富水砂层地区临河地铁深基坑降水技术研究

邱文翔

（福州地铁集团有限公司，福州 350000）

1 引言

随着城市中大量地铁工程投入建设，轨道交通已成为城市交通的主动脉。在富水砂层地区的地铁工程建设过程中，地下水降水、防水及管涌流沙等灾害的处理，是基坑施工的难点。

目前，国内外学者针对深基坑开挖和降水处理已有大量研究。降水是保障富水地层深基坑开挖安全的重要手段，可以使基坑边坡、支护结构保持稳定，避免失稳或坍塌，同时，可以为基坑底部创造干燥稳定的施工环境，也能避免管涌、流沙等灾害[1，2]。论文针对富水砂层地区临河地铁深基坑降水处理问题建立了三维离散渗流模型，计算分析降水参数，设计了适合该地层的施工参数，并提出了相应的沉降控制措施，取得了一定效果，保证了工程对顺利进行。

2 工程背景

福州地铁4号线鳌峰路站，位于台江区鳌峰路与鳌江路交叉口北侧，靠规划路东侧设置，鳌峰路站为单柱2跨地下3层岛式车站。车站设计总长度为145 m，标准段宽为22.1 m，局部宽度为25.65~27.70 m。本车站共设置2组风亭，5个出入口。车站基坑施工为明挖法，围护选用1 000 mm厚地下连续墙与内支撑结合的结构。

2.1 工程地质及水文地质状况

车站局部顶板覆土约3 m，基坑开挖范围内地层主要为填土层，含泥细中砂，淤泥夹砂，淤泥质土层，基底基本处在淤泥质土层。各地层在垂直方向分布较均匀，局部可能存在上层滞水。

鳌峰路站北侧为光明港二支河（即鳌峰河），南侧为鳌峰路，东侧有110 kV高压电缆（架空）及村民房屋，西侧为富闵时代广场。光明港是福州市中心城区主要的内河和滞洪区，河道总长6 700 m。河水自西向东游，从上游到下游河宽60～320 m，局部河宽变窄，河床高程为0.8～2.1 m，整条河道呈上游高下游低的趋势，河床底的土层具有高渗透特性。

2.2 工程难点

1）本工程地下分布了较多管线，管线埋深较浅，距离基坑较近，需做好前期迁改工作。

2）基坑周边居民楼较多，文明施工程度要求高。同时，基坑开挖过程中需要运走大量泥土，需要加强环境保护措施，也给施工造成了一定影响。

3）鳌峰路站临近光明港二支河，地层以沙层为主，透水性强，且车站为地下3层站，开挖深度较深，极易基坑坍塌，引起周围建筑物、路面沉降。

因此，如何处理地下水成为本工程最大难点，关乎基坑工程安全高效地进行。

3 降水设计与参数选取

3.1 降水设计验算

3.1.1 基坑底板抗突涌稳定性验算

基坑开挖减小了承压含水层上覆不透水土层的厚度，使上覆土压力减小。当覆土层厚度减少到一定程度后，承压水的压力超过上覆土压力，会使基坑底部土体产生隆起，甚至破坏，造成坑底突涌。基坑突涌会破坏基坑基础，带来施工安全风险。

根据地质勘察报告，本工程承压水主要赋存于中细砂、粉细砂、卵石层中，基坑底板位于淤泥夹砂和粉质黏土层中。基坑开挖范围内主要是中细砂层，根据JGJ 111—2016《建筑与市政工程地下水控制技术规范》[3]，计算基坑开挖后基坑底部承压水层突涌稳定状态，并对基坑各分区最不利勘察孔进行验算，结果见表1。

表1 基坑抗突涌稳定性验算结果表

3.1.2 疏干设计

采用明挖法开挖基坑时，为保证基坑开挖顺利进行，应及时排干开挖范围内土层中的地下水。根据JGJ 111—2016《建筑与市政工程地下水控制技术规范》中梳干井口数n的计算公式为n=1.2Q/q（其中，Q为基坑总涌水量；q为单井涌水量），共需布置疏干井17口；考虑到开挖面范围及以下为粉细砂层，为确保不揭穿隔水性较好的粉质黏土层，疏干井设计井深为26 m。

对于减压降水，降压井的深度一方面需考虑降压井的水头损失（即井损），另外一方面，还需考虑到抽水至观测井之间的水力梯度是否满足安全水位要求，同时，需尽量浅于围护底部，以确保充分利用止水帷幕。考虑到地层性质、降压幅度要求，本工程降压井按井深46 m考虑。

3.2 渗流模型

地下水流和土体是由固、液、气体组成的三相空间系统，土体可以简化为多孔介质模型。为求解地下水渗流规律，将问题简化为地下水在多孔介质模型中流动的问题，可以用下述地下水渗流连续性方程及其定解条件来描述地下水的三维非稳定渗流规律[4]。根据本工程水文地质状况，建立了以下三维地下水非稳定渗流模型，图1为该方程组离散化后的三维数值模型。

图1 离散三维模型

采用有限差分法离散上述方程，建立三维数值模型，验算主体基坑减压降水参数。求解方程后，基坑需要布设的降水井应不少于8口，根据观测与备用井数量不少于所有降水井数的20%且至少1口的要求，坑内共布设3口观测兼降压备用井；各类降水减压井总计11口，结构一致，井深均为46 m，滤管深度38~45 m。降水90 d后，悬挂式帷幕下坑内外水位降深等值线图如图2所示。对于封闭式围护结构，根据模型计算，安全系数应取1.1，坑内的承压水位应满足降深要求，坑外的水位最大降深为0.9 m。

图2 悬挂式帷幕下坑内外水位降深等值线图（单位：m，抽水60 d）

4 减压降水引起的地面沉降控制措施

1）由专业监测单位对各种管线、需要保护的建筑、地下连续墙等进行严密监测。按规范要求控制沉降量和沉降速率。

2）降水过程中应做到：降水范围不宜过大，降水时间不宜太长，降压深度不宜过深。

3）在挖土施工过程中，应提高挖土效率，减少挖土时间和抽水时间。

4）随着开挖深度加大，应相应地降低降水中地承压水头。

5）采用信息化施工，建议对坑内外观测井水位进行实时跟踪监测，进行按需降水。

6）基坑施工时，应密切关注地下连续墙状态，一旦发生渗漏或严重渗漏，应及时封堵。

7）当坑外观测井内的水位下降超过预测的最大值时，应该提高监测频率并调整施工计划，必要时需进行回灌。

5 结论

针对富水砂层地区临河深基坑降水处理问题，本文结合福州地铁4号线鳌峰路站，对深基坑降水方案设计与施工技术进行了研究，主要得出以下结论：

1）通过地质勘察与渗流分析，获得了富水砂层地区基坑降水施工参数，为该工程提供了明确的解决思路和技术参数，也可为类似工程提供参；

2）通过计算预测了基坑降水所造成的地表沉降，基坑外约6.8 mm，并结合现场环境，提出了相应的控制措施。

由于水文地质与周边环境的复杂性，并且现场降水及梳干井等施工因素存在不确定性，降水措施局部不能达到完美效果，仍然会存在残留水现象，因此，要结合施工环境，加强监测与安全意识，才能保证工程顺利进行。