地铁车站基坑内降水施工技术

程旭

摘要：太原市轨道交通2号线一期工程晋阳街站，周边环境复杂，位于城市主干道，车流量较大，地质环境复杂，如何在施工过程中降低建筑范围内地下水位是一项比较复杂的技术难题，本文采用疏干降水深井、减压降水深井、水位观测井对地下水位进行降水施工。针对降水工艺及运行详细介绍了基坑内降水施工技术，为今后类似基坑内降水提供技术参考。

Abstract： The surrounding environment of Jinyang Street station of the first phase of Taiyuan City Metro Line 2 is complex. It is located in the city roads， traffic is large and the geological environment is complex. How to reduce the groundwater level in the construction process is a complex technical problem. In this paper， dewatering dewatering deep wells， vacuum dewatering deep wells， water level observation wells are used to carry out the construction of underground water level. In this paper， the construction technology of dewatering in foundation pit is introduced in detail， which can provide technical reference for similar foundation pit dewatering in the future.

關键词：地铁；基坑；降水；施工

Key words： metro；foundation ditch；precipitation；construction

中图分类号：TV551.4+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）09-0173-03

0 引言

地铁车站位于高水位地带，深基坑施工中要保证深基坑无水，施工难度大，安全风险高。本文所述太原地铁2号线晋阳街站，基坑深度超过20米，地下水位高，降水是施工的首要条件，本文通过对复杂困难条件下深基坑降水施工技术研究，总结出一套经济合理、技术先进、安全可靠的降水方案及工艺，为今后类似工程提供借鉴。

1 工程概况

太原市轨道交通2号线一期工程晋阳街站，为新增车站，为太原城市轨道交通2号线与3号线同期施工T形换乘车站，位于长治路和晋阳街交叉口，2号线车站沿长治路南北方向布置，3号线位于路口东侧沿晋阳街东西向布置。2号线车站主体为明挖地下两层（换乘节点处地下三层）岛式车站，为双柱三跨箱型框架结构，总长231.30m，标准段总宽23.1m，总高14.99m。

拟建场地在勘探深度内的地下水类型主要为浅层孔隙潜水，局部存在上层滞水，以2-4、3-5粉细砂及2-5、3-6中砂为主要含水层，含水层渗透系数为5～20m/d，该站点富水性中等。

场地内地下水主要受大气降水及汾河侧向径流和城市供水、排水渗漏补给。地下水排泄方式以蒸发、人工抽取地下水及侧向径流补给汾河为主。

勘察期间，实测场地地下水位埋深5.1～6.9m（高程介于770.14～772.15m之间）。据太原市水文观测资料，场地区域常年地下水位埋深在3m（高程约773m左右）。地下水受季节性降水和地表水体补给影响，根据《山西省太原市地下水动态观测报告》，每年12月至次年1月为枯水期，7月～9月为丰水期，地下水位变幅0.8～1.4m。

2 工程重难点

根据本工程围护结构特征和拟建场地的水文地质特征，本基坑工程的安全极大程度上依赖于基坑降水的成功与否，这使得降水设计的可靠性十分重要，本降水工程的特点及难点分析：

①根据勘察报告，场区内地下水类型为第四系松散层浅层孔隙潜水。其中粉土层、粉细砂层、中砂层为含水层，粉质黏土层作为不连续隔水层，各地层中地下水相互具水力联系，水量十分丰富。止水帷幕墙趾位于2-4粉细砂层及2-5中砂层中，换乘节点止水帷幕墙趾位于3-4-1黏质粉土层中，未完全隔断第四系松散层浅层孔隙潜水，基坑内外存在一定的水力联系。

②为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量，含水量丰富，降水难度较大，如抽水达不到要求，土体含水量过高导致土方作业无法进行，严重时导致流砂或管涌。

③本车站标准段基坑开挖深度约19.6m，端头井开挖深度约20.25～21.2m，换乘节点开挖深度约27.9m，基坑开挖深度较深，针对2-4层承压水进行了减压降水，且基坑大底板大部分区域已经揭穿2-4/2-5承压含水层顶板，需要将承压水水位降至底板面以下1m，减压幅度较大，降水难度较大。

④基坑围护结构采用800mm地下连续墙（换乘节点为1000mm地下连续墙），标准段基坑地连墙嵌固深度9.82m，端头井基坑地连墙嵌固深度10.15（10.61）m，换乘节点基坑地连墙嵌固深度14m，未完全隔断第四系松散层浅层孔隙潜水，基坑内外存在一定的水力联系，导致降水难度增加。

