福州地铁树兜站降水工程的分析与防治

孙 迪

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

引 言

随着城市建设进程日益加快，城市地下空间的开发和利用越来越迫切。深基坑工程作为一项投资高、风险大的工程，则在当前城市地下工程活动中扮有重要角色。其中地铁区间及其各站点深基坑的开挖，被列为难度最为突出的深基坑工程[1-2]。而基坑降水则是保证深基坑工程开挖施工能否顺利进行的一个重要因素。因此，基坑开挖施工前，应根据场地不同地质条件制定出有效的降水方案，从而确保基坑施工安全。

1 工程概况

福州地铁1号线树兜站设在五四路与华林路交叉口以西，沿华林路而设，车站主体基本为东西走向，设计里程为CK6+216.5～CK6+483.5，车站为地下双层箱形框架结构，主体围护型式采用地下连续墙围护，总长约267m，设六个出入口通道、两组风道。拟建车站具体性质详见(表1)。

表1 车站建(构)筑物性质一览表

1.1 场地周边环境

拟建车站地处商业繁华区，周边主要为居民小区、商业、办公楼等建筑，建筑物密集，车站终点邻近树兜河(最近约17m左右)。

拟建场地现状及周边环境详见(图1～2)。

图1 华林路现状(五四路口)

图2 场地西侧树兜河

1.2 地下障碍物及管线

拟建车站主体位于华林路上，道路两侧多分布有地下电缆、煤气管道、污水管、给排水管等各种类型的地下管线，基坑开挖施工时将会导致地面产生一定的变形，引起地下管线、管道等产生不均匀变形，严重时会产生开裂、漏气、漏水等不良作用，并影响市民的正常生产、生活;尤其是在具有深厚层饱和软土分布的地段中施工时，对地下管线的不良影响将会更加明显。此外，拟建车站部分出入口及风井位于现有建筑物范围内，原有建筑物旧基础等地下障碍物对本工程施工作业也会产生一定影响。

1.3 场地岩土层情况

根据勘探资料揭露的50.5m深度范围内，主要分布有第四纪松散沉积物及强风化、中风化岩层。第四系松散沉积物主要由粘性土、砂土及碎卵石层组成，一般具有成层分布特点。

说明:为保证福州地铁1号线3个标段地层的连贯性，由勘察监理单位根据各标段的地层分布情况进行地层统一编号，本标段的地层编号系根据统一编号确定。

拟建场地主要岩土层自上而下分布如下:

第①1层杂填土～第②层粘土(Q43(al))～第③1层淤泥(Q41-2(m))～第④层粉质粘土(Q33(al))～第④j层含砾中粗砂(Q33(al))～第⑤1层淤泥质粘土(Q3

3(m))～第⑥层碎卵石(Q33(al+pl))～第⑦层粉(砂)质粘土(Q32(al))～第⑨层碎卵石(Q31(al+pl))～第⒂层散体状强风化花岗岩(γ53)～第⒃层碎裂状强风化花岗岩(γ53)～第⒄a层中等风化(石英正长)斑岩(Jξn)。拟建场地Ⅱ -Ⅱ’工程地质剖面图如(图3)所示。

1.4 场地水文地质条件

1.4.1 地表水

拟建车站西侧紧邻树兜河(最近约17m)，树兜河为城市内河，属于闽江内河水系，其水位主要主要受降雨和地表径流补给并受河道水闸调节控制，据了解其水位标高平时多为4.2～5.5m。根据福州地区区域资料，市区内涝最高水位为7.5m。

图3 拟建场地Ⅱ－Ⅱ’工程地质剖面图

1.4.2 上层滞水

上层滞水主要赋存于浅部杂填土层中，为孔隙水，水量不大，补给主要为大气降水及地表径流，以蒸发及下渗方式排泄。根据福州市地区经验，该层水位埋深一般在1.0～3.0m间，水位变化幅度约1～3m。

