地鐵車(chē)站深基坑帷幕坑內(nèi)降水應(yīng)用技術(shù)

1、地鐵車(chē)站深基坑帷幕坑內(nèi)降水應(yīng)用技術(shù)摘 要 本文以西安地鐵一號(hào)線(xiàn)浐河站工程為例，詳細(xì)介紹了在砂層、卵石土及粉質(zhì)粘土地質(zhì)中采用地下連續(xù)墻作為止水帷幕的情況下，運(yùn)用合理的施工方法解決地鐵車(chē)站深基坑帷幕坑內(nèi)降水施工的技術(shù)問(wèn)題，重點(diǎn)說(shuō)明了該工程深基坑帷幕坑內(nèi)降水的措施和效果，對(duì)今后類(lèi)似地下工程的施工具有一定的參考價(jià)值。一、工程概況站場(chǎng)位置及設(shè)計(jì)概況 浐河站位于西安市浐河?xùn)|岸、長(zhǎng)樂(lè)東路南側(cè)，東三環(huán)半坡立交橋的西南角。有效站臺(tái)中心里程為。本車(chē)站為地下三層雙柱三跨島式車(chē)站，車(chē)站長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)段寬度約21m，車(chē)站底板埋深約，頂板覆土厚度約。車(chē)站西端為盾構(gòu)始發(fā)，東端為盾構(gòu)到達(dá)。本工程采用明挖法施工，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用放

2、坡和800mm厚地下連續(xù)墻結(jié)合的支護(hù)方案，車(chē)站主體采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)外設(shè)置全外包防水層。 水文地質(zhì)情況 站區(qū)內(nèi)主要地層從上至下分別為：雜填土，素填土，粉質(zhì)黏土，粗砂，卵石土等。場(chǎng)地地下水埋深介于，地下水高程介于之間，屬潛水類(lèi)型。地下水位年變化幅度約。設(shè)計(jì)抗浮水位為，設(shè)計(jì)抗?jié)B水位為。地下水主要賦存于粗砂、圓礫土、卵石土中。粉質(zhì)黏土為弱含水層，在站區(qū)內(nèi)連續(xù)分布，其中粗砂、卵石土無(wú)明顯承壓性。地下水補(bǔ)給主要有大氣降水、浐河河水補(bǔ)給及局部水管滲漏等。地下水流向總體上從東南流向西北，潛水排泄方式主要為徑流排泄、人工開(kāi)采、潛水越流排泄及蒸發(fā)消耗等。該車(chē)站水位降深較大，降深，尤其是在連續(xù)墻

3、內(nèi)降水時(shí)在墻外側(cè)高水頭壓力作用下，降水井反濾層容易出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象，需要施工單位有很豐富的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)設(shè)計(jì)及規(guī)范的嚴(yán)格執(zhí)行，并有針對(duì)性的制定應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急措施。 一、工程概況 車(chē)站基坑概貌 確定降水方案 根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及基坑周邊建筑物環(huán)境條件，以及我單位在基坑降水方案設(shè)計(jì)和施工方面的經(jīng)驗(yàn)，浐河站采用坑內(nèi)管井降水+觀測(cè)井方案，主要選擇原因如下： 1、基坑深度范圍內(nèi)含水層主要為卵石土夾層、粉質(zhì)粘土及粗砂夾層，綜合滲透系數(shù)浐河站?。▍⒄諞汉诱編r土工程勘察報(bào)告），降水初期涌水量較大，可采用管井降水方案。 2、根據(jù)西安地區(qū)帷幕止水效果分析，采用帷幕止水后，能有效的控制坑外水位下降，但根據(jù)北大街地