⑤本基坑工程面积较大，需要降低地下水位的幅度较大，降低承压水位势必会对临近建筑物及地下管线等造成一定程度的影响，环境要求较高，降水必须做到按需降水。

3 降水井选择

本工程基坑开挖深度范围内主要为潜水含水层，开挖面以下存在承压水。根据已实施的大量基坑工程的成功实践经验，类似基坑工程的降水设计施工一般采用疏干降水深井、减压降水深井等分层进行针对性降水。

3.1 疏干降水深井的布置

南端头井及3～11轴，面积共1971m2，共布置疏干降水深井11口，井深28m、29m；换乘节点共布置疏干降水深井4口，井深37m；14～25轴及北端头井，面积共2565m2，共布置疏干降水深井15口，井深28m、29、30m。

3.2 减压降水深井的布置

标准段区域坑内减压降水深井井深29、30m，过滤器7m；南端头井区域坑内减压降水深井井深31m，过滤器8m；北端头井区域坑内减压降水深井井深31m，过滤器7m；换乘节点区域坑內布置减压降水深井井深41m，，过滤器9m；减压降水深井孔径650mm，井管及过滤器外径273mm。

3.3 水位观测井及备用井的布置

需实时监测坑外水位变化情况，坑外45m/口布置水位观测井，共布置12口，井深22m（换乘节点坑外水位观测井29m）。

4 降水施工部署

4.1 成井工艺流程

施工准备→钻机进场→定位安装→开孔→下护口管→钻进→终孔后冲孔换浆→下井管→稀释泥浆→填砂→洗井→下泵试抽。

4.2 成井设备选型

本项目使用的钻井设备适用于当地钻井平台，成孔采用反循环天然泥浆和泥浆壁旋转钻孔。钻头采用带保径圈的三翼钻头，钻头直径按设计及规范要求选用。此类钻头在施工过程中能够保证结构的稳定性和钻孔质量，可有效控制成孔中的缩径现象。

4.3 成井施工技术要求

①准备工作。

依据施工方案，确保材料和人员都落实到位，科学安排人财物，保持和甲方及总包单位的良性沟通。

②材料到位。

安排专人负责进料，工程师进行核定，确保使用的每项材料的质量都是合格的。

③进出场、定位、埋设护孔管。

现场实现“三通一平”后，钻机进场。确定钻井井位后，应置于硬质粘土或砂砾路渣上固定基础。钻机放置应稳固、水平，保持管中心、磨盘中心、吊钩应垂直于同一直线上。埋设护孔管要求垂直，并打入原状土中10～20cm，外部使用粘土填充压实，井管，砂料在钻前必须全部到位后方可进行钻孔，钻孔斜度不大于1%（对转盘采用水平尺校平），要求整个钻孔壁圆整光滑，钻孔不允许使用有弯曲的钻杆。

④钻进清孔。

尽量使钻进过程泥浆比重保持在1.08～1.15之间，最好利用地层自然造浆，同时为了避免钻具产生一次弯曲，整个钻井过程要求大钩收紧后慢慢进入，尤其是开孔口不能让机上钻杆和水接头产生大幅摆动。每钻进一根钻杆应重复扫孔一次，并清理孔内泥块后再接新钻杆，终孔后孔内应完全清理干净，直到返回泥浆内不含泥块，返出的泥浆含砂量<12%后提钻。

⑤下井管及滤管。

参考设计的井深，预先把井管进行排列、组合，要求下管时根据高程严格控制所有深井的底部，保持井口高程不变。使井管平稳入孔，找平每节井管的两埠，保持其下端有45度坡角，两根焊管应从直线方向看对称焊接，确保焊接垂直、无缝。为了保证井管不依井壁和确保砂的填充厚度，在滤水管上下部各加一组扶正器，以确保环形填砂间隙厚度大于150mm。桥式过滤器间隙（约1.5～2.0mm）均匀，圆孔过滤器直径约10～15mm，外包一层40目过滤器。下管要精确到位，自然下降，稍转动落到位，不可强力压下，以免损坏过滤器结构。

