城市復雜環境下暗挖地鐵車站綜合降水方案研究

【摘" " 要】：針對暗挖地鐵車站傳統地面管井降水施工受到復雜條件的影響，難以實施或形成封閉降水條件的難題，以北京地鐵某暗挖車站為例，通過精細化分析車站周邊環境條件及工程地質、水文地質條件，采用導洞降水井、單邊減壓降水、傾斜井點疏干降水等綜合降水方案處理地下水。

【關鍵詞】：地鐵；暗挖車站；地下水；導洞降水

【中圖分類號】：TU753.66 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）01-33-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.01.009

Study on Multiple Schemes of Dewatering of Metro in Complex Urban

Environment

TIAN Jinming， WANG Chenglei，CHENG Ke，ZHU Baoling

（China Railway Liuyuan Group Co.Ltd.， Tianjin 300308， China）

【Abstract】：In view of traditional surface pipe well dewatering construction of underground stations is affected by complex conditions， so it is difficult to implement or form closed dewatering conditions， taking a underground station of Beijing Metro as an example， through a refined analysis of the station's surrounding environmental conditions and engineering geological and hydrogeological conditions， the comprehensive dewatering schemes such as pilot tunnel dewatering wells， unilateral decompression dewatering， and inclined well point dewatering dewatering are adopted to treat the groundwater.

【Key words】： metro; underground excavation station; groundwater;dewatering in pilot tunnel

一些城市繁華地區為改善交通條件，建設地鐵加密線、改造線。此類地鐵線路車站周邊的環境條件較為復雜，地鐵建設受到地層條件、地下水、地下管線、周邊建（構）筑物多重因素影響[1～2]。

在城市繁華或環境條件復雜區域采用暗挖法修建地鐵車站可以減少對地上環境的影響，但暗挖工程對地下水控制的要求較高，需在無水條件下實施，隧道開挖前應將地下水位降至開挖面以下。為適應不同含水層條件，常用的降水井結構形式有管井、輕型井點、輻射井等[3～5]；為了應對不同部位的降水需求，降水井的打設形態，可分為垂直井、傾斜井、水平井等[1～2]；根據功能用途及布設形式，降水井常分為疏干井、減壓井、干擾井等[6～7]；為了解決降水井的打設條件問題，許多工程創造性的實踐出在導洞內打設降水井，即可以單獨設置降水導洞，也可將降水導洞與洞樁法導洞結合[8～9]。

隨著工程技術的不斷創新，降水方案的可選形式更加豐富，在面對復雜條件時，設計人員應充分發揮主觀能動性，通過精細化分析車站周邊環境條件及工程地質、水文地質條件，綜合運用多種降水形式控制地下水。

北京地鐵某暗挖車站周邊建筑物密集，地面交通繁忙，地下管線復雜，面臨地面降水井實施條件差無法封閉、周邊基坑錨索侵入降水井布設范圍、車站底板以下承壓水上漲等問題，是城市復雜環境下暗挖地鐵車站綜合降水方案的較好樣本。

1 工程概況

車站總長287.3 m，為暗挖12 m站臺單柱雙跨雙層車站，標準段寬20.74 m、高14.91 m，頂板覆土5.75 m，底板埋深20.66 m。車站主體暗挖洞樁法施工，南北向設置3座施工豎井及橫通道，道路紅線寬30 m。

車站所在位置控制性管線較多，包括：1根?800～1 200 mm雨水管，管內底埋深由北向南為3.42～3.69 m；1根?1 000 mm污水管，管內底埋深由北向南為5.93～6.4 m；800 mm×400 mm通信管埋深0.86～1.49 m；車站范圍內其他管線埋深均較淺，管徑較小，為500 mm×300 mm電力管、?200 mm雨水管、?500 mm雨水管、?500 mm燃氣管、?400 mm燃氣管。見圖1。

2號安全出口]

