逐漸減弱。

目前杭州地鐵基坑承壓水處理技術研究采取降水處理、止水處理或降水、止水相結合的技術思路，主要采用懸掛式地下連續墻+降低坑內外承壓水位、落底式地下連續墻隔斷承壓水的技術方案，圖1為懸掛式地下連續墻，圖2為落底式地下連續墻，地下連續墻既可以承受基坑開挖卸荷而產生的水土壓力，又起到了止水的作用。

圖1 懸掛式地下連續墻

圖2 落底式地下連續墻

2 基坑承壓水處理技術

本文選取杭州地鐵3個典型的面臨高承壓水問題的地鐵基坑工程項目，結合工程地質和水文地質條件，探討承壓水處理技術。

2.1 三堡站

杭州地鐵6號線三堡站為地下4層車站，標準段底板埋深約30.85 m，端頭井底板埋深約32.41 m。

鉆探揭露、原位測試和室內試驗結果表明，場地附近無地表水體分布，最近城市內河為二號港河，距離約280 m。根據鉆探揭露：勘探深度范圍內地下水類型主要可分為松散巖類孔隙潛水、松散巖類孔隙承壓水和基巖裂隙水。其中，承壓水主要分布于深部的 121層粉砂、122層含礫中砂、124層圓礫、141層粉砂、142層含礫中砂、143層圓礫層中，水量較豐富，隔水層為上部的淤泥質土和黏性土層。承壓水主要接受古河槽側向徑流補給，側向徑流排泄，受大氣降水垂直滲入等的影響較小。

根據場地水文地質條件，該工程基底下部存在承壓水（粉砂、圓礫），當基底之下某深處有承壓含水層時，基坑底抗滲流穩定性可按GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》附錄式（1）進行進行承壓水頭突涌估算：

式（1）中 ，γm為透水層以上土的飽和重度，kN/m3；（t +Δt）為透水層頂面距基坑底面的深度，m；Pw為含水層水壓力，kPa；Fs為安全系數，本工程取1.1。

根據實測承壓水觀測孔的承壓水頭高度進行承壓水頭突涌估算，三堡站附近124層承壓水水頭埋深在地面下約8～9.85 m，相對于85國家高程為-2.11～-1.23 m左右。按式（1）進行承壓水頭突涌估算結果如表1所示。結果表明，承壓水對基坑底板會產生突涌，基坑開挖前應將承壓水水頭降至安全水頭。

表1 三堡站主體結構承壓水頭突涌估算結果

降水工程需要做到技術上先進，經濟上合理，因此主要從方案設計、施工與管理3個方面出發并結合本工程的特點與地質條件，采用地下連續墻完全切斷承壓含水層結合降水的技術方案。由于地下連續墻入土深度按嵌入中風化泥質粉砂巖不小于1.5 m設計，已能隔斷承壓水層，因此，坑內設置部分承壓水井，在地下連續墻施工完成后，進行承壓水降水試驗確定隔斷效果，坑外設置一定數量的承壓水觀測井兼應急備用井。地下連續墻嵌入巖層和降水井布置如圖3所示。

圖3 三堡站地下連續墻和降水井布置示意圖（單位：m）

2.2 雙浦站

杭州地鐵6號線雙浦站為地下2層島式車站，標準段底板埋深約16.31 m，端頭井底板埋深約17.96 m。

根據詳勘承壓水觀測資料，雙浦站場地承壓水主要分布于124圓礫中，承壓水水頭埋深在地面下1.45 m，相對于85國家高程為5.45 m。僅從車站場地范圍看，隔水層完整，承壓水受側向徑流補給。但根據雙浦站—河山路站區間勘察結果，在北端頭井以北500 m即為承壓水的潛水補給“天窗”，該“天窗”的存在決定了本車站場地承壓水的水位與潛水水位基本一致。根據式（1），按透水層頂面距基坑底面最小深度的位置進行突涌估算，估算結果如表2所示。結果表明，雙浦站承壓水會頂破坑底而發生突涌破壞，造成基坑圍護結構失穩。此外，因124層圓礫勘察揭示層厚為18.1～26.4 m，地下連續墻較難切穿124圓礫，嵌入底部基巖層。原圍護結構設計采用800 mm厚（南端頭井為1 000 mm厚）、41.1 m深地下連續墻只進入124圓礫層一定深度，未將基坑內外承壓水含水層完全阻斷。為此，在施工過程中進行了地質補勘、承壓水抽水試驗和地下連續墻成槽試驗以復核地層情況以便指導接下來的施工。經過地質補勘、抽水試驗、成槽試驗，在后續的施工中做出以下改進。