4、鐵站等工程的觀測(cè)資料，帷幕外水位下降約3m左右。本工程采用地下連續(xù)墻作為帷幕止水的基坑圍護(hù)方案，在保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量前提下，可以較好控制坑外水位，以保證周?chē)ㄖ锏某两翟谡７秶鷥?nèi)（小于20mm），保證其正常使用。 3、基坑工程降水涉及到的因素比較多，為了保證基坑降水順利進(jìn)行，以及為了解決后期施工降水出現(xiàn)的預(yù)料外問(wèn)題，如局部水位下降太慢或降水不符合設(shè)計(jì)要求等，需要根據(jù)布置于降水井附近區(qū)域的觀測(cè)孔（井）水位資料來(lái)判斷。二、確定降水方案計(jì)算參數(shù) 根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告建議值，各含水層滲透系數(shù)取值如下： 新黃土 7m/d 粗砂 30m/d 圓礫土 50m/d 卵石土 60m/d 粉質(zhì)粘土 3m/d

5、對(duì)各含水層厚度和滲透系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均確定本工程含水層的綜合滲透系數(shù)?；咏邓咎卣饕?jiàn)表1。表1 浐河站降水基本特征 綜合滲透系數(shù)：根據(jù)各含水層滲透系數(shù)、各地層厚度及含水層總厚度，通過(guò)加權(quán)平均計(jì)算得出綜合滲透系數(shù)k取。名稱(chēng)長(zhǎng)度（m）寬度（m）基坑深度（m）現(xiàn)狀水位埋深（m）控制水位埋深（m）降水深度（m）備注浐河站134.822.022.3182515.319.9考慮年水位變幅三、降水設(shè)計(jì)降水井深度 浐河站為基坑內(nèi)布井，地下連續(xù)墻作為帷幕結(jié)構(gòu)，有擋水的效果。計(jì)算時(shí)先按沒(méi)有帷幕影響計(jì)算降水，再按有帷幕影響情況下計(jì)算降水,按經(jīng)驗(yàn)實(shí)際取用值介于兩者之間。降水井深度HH1+H2+ir0+l+l0式中：

6、 H降水井深度m； H1基坑開(kāi)挖深度取22m；H2降水水位距基坑底的深度1m；i降水曲線(xiàn)坡度??；r0基坑等效半徑；l過(guò)濾管度取值4m；l0沉沙管度取值1m； 得降水井深度H，取33m?？紤]地下連續(xù)墻起止水帷幕作用，降水井底不能穿透底板弱含水層（粉質(zhì)粘土層）進(jìn)入砂層，降水井按照30m深考慮。降水井基本參數(shù) 降水井直徑選擇600mm，井管內(nèi)徑400mm， rw=0.2m ，含水層厚度H=30-8=22m。基坑等效半徑r0 及影響半徑R 等效半徑 r0=0.29（B+L）=0.29（134.822） 降水影響半徑 =217(19.822) S設(shè)計(jì)水位降深 三、降水設(shè)計(jì)單井涌水量q 暫選用污水潛水泵型

7、號(hào)為WQ50-20-40-5，單井出水量q2024=480m3/d。實(shí)際采用的泵型應(yīng)根據(jù)基坑水位及出水量確定，待抽水進(jìn)入穩(wěn)定期，涌水量減小后，可換用較小流量的水泵。 三、降水設(shè)計(jì)浐河站為基坑內(nèi)布井，地下連續(xù)墻作為帷幕結(jié)構(gòu)，有擋水的效果。計(jì)算時(shí)先按沒(méi)有帷幕影響計(jì)算降水，再按有帷幕影響情況下計(jì)算降水，按經(jīng)驗(yàn)實(shí)際取用值介于兩者之間。不考慮止水帷幕的計(jì)算 1、總涌水量 計(jì)算 = 1.36619.8(222-17)17 log（）=10173.6 m3 2、降水井?dāng)?shù)量n 降水井?dāng)?shù) 1.110173.6480=23口 四、降水計(jì)算考慮止水帷幕的計(jì)算 1、總涌水量 計(jì)算 =1.36619.8(222-17)

