苏州地铁盘蠡路车站深基坑降水设计

韩宜康

（南京铁道职业技术学院，江苏南京 210031）

苏州地铁盘蠡路车站深基坑降水设计

韩宜康

（南京铁道职业技术学院，江苏南京 210031）

基坑降水是地铁车站深基坑工程的重要组成部分，文章以苏州地铁盘蠡路车站深基坑降水工程为例，结合工程的工程地质、水文地质条件和周围建筑物情况，设计了基坑降水方案，并通过建立模型预估了基坑降水效果，而后通过基坑周边地基沉降计算进一步证实了降水方案的可行性。

地铁车站；深基坑；降水设计

苏州地区地处长江三角洲平面，该地区地下水埋深较浅，是我国典型的软土地区。在苏州地区修建地铁车站必须采取降水措施以保证基坑施工安全，基坑降水效果的好坏在很大程度上决定了车站基坑工程能否顺利实施。本文以苏州地铁盘蠡路车站为案例，对地铁车站深基坑降水设计方案进行深入研究。

1 工程概况

盘蠡路站是苏州地铁 2 号线、3 号线换乘车站，其中，2 号线车站为地下 2 层岛式结构，顺盘蠡路南北向布设，3 号线车站为地下 3 层岛式结构，顺宝带西路东西向布设，2 线换乘方式为岛-岛换乘。盘蠡路车站位于交通流量极大的宝带西路和盘蠡路相交路口，车站周边为集中办公区和居民区，东南侧为住宅小区、东北侧为苏州吴城供电分局、西南侧为住宅小区、西北侧为盘蠡村，车站东侧有一条小河，2 条市政道路均敷设有大量市政管线。车站采用明挖顺作法 +局部盖挖顺作法施工。车站基坑主体结构开挖及围护深度见表1。

盘蠡路车站基坑施工场地范围内的主要地层分布情况为，场地地面标高 3.4 m，地表面分布有厚度约 0.4～2 m 的杂填土，杂填土下方为厚度范围为 0.5～6 m 的素填土，素填土下方分布有厚度为层厚 2.1～2.6 m 的淤泥质粉质黏土，基坑开挖范围内土质主要为粉质黏土，基坑底位于④5粉质黏土层内。

地质勘察结果表明，施工场地内地下水丰富，潜水和承压水广泛分布，潜水均匀分布在整个施工区域内，为保证基坑安全施工，基坑开挖时必须采取措施把施工区域内的潜水疏干至开挖面以下，施工区域内的承压水含水层较厚，埋深位于 25～27 m，主要分布在④6粉砂夹粉土层内。

2 基坑降水方案设计

2.1 地下水现状分析

表1 基坑主体结构工程性质表 m

根据本工程场地条件、工程地质条件和水文地质条件分析，在基坑工程施工过程中，地下水风险源主要有基坑开挖范围内的潜水和基坑底板下部的承压水层，基坑内潜水主要赋存于①1、①3层填土层和①4淤泥质粉质黏土层中，含水量极大，其中①4土层含水量高达 53℅，基坑底部承压含水层厚度很大、水位埋深较浅，主要分布在底板下方的④6粉砂夹粉土层内。所以，在基坑开挖过程中如未事前降水，极易造成开挖过程中基坑坍塌，而当基坑开挖深度超出临界值时，承压水降深未满足设计要求，则可能会引发基坑底板隆起、突涌等工程风险，影响施工安全。

2.2 基坑降水思路

经过对基坑地下水现状分析，确定了本工程的主要危险源为基坑范围内潜水和基坑底部承压水，故本基坑的降水思路就是降低潜水和承压水的水位。为确保基坑开挖顺利进行，保证基坑开挖范围内土体的干燥，该土层范围内的潜水疏干需提前进行，潜水水位应降至开挖面以下 1 m。由于换乘段开挖较深，开挖面距承压水层顶仅 3 m 左右，且坑底加固桩已深入承压水层，承压水可能通过土层薄弱区或加固薄弱区向上渗进基坑，为保证基坑底的抗突涌稳定性，实际降水时需将承压水位降至坑底以下 1 m，考虑实际控制水位埋深 24.17 m，水位降深应达到 18.23 m。由于本基坑围护结构底部位于承压含水层隔水顶板中，基坑内、外地下水相互连通，为了能够有效地控制长期抽水对基坑周边的影响，基坑降水采用减压降水和疏干降水独立设计的原则。

