北京地铁X站暗挖段干扰降水降深预测与应用

张新伟



北京地铁X站暗挖段干扰降水降深预测与应用

张新伟

（北京市地质工程勘察院，北京100048）

以北京地铁某线X站为例，研究由于该站受施工工法（两端明挖中部暗挖）限制及交通和地下管线的影响，无场地实施封闭式管井井点降水，利用现有场地条件，在无法实施降水井封闭的区域周边布设降水井，进行干扰降水的方法对该区域地下水进行控制的问题。本文通过计算基坑涌水量，并运用等值线预测地下水降深的方法，对暗挖段地下水位降深进行计算与预测，结合预测结果并综合考虑周边环境和场地实际情况等因素，优化降水井布置，合理选择降水井泵量，通过实践检验达到了预期效果，既解决了由于无法实施封闭式管井井点区域的地下水控制问题，降低了工程风险，又节约了施工成本。

地铁站；深基坑；干扰降水；降深预测

地铁作为解决超大城市交通拥堵问题的重要手段这一典型特点，决定了地铁线路必须穿行于城市的繁华区域，因此地铁车站在该些区域的施工就难免受既有建筑物、交通道路及地下管线的影响，无法采用常规的施工手段。这其中就包括对地铁车站施工范围内地下水控制的问题，在无法采用传统封闭式管井井点降水方法的区域，如何有效的对地下水进行控制，保证地铁结构安全施工，降低由于地下水渗流问题对周边环境的影响就显得尤为重要（张在明，2001；王杰等，2008；张波等，2011；江科，2010）。

1　工程背景

1.1工程概况

地铁X站站中轨面标高约为22.017m，位于美术馆东街、王府井大街、五四大街、东四西大街路口处，车站西北角为中国美术馆，街角为约4000m2的市政绿地，西南角为空地；东北角为民航计算机业务大楼及民航总局；东南角为华侨大厦。车站所处交叉路口的东四西大街和美术馆东街现状均为双向三车道，五四大街和王府井为双向两车道，美术馆东街、东四西大街车流量较多，交通繁忙。

车站主站体采用站体两端明挖法结合过路段双洞暗挖法施工。

1.2场区地下水情况

场区内主要赋存两层地下水，自上至下：第一层为上层滞水，仅部分钻孔揭露，第二层为潜水。

第一层：上层滞水，含水层为填土①层、粉土③2层、细粉砂③3层，静止水位埋深2.30～9.0m，绝对标高36.00～43.12m。

第二层：潜水，主要含水层为粉细砂⑧4层、中砂⑧5层、卵石⑧9层、细砂⑨4层、中细砂⑩4层、卵石⑩9层，静止水位埋深22.40～24.30m，绝对标高20.60～22.67m。

2　降水设计方案研究

2.1地下水影响分析

主站体暗挖段结构底标高为19.116m。场区内第二层地下水，水位标高约为21.12m，高出结构底板约2m。暗挖段结构底部地层岩性以细砂层为主，渗透系数大，地下水径流条件好，如不采用降水措施，在地下水作用下，施工过程中结构底板易产生涌水、底鼓，发生潜蚀、流砂、坍塌等（涂晓芳，2005），对结构施工安全产生严重影响。主体与地层关系见图1：

图1　主体与地层关系图Fig.1 The Structure of the Subway Station and Stratum

2.2降水工程设计思路

本站位于十字路口，车流量较多，交通繁忙，并且路口下方存在一条D=2.4m的雨水管沟及一条3.6m×2.5m热力管沟，所以车站中部采用暗挖法施工跨路。

本车站两端采用明挖施工，有场地条件布设降水井进行基坑外降水。该站结构底以下含水层厚度较大（≥14m），因此可考虑采用干扰降水对暗挖段地下水进行控制。明挖段降水方案采用常规基坑外侧布井方式及计算方法，因此本文对此不做详细论述。明挖段降水井参数见表1。

表1　明挖段降水井参数表Tab.1 Parameter of Dewatering Wells in the Cut and Cover Section

暗挖段由于受交通及地下管线等条件的制约，采用常规基坑外侧布设降水井的方案难以实施，由于本站地质情况有采用干扰降水的条件，因此，暗挖段可采用借用两端明挖段降水井进行干扰降水，以达到对暗挖段地下水进行控制的目的。为利于对计算结果进行对比分析，拟采用以下三种降水井借用方案：方案一：在暗挖段四象限借用明挖基坑处降水井共16眼，每象限4眼。方案二：在暗挖段四象限借用明挖基坑处降水井共24眼，每象限6眼。方案三：在暗挖段四象限借用明挖基坑处降水井共32眼，每象限8眼。

2.3降深控制要求

潜水：潜水位要求降至结构底0.5m 以下。

2.4基坑涌水量计算

暗挖段涌水量采用面状基坑潜水完整井公式（13计算，计算结果见表2。

式中：Q——涌水量（m3/d）；H——含水层厚度（m）；K——渗透系数（m/d）；S——基坑水位降深（m）；R——降水井影响半径（m）；r0——基坑等效半径（m）。