8、172log（）- log（45.47（）=5783.4 m3 2、降水井?dāng)?shù)量n 考慮同樣的單井出水量q480m3/d，則降水井?dāng)?shù) =1.15783.4480=13口 綜上取浐河站降水井?dāng)?shù)為18口，另設(shè)4口觀測(cè)井，緊急情況下可兼作降水井。 四、降水計(jì)算管井基本參數(shù) 根據(jù)上述計(jì)算，結(jié)合類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，初步確定浐河站管井降水基本參數(shù)如下：表2 降水井參數(shù)管井位置確定 降水井位置的確定應(yīng)根據(jù)車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)、車(chē)站主體結(jié)構(gòu)尺寸、鋼管支撐等綜合考慮，并考慮到地下結(jié)構(gòu)施工操作空間及盡量避免降水井置于結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處（因?yàn)檫@些地段構(gòu)造鋼筋多，后期防水處理難度大）。 根據(jù)基坑總長(zhǎng)度及降水井?dāng)?shù)量，浐河站布井間距平均為（布

9、井周長(zhǎng)307m）。 車(chē)站基坑降水井布置詳見(jiàn)圖1。 名稱(chēng)井直徑(m)井間距(m)井深(m)井?dāng)?shù)(m)選擇水泵揚(yáng)程(m)浐河站0.615.3302240四、降水計(jì)算圖1 車(chē)站基坑降水井布置圖四、降水計(jì)算降水井結(jié)構(gòu) 井徑600mm，全孔下入400mm的混凝土無(wú)砂管?；炷凉芸刹徊捎媚猃埳熬W(wǎng)外包，但全孔回填要采用35mm天然圓礫。井管結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。圖2 井管結(jié)構(gòu)示意圖四、降水計(jì)算五、降水作業(yè)降水井施工 根據(jù)西安市管井施工經(jīng)驗(yàn)，降水井采用鍋錐工藝施工，施工工藝流程見(jiàn)圖3。 1、施放井位 降水井井位施放時(shí)必須詳細(xì)調(diào)查核實(shí)場(chǎng)區(qū)地下管線(xiàn)分布情況，當(dāng)無(wú)法確定時(shí)可采用人工挖探孔的方法，確認(rèn)地下無(wú)各種管線(xiàn)后方可

10、施工。為避開(kāi)各種障礙物，降水井間距可作局部調(diào)整，保證降水井中心距圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離，且降水井總量不得減少。 2、降水井成孔 管井采用鍋錐成孔，井身結(jié)構(gòu)誤差：井徑誤差20mm；垂直度誤差1%；井深滿(mǎn)足設(shè)計(jì)井深。 圖3 施工工藝流程見(jiàn) 3、替漿及下管 下管前注入清水置換全井孔內(nèi)泥漿，砂石泵抽出沉渣并測(cè)定孔深。替漿過(guò)程中，安排好泥漿及渣土的清運(yùn)工作。井管采用無(wú)砂砼濾水管，在預(yù)制砼管鞋上放置井管，緩緩下放，當(dāng)管口與井口相差200mm時(shí)，接上節(jié)井管，接頭處用尼龍網(wǎng)裹嚴(yán)，以免擠入泥砂淤塞井管，豎向用3-4條30mm寬、長(zhǎng)23m的竹條用2道鉛絲固定井管。見(jiàn)圖4。 為防止上下節(jié)錯(cuò)位，在下管前將井管依井方向立直。吊放

11、井管要垂直，并保持在井孔中心，為防止雨污水、泥砂或異物落入井中，井管要高出地面不小于200mm，并加蓋或捆綁防水雨布臨時(shí)保護(hù)。五、降水作業(yè)降水作業(yè)下井管 4、填濾料 井管下入后立即填入濾料。濾料應(yīng)具有一定的磨圓度，濾料含泥量（包括含石粉）3%，粒徑24mm。填礫料時(shí)，濾料沿井管外四周均勻填入，宜保持連續(xù)。要避免填料速度過(guò)快或不均造成濾管偏移及濾料在孔內(nèi)架橋現(xiàn)象，洗井后濾料下沉及時(shí)補(bǔ)充濾料，要求實(shí)際填料量不小于95%理論計(jì)算量。 5、洗井 下管、填料完成后立即進(jìn)行洗井，可采用下泵試抽洗井，用潛水泵反復(fù)進(jìn)行抽洗，直至水清砂凈，上下含水層水串通，否則改用空壓機(jī)由上而下分段洗井。洗井過(guò)程中應(yīng)觀測(cè)水位及