1.4.3 承压水

拟建场地分布有第⑥、⑨层碎卵石层，为承压含水层，且本区间场地局部区域分布有第④j层含砾中粗砂层(局部与第⑥层相连)，该层中的地下水亦具有一定的承压性。根据福州地区经验，承压含水层接受上部潜水含水层的补给，且以地下径流等方式进行排泄，并以渗透等方式对深层地下水进行补给，水位低于潜水水位，受季节影响呈年周期性变化，变化幅度约2～6m。

根据本车站初勘阶段1组抽水试验及详勘阶段斗门站1组抽水试验结果，测得承压水水位埋深为12.45～17.20m，相应水位标高为-4.86～-11.16m。

2 基坑支护方案

由于本工程拟建车站主体部分基坑侧壁安全等级为一级，围护结构选择地下连续墙围护或采用柱列式排桩加旋喷桩止水进行围护;车站风井、出入口等区域，基坑开挖深度相对较小(根据类似工程经验，一般小于10.0m)，采用排桩支护加旋喷桩止水帷幕，桩型选用冲(钻)孔灌注桩等;出入口开挖深度较小区域，采用钢板桩支护。

3 降、排、止水设计方案

拟建场地地下水水位较高，对上层滞水可采用明排方式;对分布于第④j层含砾中粗砂层及第⑥层碎卵石层中的承压水，应根据基坑开挖深度结合承压水水位埋深情况，采用管井进行降水减压。

本工程拟建车站基坑底板下分布有第⑥层碎卵石层，且局部区域分布有第④j层含砾中粗砂层(局部与第⑥层相连)，该两层为承压含水层，勘察期间测得的承压水水头，对基坑突涌可能性进行估算，结果见下(表2)。

表2 承压水突涌可能性计算判别表

根据表1中估算结果，按本次勘察期间测得的承压水高水位计算，本工程拟建车站基坑有承压水突涌可能，基坑开挖时应采取降水减压措施或进行坑底加固。

4 防治分析

降水工程是一项系统工程，其受多重因素影响，且影响较大。这就导致降水工程设计在工程实际中反复调整，多次优化。为保证降水工程的顺利进行，且避免对周边环境造成不利影响，并结合周边各类建(构)筑物、地下管线、岩土层分布情况及基坑支护形式等，采取以下手段和措施[3-4]。

4.1 沉降监测

地面沉降对地铁的危害主要表现为过大的不均匀沉降导致地铁隧道衬砌结构变的形及渗漏，特别是上部土层存在有厚度较大的高压缩性软土。产生地面沉降的主要原因是由于过量开采地下水引起。监测表明:地面沉降与地下水在时空分布、演变规律、变化幅度等方面具有密切的相关性。地面沉降范围与地下水位降落漏斗格局和形态的相似性，地面沉降幅度与地下水位降深的相关性，都充分证明了福州市区地面沉降是在特定的地质条件下，地下水长期不合理开采所致。

拟建车站位于福州市中心城区，根据以往其他城市轨道交通建设经验，在降水工程实施之前，要根据降水设计方案中计算出的抽水影响半径和该范围内的重要建(构)筑物、道路及地下管线等布设沉降观测点(如对周边重要建(构)筑物、邻近道路及地下管线按一定间距进行水平位移和沉降监测，对围护墙及墙后土体在基坑周围按一定间距进行深层土体水平位移监测)，在抽水期间沉降监测要连续不间断进行，若累计沉降量濒临预警值时，应及时上报监理或建设单位，并在第一时间采取有效防治措施。

4.2 地下水动态监测

由于福州地区雨季较长，地下水丰富且呈动态变化。季节性的降水往往使场地内地下水各含水层的水力联系发生较大变化，同时会对周边环境产生影响。为了能够及时采取必要和有效的地下水处理措施，所以准确掌握场地内地下水动态变化情况显得尤为必要。因此，在降水工程实施期间，应收集地下水动态的第一手资料，并及时建立地下水动态监测网。地下水动态监测的主要任务主要是提供:地下水位日监测数据、地铁各个站点和区间的日排水量数据、排水含砂量数据等。

4.3 杂填土的处理

根据勘察资料，拟建场地杂填土厚度普遍达2m以上(最厚处可达4.6m)，局部杂填土含有大量的碎块石、混凝土块等，成分复杂、土质不均、结构松散，工程性质较差，拟建车站基坑围护设计及降水施工时，对杂填土较厚区域需加强围护。