2.3 基坑抗突涌稳定性计算

为保证基坑开挖过程中基坑底板的安全稳定，必须保证承压含水层顶板上土层重力大于承压水产生的向上的顶托力，即要求满足：

式（1）中，h 为承压水层顶板至基坑底板间距，m；γs为承压水层顶至基坑底间土层加权重度，kN/m3；γw为地下水重度，kN/m3；Fs为基坑底板抗突涌稳定系数；H 为承压水头高，m。

车站基坑抗突涌计算，以钻孔 JZ-Ⅲ09-M2-BD-8 作为参考孔，其④6层顶标高为-21.55 m。水位标高根据地质勘察报告取-2.54 m（埋深 5.94 m）。抗突涌计算结果如表2 所示，由表2 抗突涌计算结果可见，整个基坑主体结构均需要对④6承压含水层组降压，附属结构则不需要对承压含水层降压。

表2 盘蠡路站承压水层抗突涌计算结果

换乘段开挖较深，开挖面距承压水层顶仅 3 m 左右，且由于坑底加固桩已深入至承压水层，承压水可能通过土层薄弱区或加固薄弱区向上渗进基坑。为确保基坑安全，实际降压运行时考虑将承压水位降至坑底以下0.5～1 m，考虑实际控制水位埋深 24.17 m，水位降深18.23 m。

2.4 降水井设计

2.4.1 降水井数量及深度设计

依据本工程地质勘察报告，并参考苏州地区类似基坑降水经验，本基坑疏干降水井单井有效抽水面积可取200 m2，对于主体结构疏干降水井的数量 n 可根据公式（2）计算确定。

式（2）中，A 为基坑面积；a井为单井有效降水面积。

根据计算公式（2），并结合基坑形状、加固及支撑位置等因素，盘蠡路站降压兼疏干井设计数量见表3。

表3 降压兼疏干井设计数量

基坑开挖范围内土层的水位应控制在基坑开挖面以下 1 m，考虑井损及水力梯度等因素的影响，降压兼疏干井的深度一般为开挖面以下约 5 m。根据基坑开挖深度，主体结构降水井的设计深度为 22～23 m；因换乘段基坑下部承压含水层层顶与开挖面距离较小，为了防止承压水通过疏干降水井涌入基坑，给工程带来不必要的风险，结合承压含水层的埋藏深度，换乘段降水井的设计深度均为 23 m；根据附属结构各基坑的不同开挖深度，附属结构设计深度为 14～16 m。

2.4.2 降水井布设

本基坑主要疏干土层为①层填土层及粉质黏土、③1层黏土、③2层粉质黏土及④2层粉质黏土，主要为黏性土，根据工程地质手册和潜水分布特征，本工程给水度综合值取 0.2，基坑潜水埋深 0.5 m，水层厚度大约16 m，可计算单井有效抽水范围内水重 64 t。结合类似工程经验，按照单井抽水 15 天预估，降水井单井平均出水量随抽水时间增加逐渐减少，变化趋势基本呈图1所示。根据单井平均抽水量变化趋势可预估车站基坑疏干降水效果，基坑疏干度随抽水时间增加也不断增大，抽水 15 天后，基坑预估疏干度接近 0.9，满足基坑开挖要求，具体变化趋势如图2 所示。

图1 单井出水量与抽水时间关系图

图2 疏干度和抽水时间关系图

考虑到本基坑主体围护结构入土较深，可基本拦截坑外地表水和潜水的补给，同时又考虑到基坑周边建筑物对地基沉降变化敏感，所以决定在基坑内布设降水井。降水井数量除根据计算确定，还需考虑一定的储备量。基坑主体部分共布设 52 口降压兼疏干井，井号为 J1～J52，井深 22 m，另根据承压水最大降深并结合类似工程经验布设 24 口（含备用）降压井，井号为Y1～Y24，井深 34 m。换乘段布设 3 口降压兼疏干井，井号为 J53～J55、井深 23 m，布设 4 口降压井（含备用），井号为Y25～Y28，降压井深度为 35 m。本工程疏干井按间隔 15 m、降压井间隔30 m 布设，降水井平面布设如图3 所示。