車站深度范圍內有3層地下水：上層滯水（一）位于車站頂板，主要賦存于黏質粉土填土①層、雜填土①1層；潛水（二）位于車站中板，主要分布在砂質粉土黏質粉土③1層、粉細砂③2層、中粗砂③3層、卵石圓礫③4層，水位36.01 m；層間水（三）含水層巖性為粉細砂④3層、中粗砂④4層、卵石圓礫④5層，水位25.69 m，局部具有微承壓性。見圖2。

車站上方?1 000 mm污水管現狀埋深與車站頂板沖突，需將污水管改移至車站西側，車站西側邊導洞距離小區圍墻＜7 m，管線改后，西側地面降水井施工條件受限。

車站東側南端結構緊鄰紅線，現狀為住宅小區、新建地塊及施工豎井臨時占地，住宅小區及新建地塊范圍內地面降水井難以實施；僅施工豎井臨時占地范圍內降水井可在地面實施。新建地塊基坑圍護樁?800 mm@1 500 mm，設置5道錨索，車站部分位于錨索范圍內。

2 設計方案研究

2.1 地下水影響

車站施工受到潛水（二）、層間水（三）影響。潛水（二）含水層厚度1.29～2.67 m，含水巖性主要為含水層底部的卵石圓礫③4層，一般粒徑20～80 mm，最大粒徑≮150 mm，粒徑＞20 mm的含量超過60%，中粗砂充填，滲透系數180 m/d。

車站底板位于粉質黏土④層，層間水（三）水頭標高26.85 m，局部具有微承壓性，含水層厚度為4.3～9.2 m，含水巖性主要為含水層底部的卵石圓礫④5層，一般粒徑20～80 mm，最大粒徑≮170 mm，粒徑＞20 mm的含量超過60%，中粗砂充填，滲透系數200 m/d。近年來北京市地下水位持續回升，層間水（三）水頭存在上漲可能。

2.2 降水井布設方案研究比選

2.2.1 區域劃分

根據車站周邊環境條件，將本站劃分為4個研究區，命名為A、B、C、D。A區位于車站西側，此區域西側主要為小區圍墻，距離車站結構≯7 m，地面為人行便道及綠化花壇；地下現狀為?400 mm燃氣管及?1 000 mm污水管線的改移路由。B區位于車站東側南部，現狀為住宅小區及廢棄鐵道，車站結構緊鄰道路紅線。C區位于車站南側中部，現狀為新建地塊，新建地塊地下5層地下室，沿車站方向范圍132 m，原基坑支護結構為排樁+5道錨索。D區位于車站東側北部，為地鐵施工臨時用地。見圖3。

2.2.2 A區方案比選

主要控制因素為?1 000 mm污水管線的改移路徑和工法對降水方案的影響。綜合考慮進行3種方案的對比分析。

1）地面降水。由于車站結構距離小區圍墻空間有限，污水管線改移后，部分區段降水井與污水管沖突，無避讓空間，降水井無法封閉范圍43 m，此區域內潛水（二）無法有效控制，需開挖后在側壁采用注漿、引流、輕型井點等措施處理殘留水，由于含水層滲透系數大，處理難度大，側壁失穩風險高。同時，改移污水管采用頂管法施工，改移管線長度約374 m，頂管施工設置5個工作井（7 m×4 m×7 m），位于車站導洞外側，需占用部分步行道與綠化作為施工場地，工作難度大，園林伐移較多，占用人行步道需進行導改。

2）獨立降水導洞。不受地面條件限制，導洞位置需在地下水位以上，設置相對靈活，新建導洞需避開改移污水管，局部區段侵入小區內。此方案在北京地鐵建設中應用較多，但工程造價高，降水結束后，導洞廢棄回填。導洞降水需增加洞內排水系統，排至豎井位置，再通過二次倒抽排至地面。洞內成井工作條件受限，降水費用包括洞內設備成井安裝、材料吊裝倒運、排水管及線纜、排水二次倒排等，比地面成井費用增加。

