人防工程处理的深导墙地下水控制技术

刘盈华 张春强

（1.中铁十九局集团有限公司地铁工程有限公司 中国 北京 100000；2.苏州轨道交通工程有限公司 江苏 苏州 215031）

0 前言

苏州轨道交通4 号线沿人民路南北向穿越苏州古城区，其中观前街站需拆除既有人防设施。 为保证周边商家经营及道路通行要求，对车站围护结构穿越人防地段采用深导墙支撑既有人防方案。该方案难点是在深导墙施工后破除人防地板时地下水的处理，同时又要保证周边商家等建筑物不受影响。

1 深导墙的地下水处理

1.1 工程概况

地下水的控制主要采用三种方式进行， 一种是轻型井点降水，第二种是采用疏干井作为紧急临时降水井（需严格控制降水深度）或回灌井，第三种是周边设置备用回灌井。

人防工程处理过程中地下水的控制途径：

图1

1.2 井点降水施工技术措施

1.2.1 地面沉降验算

（1）附加沉降计算原理

①附加沉降

采用分层总和法进行沉降计算，计算公式如下：

其中，S——降水引起的地面总附加沉降量（m）；

Si——第i 计算土层的附加沉降量（m）；

对于第i 层土，其附加沉降计算公式如下：

其中，ΔPi——第i 计算土层降水引起的附加荷载（kPa）；

Ei——第i 计算土层的压缩模量（kPa）；

Hi——第i 计算土层的土层厚度（m）

②ΔPi值的修正系数

对于粘土和粉质粘土，其附加荷载的修正系数计算式如下：

μ＝容水度-持水度=给水度（含水量）=W

其中，μ——计算土层降水引起的附加荷载修正系数；

W——计算土层的给水度（含水量）

因此，对于粘土和粉质粘土，修正过后的附加沉降计算公式如下：

③附加荷载

因地下水位下降引起的土层附加荷载，计算式如下：

其中，ΔP——降水引起的土层附加荷载（kPa）

v——水的重度（kN/m3）

Δh——降水前后土层的水头降落值（m）

④弹性模量

对于粘土、粉质粘土和粉土，弹性模量计算式如下：

其中，e——土层的原始孔隙比；

α——土的体积压缩系数（MPa－1）

⑤距离降水范围边界任意距离处水位降落值

通过潜水完整井水位下降曲线方程，得到距离降水点任意距离处水位降落值的计算公式如下：

其中，ΔH——距离降水点任意距离处的水位下降值（m）；

H——潜水含水层厚度（m）；

hw——井点降水稳定水头值（从含水层底板算起）（m）；

M——井点降水水位降深值，其计算公式如下：

L（x）——计算点距离降水点的距离（m）

r0——仿大井半径（降水范围等效半径）（m）

对于本工程，降水区域近似矩形，其计算公式如下：

a——降水范围长边长度（m）

b——降水范围短边长度（m）

R——单井抽水影响半径（m）。 其计算公式如下：

K——渗透系数（m/d）

（2）计算模型建立

以察院场东侧地下连续墙范围底板破除时的底板降水为例，并考虑最不利因素，建立典型降水模型，如图2 所示。

图2 典型降水模型图

（3）附加沉降计算

①距离降水范围边界任意距离处水位降落值的计算

根据典型降水模型、地质参数等，各参数取值如表1 所示。

将表1 中的参数代入公式（6），并分别计算L（x）＝2.5m、5m、7.5m、10m、15m 时的水位降落值ΔH，计算结果见表2 所示。

根据计算结果，绘制水位降落曲线如《水位降落曲线图》所示。

②弹性模量计算

将相关孔隙比、压缩系数代入公式（5），计算出③1 粘土层的弹性模量，详见表3。

表1 任意距离处水位降落值计算参数表

表2 水位降落值（ΔH）计算结果汇总表

图3 水位降落曲线图

表3 弹性模量计算参数及结果汇总表

③附加荷载计算

根据计算式（4），降水原点处土层附加荷载计算参数及结果详见表4。

表4 附加荷载计算参数及结果汇总表

表5 附加沉降计算参数及结果汇总表（L（x）=0m 时）

④附加沉降计算

将表2、3、4 相关数据代入公式（2），计算出各土层附加沉降量，当距离L（x）=0m 时计算参数及结果如表5。

依此类推，各距离处沉降计算结果分别如表6 所示。

表6 沉降计算结果汇总表

⑤计算结果分析

根据计算结果分析，降水引起的地面沉降量较小，由于不均匀沉降可能导致的周边建筑物倾斜率以及沉降量均在相关规范要求的允许值范围以内，不会造成环境破坏。因此，采用轻型井点降水在环境安全性上是可行的。