4.4 承压水突涌的处理

拟建场地分布有第⑥、⑨层碎卵石层，且场地局部区域分布有第④j层含砾中粗砂层，其渗透性大，富水性强，水量丰富，且具有承压性，承压水头较高。基坑开挖时，当承压含水层上覆土重减小易发生承压水突涌现象，需采取有效的降水减压措施，如采用悬挂式竖向截水与坑底井点降水相结合或悬挂式竖向截水与水平封底相结合等措施进行。

4.5 结合基坑支护形式降水的处理

本工程基坑采用地下连续墙围护，由于拟建场地分布有厚度较大的碎卵石层，由于受该含水层底板标高不同等情况的影响，该部分水如果处理不好将会带出岩土层中大量的细颗粒物质，致使地下连续墙桩成槽时基(坑)槽边坡土层扰动，甚至出现坍塌现象，所以降水施工时应采取有效措施，如通过深井降水及时疏通成槽范围内土层的地下水，使其得以固结，以提高土体强度和自稳性，防止成槽面土体失稳，从而保证地下连续墙施工质量，保证基(坑)槽开挖和主体结构施工的顺利进行。

4.6 地下局部异常水的处理

由于本工程拟建车站主要沿城市主干道布置，所以基坑开挖范围内及周边分布可能存在个别已废弃了的地下建(构)筑物，如地下室、防空洞等，由于其年久失修，且具体位置不明，长年累月其蓄水量大小不明，这就会给基坑安全带来安全隐患，甚至造成基底岩土层扰动、基坑侧壁或隧道侧壁失稳破坏，不仅影响工程进度，还影响周边环境，并使整个工程蒙受巨大损失。为避免此类情况发生，当基坑或区间隧道开挖遇到不明地下建(构)筑物时别盲目去破坏，首先应先查明其性质，然后探明其中是否含水;其次，当确定其中含水时，应先查明其是否有稳定的补给水源，若有则切断其补给源(采取引排或封堵的措施)，然后再将其中的水排出;最后，当以上工作需在站点基坑内或区间隧道内进行时，应预先准备好临时支护设施和紧急排水设施后方可进行。

4.7 地下水的回灌

当通过沉降监测确定周边建(构)筑物是由于基坑降水所引起之时，应立刻进行地下水回灌。回灌井点位的详细布设方案应根据周边建(构)筑物具体发生的沉降情况来进行确定。

4.8 降水井的后期处理

降水工程是地下工程施工的辅助工程手段。所以，降水工程竣工或完成其使用目的后，应对降水设施(如施工围挡、排水管线、临时建筑及供电设施等)予以拆除或采取适当处理措施，降水井和其它地下临时工程措施应按有关规定进行处置[5-6]，并恢复原地貌。

5 结语

通过福州地铁树兜站降水工程实践证明，为了保证深基坑工程开挖施工的顺利进行，减少对周边邻近建(构)筑物、道路、管线等的不利影响，必须结合基坑支护形式、降排水措施，通过采取地下水动态监测、沉降监测、设置止水帷幕以及地下水回灌等有效措施，从而确保工程能够顺利进行。这说明在降水过程中，做到先保护措施到位，然后再进行施工降水，并加强沉降监测、对周边环境影响的调查和分析、保护周边环境及地下水位相对稳定的上述保护措施是切实可行的。

[1]孙钧.城市地下工程活动的环境土工学问题(上)[J].地下工程与隧道，1999，(3):2-6.

[2]孙钧.城市地下工程活动的环境土工学问题(下)[J].地下工程与隧道，2000，(1):2-7.

[3]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[4]JGJ/T111-98，建筑与市政降水工程技术规范[S].

[5]孙迪.沈阳地铁一号线(黄海路站～洪湖北街站)岩土工程勘察分析与评价.吉林大学学士学位论文，(2006).

[6]白振国，孙迪.沈阳地铁南京街站降水工程对周边环境的影响分析与评价[J].中国房地产业，2011，07:212.