3）與污水管線改移導洞合建。污水管線改移采用導洞法，在改移導洞內施工降水井和管線。相比獨立降水導洞方案，造價較低，工程廢棄量較小。具體實施：管線改移利用1號豎井及橫通道平行于車站西側邊導洞外新建管線改移及降水施工的導洞，兩導洞共用中隔壁，導洞施工完成后先進行降水井施工，導洞下部預留2.0 m高空間用于后期降水井圍護，中部架設隔壁，上部用于污水管施工。新建導洞需同時滿足降水井施工設備架設空間及污水管改移路由，導洞內凈空尺寸為2.4 m×4.665 m（寬×高）。此方案的弊端是新建導洞凈寬較小，僅可滿足降水井施工設備的擺放，人員通過、材料運送均需借用上邊導洞，因此在降水井施工期間需在兩導洞中隔壁上預留多個人員、材料運輸通道。

2.2.3 B區方案比選

主要控制因素為地上住宅小區和廢棄鐵道區域，地面均無法施工降水井。綜合考慮進行2種方案的比選分析。

1）獨立導洞降水。造價高、工程廢棄量大。為滿足降水井施工、人員通過、材料運輸等需求，獨立降水導洞內凈空尺寸≮3.5 m×4.5 m（寬×高），因而導洞侵入建筑物基礎下部，施工風險較大。

2）降水導洞與上邊導洞合建。上導洞外擴1.9 m，在圍護樁外側打設降水井，冠梁施工完成后，導洞內預留降水井圍護空間。本站為平頂直墻，采用管幕超前支護，上導洞外擴1.9 m風險較小，上導洞外擴后不侵入建筑物基礎。

2.2.4 C區方案比選

主要控制因素為新建地塊5層地下室及基坑支護結構。本站東側基坑圍護樁?800 mm@1 500 mm，基坑深度22.1 m，共5道錨索，上導洞開挖時可挖除第1、2道錨索。降水井施工受下3道錨索影響，為4根7?5 mm鋼絞線，間距1.5 m。車站結構距離基坑圍護樁最近為4.0 m，地面無降水井施工條件。綜合考慮進行2種方案的對比分析。

1）降水導洞與上邊導洞合建。由于基坑圍護樁限制，無法采用獨立降水導洞方案，可采用導洞合建方案。存在降水井施工與錨索沖突問題。

2）洞內傾斜輕型井點。由于基坑地下室底板進入潛水（二）隔水底板粉質黏土④層，利用地塊地下室作為隔水帷幕，采用傾斜輕型井點作為輔助措施處理車站結構與地下室間的殘留地下水。由于輕型井點施工便利，此方案無需外擴上導洞，井點尺寸小，成井角度靈活，可不受錨索影響。

在上導洞外邊緣斜向下10°～15°施工輕型井點，井深7.0 m，井點間距1.5 m，井底進入粉質黏土隔水層≮1 m，采用自吸泵抽水，后期冠梁澆筑、導洞回填時泵管外套鋼管引入結構內持續抽水。見圖4。

2.2.5 D區方案比選

地面具備降水井施工條件，主要控制因素為新建5道錨索與降水井施工沖突問題。地面降水井方案施工便利、經濟性好，地面具備施工條件的情況下，優先采用此方案。

2.3 影響降水方案的其他因素

2.3.1 層間水（三）減壓降水問題

近年來北京市地下水位持續回升，根據現狀水位層間水（三）承壓性將會逐漸增強。對車站進行抗突涌驗算

[Dγ?wγw≥Kh] （1）

式中：D為圍結構底板與承壓水頂板間距離，m；[γ]為坑底至承壓含水層頂板之間各層土天然重度的加權平均值，kN/m3；hw為水頭高度，m；[γw]為水的重度，kN/m3；Kh為抗突涌安全系數，取1.2。

根據表1，如層間水（三）上漲超過0.82 m，主體加深段將有突涌風險，如上漲超過2.97 m，車站主體底板將有突涌風險。綜合考慮區域地下水上漲趨勢，及地下水位年變幅，降水方案應對層間水（三）進行減壓降水。

C區傾斜輕型井點方案僅對潛水（二）進行控制，層間水（三）減壓降水需采用單邊干擾降水方案，即主要依靠A區降水井對層間水（三）進行抽水，形成進行單邊大降深，再利用B、D區降水井進行干擾降水，輔助控制層間水（三）水頭。