12、出水量變化情況。五、降水作業(yè) 排水管路 地面排水管為1根直徑為300mm的pvc管，布置在基坑四周，水泵采用50mm膠皮軟管或白塑料管引至地面排水管道。排水經(jīng)過(guò)濾后排入市政管線(xiàn)，排水口位置經(jīng)市政統(tǒng)一認(rèn)可確定。選定排水口的數(shù)量和管線(xiàn)應(yīng)滿(mǎn)足降水最大排水量的要求，排水口管徑大小根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況具體確定，應(yīng)滿(mǎn)足合理疏排地下水及雨水。五、降水作業(yè)降水作業(yè)排水管路排水管路降水作業(yè) 潛水泵及泵管安裝吊放，置于距井底以上處，開(kāi)始抽水時(shí)，因出水量大，為防止排水管網(wǎng)排水能力不足，可以間隔的逐一啟動(dòng)水泵。抽水開(kāi)始后，逐一檢查單井出水量、出水含砂量。根據(jù)浐河車(chē)站的土體滲透性和基坑的周?chē)h(huán)境，嚴(yán)格控制基坑內(nèi)的降水速度和

13、降水量非常重要，若基坑內(nèi)過(guò)早或過(guò)量降水，則會(huì)影響基坑外地下水位，可能產(chǎn)生過(guò)大沉降，影響周?chē)h(huán)境的安全。因此，基坑降水必須和開(kāi)挖密切配合，施工中采取分段、快速、集中降水的方法，并且依據(jù)土體滲水速率、基坑內(nèi)土體疏干情況和基坑開(kāi)挖的速度進(jìn)行降水，主體結(jié)構(gòu)深基坑是采用分層降水法，在基坑開(kāi)挖前15天開(kāi)始進(jìn)行降水，由井內(nèi)安裝的自動(dòng)控制水位器來(lái)控制降水深度，其控制高度應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定，五、降水作業(yè) 既不要抽水過(guò)深引起地面沉降，也不要抽水過(guò)淺危及坑底安全。并通過(guò)基坑內(nèi)的觀測(cè)井，掌握水位變化情況，基本將地下水降至基坑開(kāi)挖面下左右，即滿(mǎn)足開(kāi)挖該層土體的要求。結(jié)構(gòu)段施工完畢，隨即停止抽水。 抽水含砂量控制：為防止因抽

14、地下水帶出地層細(xì)顆粒物質(zhì)造成地面沉降，抽出的水含砂量必須保證：粗砂含量1/50000；中砂含量1/20000；細(xì)砂含量1/10000。當(dāng)含砂量過(guò)大，可將水泵上提，如含砂量仍然較大，重新洗井，需要維修更換水泵時(shí)，逐一進(jìn)行。五、降水作業(yè)降水觀測(cè) 降水期間對(duì)地下水動(dòng)態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)地下水動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行及時(shí)分析。當(dāng)?shù)叵滤患眲∽兓皶r(shí)分析原因（如水泵損壞、地下含水構(gòu)筑物突然破裂漏水或區(qū)域地下水位上升等），采取相應(yīng)的處理措施。五、降水作業(yè)六、降水井的拆除和封堵 本工程為基坑內(nèi)管井降水，因此，基坑降水的施工運(yùn)行與車(chē)站的地下施工緊密聯(lián)系，隨著基坑的開(kāi)挖和地下結(jié)構(gòu)的施工，將涉及到降水井運(yùn)行過(guò)程中的破除和降水井位