⑥填砂。

将填充砂（中～粗砂）沿井壁周围缓慢均匀地填充，并随时监测填充物的顶部高度，不得超高。水平向砂填充厚度不小于150mm，垂直砂填充高度严格按照设计图纸进行。

⑦洗井。

对于疏干降水深井宜采用空压机洗井，当压缩空气通过进气管通到排水管下部时，排水管中变成气水混合物密度小于排水管外的泥水混合物密度，这样管内外产生压力差，排水管外的泥水混合物，在压力差作用下流进排水管内，井管内就变成气、水、土三相混合物，其密度随掺气量的增加而降低，三相混合物不断被带出井外，滤料中的泥土成分越来越少，直至清洗干净，含砂率≤1/20000。

减压降水深井洗井采用空压机洗井方法，洗井到清水并测定含砂率，含砂量不大于1/50000。

下井管、回填滤料及粘土封孔后，对减压降水深井进行活塞洗井，待洗通滤料后，提出活塞，再利用空压机进行洗井。

活塞直径和井管内径之间的差值直径约为5mm，活塞杆底部必须增加阀门。当清洗井孔时，活塞必须从过滤管的下部向上拉动以将水从孔口抽出。对出水量很少的井，可以使活塞在过滤器部分上下移动，并撞击孔壁泥浆，此时应向井内边注水边拉活塞。当活塞出水后，水内基本上不含泥沙时，可以换用空压机抽水洗井，吹出管底沉淤，直到水清不含砂为止，疏干降水深井在成井结束后直接用空压机洗井。

完成洗井后，可以抽水泵进行下一次测试，试泵成功，代表井完成一口井，可以投入使用。如图1。

⑧试抽水。

要求泵体安装要稳，试抽水前应确保各项准备工作已完成，排水管及电源线路都处于正常状态，测定井内水位及观测孔水位变化及流量。

4.4 成井施工特殊过程质量控制表

由于本工程降水施工过程有其特殊性，在具体的施工过程中应依照表1严格进行质量控制。

4.5 成井施工安全保证措施

4.5.1 连续供电

①双电源保证。

由于施工过程中一旦发生停电现象，将严重影响施工质量和基坑安全，后果不堪设想，因此为保证成井施工安全，应在施工现场设置两路工业用电，保证即使一路工业用电出现停电现象后，另一路工业用电也能够在十分钟之内提供电力，继续发挥供电作用，保证成井施工安全。

②电源切换流程。

当切换电源时，应统一指挥降水人员、发电机工、电工，使其各司其职，协调操作。

③其他注意事项。

由于切换电源时会影响到水泵的正常工作，因此降水人员在进行切换电源操作时应安排工作人员准备启动水泵；如果使用的是发动机，切换电源前应先发电，且必须发电机稳定工作后才能进行切换操作；恢复正常供电后，先切换电源，再关闭发电机，且必须是在供电工作稳定后方可切换。

4.5.2 水位监控

工地现场正式抽水运行后，分别利用基坑内外布设的单独水位观测井，每天固定时间段采用人工监测水位的方法，测量开挖过程中基坑内外的水位变化，一方面用于水位测量，另一方面用于监控水位状态，一旦水位异常，可以第一时间发现，及时作出处理。

4.5.3 排水保证

本基坑中地下水的排水过程分为地下排水及地表排水两个相互衔接的过程，采取以下排水措施。

地下排水：地下水通过水泵抽吸至井口，由钢泵管（或软管）排水至基坑外侧的排水沟或者排水总管，在钢泵管（或软管）与排水总管搭接处需安装逆止阀，防止地下水沿排水管路回灌。

地表排水：地下水引至地表后，于基坑四周布置排水总管，将地下水排入市政排水管道（或者其他总包单位提供的排水口）。

应注意在冬季施工时，排水总管应外包保暖材料，防止管道冻裂。

开挖过程中的明排水：针对开挖过程中的排水问题，主要有雨水、围护渗漏水、日常洒水等等。针对雨水、日常洒水等可以进行收集后集中排出坑外。由于在开挖过程中基坑开挖较深，在遇到雨水较频繁的季节，特别是在进行到第二层土方以后，由基坑内向外排水的困难更大，利用管道收集雨水，集水箱集中排出。

4.5.4 井管保护

基坑开挖时注意保护降水井管，降水井管管材强度有限，机械设备不得碰撞和冲击，挖机等不能直接碰撞坑内井管，井周边500mm范围内的土不得用机械开挖。

5 结束语

太原市轨道交通2号线一期工程晋阳街站基坑按照此方法进行降水施工，严格执行规范标准，科学组织施工，降水效果非常理想，保证了施工进度、安全、质量，为以后类似基坑内降水施工提供了参考。

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