3 降水方案三维数值分析

为有效降低地下水位，确保基坑开挖顺利进行，须进行地下水流三维渗流计算与分析，为降水设计提供理论支持。

3.1 降水数学模型

根据本工程承压含水层的特性、围护情况、边界条件以及地下水流场特征，降水数值分析可采用如下三维渗流数学模型：

图3 苏州地铁盘蠡路车站基坑降水井平面示意图

式（3）中，S 为储水系数；Sy为给水度；M 为承压水层厚度，m；B 为潜水层厚度，m；Ss为储水率，1/m；kxx、kyy、kzz分别为各向异性主方向渗透系数，m/天；W 为源汇项，1/天；h 为点（x，y，z）在 t 时刻的水头值，m；h0为计算域初始水头值，m；h1为第一类边界的水头值，m；t 为时间，天；Ω 为计算域；Γ1为第一类边界；Γ2为第二类边界；q 为 Γ2上单位面积的侧向补给量，m3/天； nx、ny、nz分别为边界 Γ2的外法线沿 x、y、z 轴方向单位矢量。

3.2 降水模拟结果

根据降水数学模型以及基坑围护的布设情况进行数值模拟后，基坑不同部位的降深效果如下：

（1）车站基坑北端头最小降深约 7.5 m，南端头井最小水位降深为 7.5 m，满足设计要求降深 7.11 m 的要求；

（2）基坑标准段最小降深约 5 m，满足设计要求降深 4.04～4.90 m 的要求；

（3）换乘段最小降深约 18.5 m，满足设计要求降深 18.23 m 的降深要求。

根据以上模拟分析结果，开启除备用井外的降压井，可以满足设计要求，拟定的降压设计合理有效。

需指出的是，以上模拟计算参数采用了经验值，实际施工前还应先进行专项抽水试验，进一步确定降水方案的可行性，并依据试验结果完善降水方案。

4 基坑周边地基沉降量计算

基坑周边地基最终沉降量 L 可根据公式（4）预估，计算时间按降压抽水运行时间 3 个月进行考虑。

式（4）中，Hi为受降深影响的各层土的厚度，m；ΔPi为各土层附加荷载，kPa；Ei为各层土的压缩模量，MPa；F 为经验系数。

将各土层参数带入式（4）计算可得，车站基坑端头井周边地基最大沉降值为 5.3 mm，换乘段周边地基最大沉降值为 3.4 mm，标准段周边地基最大沉降值也仅为 6.8 mm，沉降预测值都在地基允许沉降值范围内。这说明基坑降水方案是合理有效的，降水方案设计完成后还需进行单井和群井抽水试验，以进一步确定降水方案的合理性。

5 结束语

苏州地铁盘蠡路车站基坑工程属典型软土地区超深基坑工程，为确保基坑施工安全和周围环境安全，基坑开挖前和开挖过程中必须采取合理的降水方案进行降水。本基坑范围内不仅赋存丰富潜水，且基坑底板下方存在较厚承压水层，基坑底板存在突涌的危险，基坑开挖前需要进行抗突涌稳定性计算。基坑工程围护结构并未完全截断承压含水层，基坑内外有一定的水力联系，为保证基坑开挖顺利和基坑安全，本基坑采用疏干降水和减压降水独立设计的原则。同时，在基坑降水过程中加强地层和周边建筑物沉降观测，如有沉降数据异常行为，应立即采取措施以保证基坑安全和周围建筑物的安全。

［1］ 姚天强，石振华.基坑降水手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2006.

［2］ 吴林高，李国，方兆昌.基坑工程降水案例［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］ 何世秀，胡其志，庄心善.渗流对基坑周边沉降的影响［J］.岩石力学与工程学报，2003（9）.

［4］ 郑剑升，张克平，章立峰.承压水地层基坑底部突涌及解决措施［J］.隧道建设，2003（5）.

［5］ 王先智，董玉林，张树林.大型地铁站深基坑降水施工技术研究［J］.吉林地质，2008（3）.

［6］ 刘均红，张保圆，冯超.地铁车站深基坑坑内降水方案设计［J］.铁道勘察，2009（1）.

［7］ 许锡金，李东霞.基坑降水引起地面沉降计算方法研究［J］.岩土工程技术，2004（4）.

责任编辑 朱开明

Station Deep Foundation Pit Dewatering Design of Panli Road Station of Suzhou Metro

Han Yikang

Foundation pit dewatering is an important measure of metro station deep excavation engineering.Taking the dewatering engineering work of deep foundation pit in Suzhou metro Panlilu station as an example， based on the engineering geological and hydrogeological conditions and the surrounding buildings， the paper discuses the design of the foundation pit dewatering scheme， and the establishment of a model to estimate the effect of foundation pit dewatering measures.It further confi rms the feasibility of the scheme after having the calculation of foundation settlement of excavation pit surrounding.

metro station， deep foundation pit，dewatering design

TU463

韩宜康（1981—），男，讲师

2015-12-17