15、處結(jié)構(gòu)預(yù)留及后續(xù)的防滲漏等諸多問(wèn)題。 降水井的拆除 隨著土方開(kāi)挖的進(jìn)行，需要逐級(jí)破除降水井管。井管破除時(shí)步驟如下： 1、機(jī)械開(kāi)挖破除到井管周?chē)睆椒秶螅捎萌斯で宄苤車(chē)馏w； 2、人工輕抬破除井管，在其底部插入硬質(zhì)薄板，封嚴(yán)下部降水管井，以防碎屑掉入井內(nèi)； 3、人工輕、慢砸碎上部井管，清理井口。降水井的封堵 隨著土方開(kāi)挖到基坑底部后，緊接著車(chē)站主體結(jié)構(gòu)等的施工開(kāi)始，如底板、地下側(cè)墻及砼柱等，此時(shí)降水井還處于運(yùn)行階段，勢(shì)必導(dǎo)致該處為一施工接縫口，這將引發(fā)降水井后續(xù)封堵問(wèn)題。降水井封堵措施及方法如下：六、降水井的拆除和封堵 將制作好的鋼管（直徑400mm，t=5mm，管中部焊接寬100mm、

16、厚10mm的止水翼環(huán)）成型后預(yù)埋到底板中，即在澆筑底板混凝土?xí)r預(yù)埋在降水井口上部，局部混凝土澆筑時(shí)超過(guò)止水翼環(huán)200mm，但距底板上表面還有一定距離。封井時(shí)，首先將井中水抽干，將水泵吊出，并迅速用混凝土振搗密實(shí)（混凝土用自拌速凝混凝土），然后立即將封口鋼板焊接封口。當(dāng)水位較高或水流量較大時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定是否在鋼板中部引出42mm鋼管，用于引流減壓排水，待鋼板焊接結(jié)束后再封堵中間42mm鋼管。六、降水井的拆除和封堵降水井的拆除和封堵七、降水輔助措施監(jiān)控量測(cè) 由于降水期較長(zhǎng)，降水使場(chǎng)區(qū)地下水均衡關(guān)系發(fā)生較大變化，必然對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。降水過(guò)程中要加強(qiáng)對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物和管線(xiàn)的變形監(jiān)控量測(cè)

17、，根據(jù)施工進(jìn)度，將各測(cè)點(diǎn)變形值繪成變形曲線(xiàn)圖。即： 繪制位移時(shí)間曲線(xiàn)散點(diǎn)圖，據(jù)以判定施工措施的有效性，位移時(shí)間曲線(xiàn)趨于平緩時(shí)，可選取合適的函數(shù)進(jìn)行回歸分析，預(yù)測(cè)最大沉降量。通過(guò)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，來(lái)判定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，判斷降水施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響程度，來(lái)指導(dǎo)施工。 坑外設(shè)井及坑內(nèi)排水 基坑工程降水涉及到的因素比較多，且本基坑靠近浐河，基坑開(kāi)挖又處在雨季，若止水帷幕效果不佳，導(dǎo)致基坑內(nèi)水位未降至設(shè)計(jì)標(biāo)高，可考慮在坑外增加降水井或坑內(nèi)設(shè)明溝將水引入集水坑的方法，為施工提供便利條件。七、降水輔助措施降水輔助措施明溝排水防止沉降的回灌措施 若通過(guò)沉降觀測(cè)發(fā)現(xiàn)周邊建筑物沉降達(dá)到危險(xiǎn)程度，須立即停止抽水，查明引起沉降的具體原因，當(dāng)確認(rèn)是因降水所引起時(shí)，應(yīng)馬上采取回灌措施。降水維護(hù)管理 定時(shí)巡視降排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)運(yùn)行的故障和隱患，如水泵抽水出水情況，是否需要檢修換泵；供電線(xiàn)路是否正常；排放水的含砂情況及排水聯(lián)絡(luò)管道是否暢通。 按要求觀測(cè)水位，觀測(cè)頻次：降水前期一個(gè)月內(nèi)兩天一測(cè)，之后五天一測(cè)，及時(shí)分析、了解