表2　暗挖段涌水量计算参数表Tab.2 Parameter of Discharge Calculation in the Underground Excavation Section

3　降水水位的预测

3.1预测要求

根据上述计算结果对暗挖段降水水位进行预测，降水水位的预测计算应符合下列要求：①预测计算降水区的任意点地下水位，均能满足降水深度的要求；②设计采用的渗透系数K 值应接近设计降水深度水位降深资料计算的K 值。暗挖段各点水位降深按面状基坑潜水完整井稳定流公式（23计算，在暗挖段内任意选取多个点作为水位降深验算点（图2）。

图2　水位降深验算点布置Fig.2 The Arrangement of Drawdown Checking Points

式中：S 为任意点水位降深（m）；H 为含水层厚度（m）；ri为r1、r2、r3、…、rn降水井至任意计算点的距离（m）。

3.2降水水位预测参数

根据上述分析选取降水水位的预测计算参数见表3。降水井井点与验算点间距按下列公式（33计算：以降深≥ 2.5m 为控制条件，各方案井数确定的前提下，计算得各方案所需泵量及验算点干扰降深值见表4。

式中：xj为任意点降水井x 轴坐标，xi为任意点验算点x 轴坐标，xj为任意点降水井y轴坐标，yj为任意点验算点y轴坐标。

表3　降水水位预测计算参数表Tab. 3 Parameter of Calculation of Dewatering Prediction

表4　干扰降深预测结果参数表Tab.4 Parameter of Prediction of Interfering Drawdown

由表4可知，采用相应井数及泵量均可达到降深要求（降深≥2.5m）。因此可根据实际场地情况，先确定降水井井数，通过预测选取相应的泵量，以满足相应降深要求。

由前节可知，明挖段降水井采用泵量为25m3/h，因此暗挖段优选采用相同泵量潜水泵，以免在降水过程中需更换不同型号潜水泵。由此并结合场地周边实际情况，选取方案二为降水方案。借用明挖段降水井及水位降深等值线见图3、图4、图5，借用明挖段降水井设计参数见表5。

图3　降水井布置图Fig.3 The Arrangement of Dewatering Wells

图4　暗挖段水位降深等值线图Fig.4 Isogram of Drawdown in the Underground Excavation Section

图5　暗挖段水位降深三维曲面图Fig.5 3D Surface of Drawdown in the Underground Excavation Section

表5　降水井设计参数表Tab.5 Parameter of the Design of Dewatering Wells

4　结论

（1）该地铁车站采用上述地下水控制方法已顺利完成结构施工，由计算结果及实践检验可知，对于结构底板下含水层厚度较大，渗透性较好的场区，在无场地条件实施封闭式管井井点降水的条件下，采用区域干扰降水方式进行地下水控制的方法是可行的，而且是有效的。

（2）采用干扰降水设计除需计算基坑涌水量外，还需进行相应降深预测，结合场地条件及经济条件，确定相应的降水井井数及泵量。

（3）预测计算降水区内的任意点地下水位，均需满足降水深度的要求。

（4）基坑涌水量计算应考虑地下水类型、补给条件，降水井的完整性、以及布井方式等因素，计算过程中应注意选择合理的基坑涌水量及水位预测计算公式。

［1］张在明. 地下水与建筑基础工程［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2001.

［2］王杰，张飞，扬洪. 深基坑降水的水位控制［J］.沈阳建筑大学学报：自然科学版，2008，24（5）：748～752.

［3］张波，郑继强. 地铁浅埋暗挖法降水施工技术研究［J］. 现代隧道施工技术，2011，48（S）：6～10.

［4］江科. 建筑深基坑降水方案研究［J］. 山西建筑，2010，36（15）：100～101.

［5］涂晓方. 北京地铁五号线张自忠路站降水设计优化研究［D］. 吉林：吉林大学，2005.

The Prediction and Application of Interfering Dewatering and Drawdown in the Underground Excavation Section of a Beijing Subway Station

ZHANG Xinwei
（Beijing Institute of Geological Engineering， Beijing 102600）

This paper aims to research the underground water control through interfering dewatering in a Beijing subway station where the closed tubular wells can not be arranged because of the construction method （cut and cover at the both ends and underground excavation in the middle） and underground pipelines. By calculating discharge of the foundation pit and applying isogram prediction drawdown， the arrangement of dewatering wells was optimized to achieve the expected result with the consideration of the pump capacity and the environment of the construction site. With the application this method， the problem of underground water control in the region is solved. Moreover， the construction risk is decreased and the cost was saved.

A subway station； Deep foundation pit； Interfering dewatering； Drawdown prediction

TU463

A

1007-1903（2016）02-0089-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.018

张新伟（1982- ），男，硕士，研究方向：岩土工程，Email：7899009@qq.com