1.2.2 井点降水设计

以《典型降水模型图》所示地下连续墙施工工况为例进行降水设计。

（1）计算参数

根据上文沉降计算相关参数及计算结果得出：

渗透系数：K=0.04752 m/d

含水层厚度：H=30 m

水位降深值：M=6.95 m

单井抽水影响半径：R=16.6 m

降水范围等效半径：r0=3.3 m

计算影响半径：R0=R+r0=16.6＋3.3=19.9 m

（2）涌水量计算

（3）单根井点管的允许最大出水量

井点管滤水管长度：L=1 m，井点管半径：r0=0.015 m，代入单根井点管的允许最大出水量计算公式：

（4）井点数量计算

（5）井点间距计算

降水范围周长为2（a＋b）=22 m

井点间距为2（a＋b）/n=0.88 m，为保险起见，施工时按间距0.8 m布置。

（6）井点管长度计算

井点管距离底板开槽中心距离为1.4 m，根据水位降落曲线图，底板底面以下最小有效井管长度为1.524 m， 施工时取按照底板顶面以上0.3 m，底板底面以下有效井管1.5 m，滤管长度1m，考虑底板厚度，井点管长度为3.6 m。 由于人防结构内部部分内净空高度小于3.6 m，为便于施工，可根据净空尺寸，井点管可采用分节拼接井点管。

（7）立柱桩及放坡开挖时的轻型井点设计

参照以上地下连续墙施工时的井点降水计算，立柱桩（降水井）及放坡开挖施工时的轻型井点可参照地下连续墙施工时的井点降水布置。

（8）图例

①地下连续墙施工时的井点降水图例

图4 地下连续墙施工时的井点降水布置示意图

②立柱桩施工时的井点降水图例

图5 立柱桩施工时的井点降水布置示意图

③放坡开挖时的井点降水图例

图6 放坡开挖施工时的井点降水布置示意图

1.2.3 轻型井点降水施工

（1）钻孔

采用混凝土取芯机在人防结构底板上钻取φ80 mm 孔洞，进行井点管的安装。

钻孔时旁边准备一定数量的应急物资，如直径与钻孔直径相当的圆木、麻袋布、棉絮、榔头、双快水泥、塑料软管等，一旦出现钻孔后地下水喷涌的情况，可以立即进行封堵。

（2）井点管安装

由于人防结构内净空高度一般不超过3.8 m， 部分位置净空高度小于井点管长度，为便于施工，可根据净空尺寸采用分节拼接井点管。

井点管安装应在尽可能短的时间内完成，一旦井点管插入到设计标高位置，立即进行孔洞的封堵，封堵方法详见图7。

图7 轻型井点孔洞封堵示意图

1.2.4 疏干井、回灌井

在人防结构底板破除前在人防结构范围以内施工一定数量的疏干井，在人防结构范围以外（同时位于设计主体围护结构外侧）施工一定数量回灌井，以备紧急情况下使用。

疏干井按照1 口/250 m2左右进行布置。 井点沿车站及区间的线路纵向布置成两排，相邻井点呈梅花形交错布置。 井管直径φ300，钻孔直径φ600，管井采用3mm 厚钢板加工而成。 井管底位于主体基坑底面以下5 m。 人防施工时作为临时水位观测井及紧急降水时使用，降水深度不超过人防结构底板底以下2 m。

回灌井沿围护结构及人防结构外侧布置， 间距15 m。 井管直径φ250，钻孔直径φ600，其成井方式、深度及构造同疏干井。回灌井井口采用钢板覆盖，作为水位观测或紧急回灌水时使用。

2 深导墙降水技术的实用性

2.1 保证了道路交通需要和商家正常经营的需要；

2.2 较先处理人防工程节省了较大工程造价；

2.3 为快速完成本工程节约了工期；

2.4 为类似工程提供类比经验。