西安地铁14号线某车站深基坑降水设计

宋园园，申振华

(1.信息产业部电子综合勘察研究院，陕西西安 710054; 2.陕西省建筑科学研究院，陕西西安 710000)

随着经济建设的迅速发展，城市空间的紧缺，地下建筑成为了未来发展趋势。当前我国城市发展地铁建设占据了很重要的位置，并且在国内经济发达城市取得了显著建设成效。地铁车站开挖过程中大都涉及降水问题，且周边环境复杂。为了降低地铁建设成本，确保基坑开挖的经济安全性，制定合理的降水设计方案至关重要。

1 工程概况

拟建场地位于西安市迎宾大道与北舍村村道(规划向东路)十字交叉口东侧。车站主体呈东西向布设，起讫里程YCK7+949.496～YCK8+197.396，中心里程YCK8+046.021，为地下三层框架结构，全长约247.9 m，标准段宽度为24.7 m,基坑深度为23.3～26.4 m，基底高程介于350.10～353.0 m之间,采用明挖法施工。场地地下水位高程介于363.30～364.76 m之间，拟建车站场地距离西安灞河约400 m，如图1所示。

图1 车站与灞河位置关系

2 周边环境

据现场调查及委托单位对现场情况的说明，施工场地及其周围较为空旷，无重要相邻建筑物分布，不存在地下管线分布，场地东侧为新建市政道路。

3 场地水位地质条件

据本站岩土工程勘察报告及现场调查，场地地形较平坦，地面高程介于375.64～376.93 m之间，相对高差约1.29 m。地貌单元属灞河一级阶地。

车站在勘探深度范围内的地层主要由第四系人工填土，全新统冲积黄土状土、中砂、砾砂、圆砾、卵石，上更新统冲积粉质黏土、细砂、中砂，中更新统冲积粉质黏土、中砂组成。场地地下水稳定水位埋深介于11.70～13.30 m之间，地下水位高程为363.30～364.76 m，地下水属第四系松散层孔隙潜水，含水层主要以砂土为主，局部夹少量圆砾、卵石透镜体含水层。根据勘察报告建议值，各含水层的综合渗透系数为27 m/d。

4 基坑降水设计

4.1 降水设计计算

根据场地水文地质条件，施工降水采用大口径管井法降水方案。拟将场地地下水位降深至主体结构最深底板以下不小于1.0 m。

4.1.1 基坑涌水量估算

(1)按均质含水层潜水完整井估算基坑涌水量(不考虑灞河补给)。

根据场地水文地质条件及地下水位降深，将沿地铁车站基槽四周布置的降水井所包围的区域视作一个大井，采用JGJ 120-2012《建筑基坑支护技术规程》附录E公式E.0.1估算基坑的涌水量，估算时不考虑灞河补给见式(1)。

(1)

经在平面图上量测，基坑周边降水井所包围区域的面积为8 718.0 m2，简化为一个大直径井时其半径为52.7 m。降水期间场地地下水位上升幅度按2.0 m考虑，根据工程地质剖面图，潜水含水层厚度取33.0 m，其它参数取值详见表1。按式(1)估算的基坑总涌水量列于表1。

表1 基坑总涌水量估算

(2)按均质含水层潜水完整井估算基坑涌水量(考虑灞河河水补给作用)。

(2)

式中：b为基坑中心至岸边的距离(m)；其它符号意义同式(1)。

按式(2)估算的基坑总涌水量见表2

表2 基坑总涌水量按式(2)估算

基坑涌水量采用二种计算方法计算结果表明，不考虑灞河地表水补给作用和考虑灞河地表水补给作用二种条件，估算的基坑总涌水量差异较小，说明灞河地表水补给作用轻微，对基坑降水影响较小。

4.1.2 单井出水能力估算

降水期间，控制各降水井井内稳定动水位深度为31.94 m，使降水井滤水管有效进水段长度不少于4.70 m时，降水井单井出水能力按JGJ 120-2012《建筑基坑支护技术规程》式7.3.16计算,见式(3)，计算结果见表3。

表3 降水井出水量验算

(3)

式中：q0为单井的出水能力(m3/d)；rs为过滤器半径(m)；l为过滤器进水部分的长度(m)；k为含水层渗透系数(m/d)，取27 m/d。

4.1.3 降水井数量计算

为安全起见，采用考虑灞河地表水补给作用下的基坑总涌水量估算值30 079.0 m3/d进行降水井数量估算，根据西安地区工程经验，在降水井数量计算时，该基坑涌水量宜乘以1.20～1.50倍数做为基坑最大涌水量，即降水井井数按下列经验公式计算见式(4)

(4)