表2 雙浦站主體結構承壓水頭突涌估算結果

（1）本工程承壓水水頭較高，為地表以下1.45 m，且現場抽水試驗及地勘報告揭示，承壓水層滲透系數較大，且各向同性，承壓水水頭通過抽水降壓困難。為確保基坑安全，防止承壓水突涌，后續施工采取地下連續墻嵌入承壓水層下部的弱透水巖層的方法來隔斷承壓水，減少坑內降壓井數量并取消坑外降壓井。

（2）地層深部的強風化巖層性質較為松散，透水性較好，無法滿足承壓水隔斷要求，故地下連續墻進入中風化巖層0.5 m以徹底隔斷承壓水層，封閉強風化巖層的透水通道。

（3）地下連續墻加深后最大深度達58 m，鎖口管接頭拔出困難，故加深后地下連續墻接頭形式采用剛性接頭，接頭長度同地下連續墻深度，接頭外側旋噴樁接縫止水加固取消。

2.3 河山路站

杭州地鐵6號線河山路站為地下2層車站，標準段底板埋深約16.11 m，端頭井底板埋深約18.03 m。

場區地表水主要為距河山路站主體基坑18 m處的西側三號浦河，水深度1.9～2.8 m；根據鉆探揭露，勘探深度范圍內地下水類型主要為松散巖類孔隙潛水、松散巖類孔隙承壓水和基巖裂隙水。潛水主要賦存于上部①填土層、②層、③層、⑤粉砂性土中，靜止水位一般埋深0.85～2.80 m，相對于85國家高程4.75～6.51 m，水位年變幅為1～2 m。根據式（1），按透水層頂面距基坑底面最小深度的位置進行突涌估算，估算結果如表3所示。結果表明，承壓水對基坑底板會產生突涌，但由于潛水流速緩慢，對工程建設影響小，承壓水主要賦存于下部121粉砂和124圓礫（以下簡稱為 12 層砂礫石），基巖裂隙水賦存于底部的30風化石英砂巖土，水量貧乏，不作專門研究。

表3 河山路站主體結構承壓水頭突涌估算結果

相比整個地鐵6號線工程的其他車站，因本車站位于“天窗”范圍，地層條件具有特殊性和唯一性。車站基坑開挖及影響范圍內以粉土和砂土為主，下部為強透水層的圓礫層，總體上土層的綜合滲透性和富水性好；坑底以下無任何隔水層，致使無法采用常規的坑底加固措施，滲漏一旦發生將可能導致潛水迅速地涌入坑內，并同時形成流土和流砂，導致坑底失穩。為此，河山路站主體圍護結構采用800 mm地下連續墻，地下連續墻入巖深度1 m。附屬圍護結構采用600 mm地下連續墻。根據圍護結構施工情況和站位所處的地質情況確定降水方案，采用“坑內強降水，坑外不降水”方案，配合設置19口疏干井，9口承壓井，降壓井及地下連續墻嵌入巖層布置如圖4所示。

圖4 河山路站地下連續墻和降水井布置示意圖

3 結論與建議

（1）目前杭州地鐵針對需進行承壓水處理的基坑工程，主要采取懸掛式地下連續墻+降低坑內外承壓水位、落底式地下連續墻隔斷坑內外承壓水的處理措施。

（2）針對需對承壓水進行謹慎處理的基坑工程，在施工結束前，應進行全面的施工監測，如適時進行地質補勘、承壓水抽水試驗和地下連續墻成槽試驗等，分析承壓水處理效果和施工效果，并及時采取針對性技術措施。

（3）杭州地鐵三堡站、雙浦站、河山路站3個臨近錢塘江、高承壓水地區的地鐵基坑工程承壓水處理技術實踐表明，在類似的工程水文條件區域進行地鐵基坑工程施工時，可優先考慮將豎向地下連續墻落在相對不透水層上，并結合坑內降水處理基坑承壓水問題。