采用解析法計算出的井群對數區內任意點降深均為含水層厚度；層間水（三）干擾抽水任意點降深計算[10]

[sr=0.366QMk?lgR?1nlg （r1r2r3……rn）] （2）

式中：sr為任意距離的水位降深，m；Q為單井出水量，m3；M為降水井排處的承壓含水層厚度，m；k為含水層滲透系數；R為影響半徑，m；ri為降水井至任意計算點的距離，m。

降深預測，可滿足層間水（三）降深要求。見圖5。

2.3.2 降水井施工遇錨索問題

根據圖紙，錨索影響范圍內施工降水井優先采取降水井避讓錨索的方案。但是從工程實際出發，錨索的實際打設角度、范圍與圖紙中存在差異，按照圖紙進行避讓難以達到理想效果。考慮在不影響基坑安全的前提下，在錨索根部進行預先切割，一般可采用金剛石繩鋸切割、大功率鉆機攪切、人工挖孔切割等方案，本站工程條件不具備預先切割錨索的條件。

1）大功率反循環鉆機方案。利用大功率反循環鉆機將鋼絞線絞斷，提鉆后為防止鋼絞線斷頭回彈，在井孔內中阻礙井管安裝，井管采用?273 mm鋼管，鋼管前端加工成錐形，硬壓下井管。

此方案優點為鉆孔過程中將錨索絞斷，成井效率高，成井口徑大，抽水效果好；缺點為破壞錨索過程中對土體擾動破壞，可能引起塌孔。在洞內施工時如遇塌孔，鉆機移位困難。

2）潛孔錘鉆機方案。潛孔錘成孔井徑273 mm，采用跟管鉆進，利用井徑小的優勢，成井時規避、擠偏錨索。

此方案優點為成井過程中對土體擾動小，不易塌孔，如鉆孔失敗，鉆機移位方便；缺點為口徑小，抽水效果不如大井，受錨索影響，成井垂直度難以控制，成井費用比潛孔錘高。

3 降水推薦方案

本著安全、經濟、高效的原則，綜合選取車站降水推薦方案。見表2。

在條件允許的情況下，優先采用地面降水方案；當地面降水方案受限時，考慮洞內降水方案；獨立導洞方案適用性更強，導洞設置位置靈活，但造價較高，工程浪費較大，不是首選；共建導洞方案也有部分工程浪費，但通過與結構導洞或其他地下結構相結合的形式，能夠減少浪費，可作為導洞降水的首選方案。事實上，部分工程也選用在車站結構內布井的降水方案，但結合本站底層條件，降水井布置在結構內，無法對潛水（二）進行疏干，層間水（三）具有承壓性，結構底板位置封井難度較大，因此未對此方案進行討論。

降水井施工遇錨索的兩種處理方案各有優劣，結合本站特點，地面降水井如遇錨索可采用大功率反循環鉆機方案，降水井盡量遠離車站圍護結構，減少對地層的擾動。洞內降水井可采用潛孔錘方案，在導洞開挖工程中可挖出上部2道錨索，有助于降水井位避讓下部錨索，同時潛孔錘方案對土體擾動小，不易對鄰近的車站圍護結構造成影響。

4 結論與建議

1）在城市復雜環境下，降水井的布設方案應綜合分析周邊環境條件，優先采用地面降水方案。地面降水受限時，優先采用降水導洞與結構導洞或其他地下結構相結合的形式，減少工程浪費。

2）充分分析周邊建構筑物對降水方案的影響，可利用建成地下室作為隔水帷幕，利于節省工程造價；分析降水井施工遇錨索問題，提出了2種處理方案，結合工程特點進行選取。

3）考慮了水位上漲因素，層間水變為承壓水對工程的影響，在降水井布置無法封閉的條件下，采用單邊大降深干擾降水方案對承壓水進行減壓。

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收稿日期：2024-01-24

作者簡介：田錦明（1991- ）， 男， 工程師， 從事巖土工程設計及研究工作。