计算时放大倍数取1.30，计算得：

n=1.30×24969.71/1017.3=32个

综合西安周边降水经验，沿基坑周边设计井数为40眼，观察井6个(降水前期用做抽水井)，设计降水井数量可满足施工降水的要求。

4.2 降水设计方案

4.2.1 降水井布置

本降水工程在车站主体结构外围共布置降水井40个，水位观测井6个，一般井间距为15.0 m左右，最小井间距为8.6 m，为避让车站附属结构，最大井间距为22.60 m；降水井深度从现地表算起均为45.0 m，施工时应控制井底高程为331.60 m，G1～G4观测井深度均为35.0 m，G5～G6观测井深度均为45.0 m。

4.2.2 降水井结构

降水井成孔直径800 mm，滤水管采用质量合格的无砂混凝土管,内径不小于400 mm，壁厚不小于45 mm，孔隙率不小于15 %。滤料采用含泥量不大于5 %的天然圆砾，圆砾粒径2～6 mm，井底设沉淀管长度2.0 m。如图2所示。

图2 降水井结构

5 施工技术要求及注意事项

(1)施工前，应详细查明降水井井位及降水井施工影响范围内有无地下水管、天然气、电缆、光缆、雨污水等地下管线及其它地下构筑物，施工应确保地下管线及地下构筑物的安全，当受地下管线或地下构筑等影响不能按设计井位施工时，降水井位置可适当调整，当降水井中心移动距离小于等于2.0 m时施工单位可现场自行调整。

(2)施工总包单位应负责地铁隧道中线及结构边线位置的测放、复核工作，并向降水施工单位进行技术交底，降水井施工时应注意避开地铁地下结构及围护桩适当距离。

(3)根据场地地层结构及地层岩性条件，降水井施工宜优先采用反循环清水钻进工艺，当井壁塌孔较严重时可采用泥浆护壁回转成孔工艺，但应严格进行洗孔，消除泥皮对降水井涌水量的影响。前期施工的降水井应进行抽水试验，以检验降水井成孔工艺、质量和抽水效果。

(4)为防止降水井涌砂，井管外壁应包裹二层60目纱网，用12#低碳镀锌钢丝按一定竖向间距扎紧，纱网上下接缝应设置于滤水管中部，滤水管与井壁之间空隙应整孔填充含泥量不大于5 %的天然圆砾，圆砾粒径2～6 mm，严禁采用破口石或其它石碴做为滤料。滤料填充应密实均匀，防止抽水过程中滤料的大幅下降。

(5)加强封井底措施。井底可采用30～50 cm厚3～5 mm砾石或应采用50 cm厚的低含水量混凝土封底，用素混凝土封底时需要注意封填方式，建议采用带封口的麻袋放置井底附近再打开。控制抽水泵的位置。抽水泵不宜放置过低，放置距离井底3 m处为宜。

(6)抽水采用潜水泵，抽水采用潜水泵，要求流量不大于45 m3/h，扬程不小于45 m，降水井井内稳定动水位最终可控制在深度31.94 m左右。

(7)降水前期基坑涌水量较大，观测井可做为临时降水井使用，在场地地下水位整体下降至接近结构底板时观测井停止抽水并做为地下水位观测井进行水位观测。

(8)考虑支护桩遮拦效应，降水应在进行水下基槽开挖前30 d进行，降水应保证场地地下水位低于施工最低开挖面以下不少于1.0 m，基坑侧壁或基底不应出现地下水渗出情况。降水应连续、缓慢进行，中间不得中断，直到施工结束。

(9)降水期间，施工单位应设专人对各降水井抽水量、井内动水位、抽水井井底、沉淀池内有无泥砂沉淀及排水是否有混浊现象等进行检查记录。发现异常及时分析原因，采取相应措施。

(10)本项目地处城市郊区，降水时间较长，降水单位应有备用发电机和备用潜水泵，以防城市可能的供电中断、潜水泵故障造成地下水位上升。

(11)抽水时严禁出现水中带砂、带泥(水混浊)等现象，以免降低本场地砂土的密实性，引发地铁结构地基持力层的承载力下降以及相邻地面沉降等问题。

(12)基坑开挖及降水执行动态施工，加强基坑监测及水位观测，及时将监测数据反馈设计单位。

6 结论

目前该车站主体结构已封顶，该设计方案有效解决了车站的降水问题。有以下主要结论：

(1)考虑抽水试验提供的地层渗透系数的局限性，应及时根据降水效果对渗透系数进行反算校正。因此，设计参数的准确性非常重要。

(2)降水严格按照施工注意事项执行，避免出现涌砂现象，控制流量不大于45 m3/h。

(3)车站基坑降水执行动态施工，加强基坑周边环境监测及水位观测至关重要。