成都某地铁车站基坑降排水方案及监测研究

李 姝，杨绍平，闫宗平，张子晗

(1.四川水利职业技术学院，四川 成都 611231；2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

随着城市的发展，城市居民对出行便利的需求正在不断上升。根据成都市轨道交通规划，截至2022年成都市地铁开通运营将达到600 km以上，成都市轨道交通远期规划34条线路总长1 765 km。根据以往城市地铁建造经验，车站深基坑工程为城市中地铁施工的难点和重点。

开展地铁车站施工作业时，对基坑自身变形及周围环境的监控量测，是施工过程安全控制的主要手段。成都地区主要为砂卵石地层，地下水位较丰富。在车站围护结构施工及基坑开挖前，通常需将地下水位降至基坑底面以下0.5～1 m。本文详细介绍了成都市某地铁车站基坑降水及降水过程中的监测方案，以对成都地区类似工程提供借鉴和参考。

1 工程概况

1.1 车站概况

成都市某地铁站为地下三层15.6 m岛式站台明挖车站，车站总长222.5 m，标准段宽度27.0 m，有效站台长度186 m，顶板覆土约为3.2～5.2 m，底板埋深约31.5～33.0 m。车站采用双柱三跨箱形框架结构，基坑深度32.2～34.5 m，基坑安全保护等级为一级。车站围护结构采用放坡土钉墙+钻孔灌注桩+内支撑，车站放坡开挖高度11 m，围护桩深度11～31 m，明挖法施工。

1.2 地质与水文条件

该车站范围内自上而下地层分布为人工填土、第四系中更新统冰水沉积、冲积层黏土、粉细砂及卵石层，下伏基岩为白垩系上统灌口组泥岩。

根据区域水文地质资料，工程场地内按地下水赋存条件，沿线地下水主要有三种类型：一是赋存于填土里的上层滞水，二是第四系孔隙水，三是基岩裂隙水。其中，第四系孔隙水为车站开挖主要地下水类型，赋存于第四系中更新统的砂、卵砾石中，水量较丰富，为孔隙潜水，部分地段由于地形和上覆黏性土层控制，具微承压性，车站地下水位埋深一般7.5～22.6 m，水位变化幅度较大，含水层有效厚度约为20～25 m。根据勘察资料显示，该层砂、卵石综合含水层渗透系数K约为18～25 m/d，为强透水层，水量丰富；下伏白垩系泥岩基岩的渗透系数K为0.025～2.01 m/d，平均为0.44 m/d，属弱-中等透水层。

1.3 基坑支护方案

综合考虑周边环境条件、工程地质和水文地质条件、基坑特点、施工工期、施工技术及工程造价等因素，根据围护结构计算及类比既有工程经验，围护结构采用放坡土钉墙+钻孔灌注桩支护。围护桩采用Φ1 200旋挖桩，标准段间距按2 400 mm，小里程端头井段间距按2 000 mm，大里程端头井(换乘节点段)间距按1 800 mm，在盾构井盾构洞门处采用Φ1 500@1 800 mm玻璃纤维筋旋挖桩。

车站分两级放坡至约地下一层标高位置，放坡高度11.1 m，打设Φ48直径注浆型钢花管，竖向间距 1.5 m，水平间距2 m，坡顶5 m范围内采用100 mm厚C20素混凝土硬化，坡面喷射150 mm厚C20混凝土，设置Φ10@200 mm×200 mm钢筋网片。围护桩间采用挂网喷射混凝土，钢筋网规格为Φ8@200 mm×200 mm(盾构洞门位置采用玻璃纤维筋)，喷射C20混凝土厚150 mm。围护桩和钢筋网之间应保证可靠连接。车站竖向设置三道支撑，第一道支撑除大里程端头井段采用800 mm×1 000 mm钢筋混凝土支撑外，其余第一、二道支撑采用Φ800(t=16 mm)钢管支撑；第三道支撑采用Φ609(t=16 mm)的钢管支撑。基坑支护标准断面支护分别见图1。

图1 基坑开挖支护标准断面示意

2 基坑降水方案

2.1 降水方式

结合本车站基坑的特殊性以及周边类似基坑施工经验，基坑降水工程拟采用坑外井管降水及排水沟+坑内明排的方式。

(1)在基坑四周设置降水井进行坑外降水；

(2)随着基坑开挖在基坑内处设置排水沟和集水坑进行明沟排水。

2.2 井管降水计算

2.2.1 基本参数

根据勘察报告，车站开挖主要地下水类型，赋存于第四系中更新统的砂、卵砾石中，渗透系数K=25 m/d。由于强风化、中风化泥岩的渗透系数K为0.44 m/d，远远小于其他地质结构层的渗透系数，故将该层可视为不透水层，含水层厚度25 m。

降水井影响半径可按下列公式计算[1]：

式中，R为降水影响半径，m；S为基坑水位降深，m；K为渗透系数，m/d，取值10 m/d；H为抽水前含水层厚度，m。

由于本工程基坑底位于含水层下的不透水层，因此水位降深等于含水层厚度。经计算降水井影响半径R为790.57 m。

2.2.2 降水井深度计算

降水井的深度可按下式计算[1]：

HW=HW1+HW2+HW3+HW4

式中，HW为降水井深度，m；HW1为自地面算起至设计要求的动水位间的深度，m，取9.5 m；HW2=ir0，i为水力坡度，取值1/10，r0为降水井分布范围的等效半径或降水管井排间距的1/2；HW3为从HW2以下算起至最下部过滤器底端的长度，m，取2.5 m；HW4为沉淀管长度，取2.5 m。

经上述公式计算可知降水井计算深度为 20.4 m。由于现有规范中计算模型与本工程实际情况不一致，根据地质详勘资料及施工图纸，部分地质结构含水层较小，降水井过大埋深无法起到降水作用，结合现场情况将井底设置在含水层以下5 m的位置，最大限度降低基坑中部最不利位置的潜水，同时加强基坑内明排。故取降水深度为25 m。

2.2.3 基坑涌水量计算

因本工程含水层厚度较小，基坑开挖深度大于含水层厚度，降水模型按照潜水完整井进行计算[1]，模型如图2所示。

图2 降水井计算模型示意

从图2中可以看出，位于降水漏斗线以下，不透水层以上部位含水层中的地下水无法利用降水井抽排，因此基坑开挖时，必须加强基坑内明排措施。在雨季施工时，应准备一定量的抽水设备及时排水，确保工程的安全和设备的正常运转，保证基坑开挖顺利进行。

基坑内总涌水量可按下式计算：

式中，Q为基坑总涌水量，m3/d；K为含水层渗透系数，m/d；H为潜水含水层厚度，m；Sd为基坑地下水位的设计降深，m，取基坑底以下1 m；R为降水影响半径，m；r0为基坑等效半径，m。

2.2.4 管井出水量计算

降水井单井出水能力下式计算[2]：

式中，q为单井出水能力，m3/d；r为过滤器半径取0.2 m；l为过滤器进水部分长度，m，取2.5 m；K为含水层渗透系数，m/d，取10 m/d。

由上式计算，本工程管井出水量取405.8 m3/d。根据周边类似经验，实际单井出水量约为理论计算值的50%，故综合考虑各方面因素单，井出水量为q=202.9 m3/d。

2.2.5 降水井数量计算

降水井数量按n=1.1×Q/q计算取整得n=34。根据计算结果，并结合工程经验，本次降水井沿车站两侧纵向呈梅花型布置两排，井距为18 m，降水井布置在基坑一级马道位置处，可根据现场实际情况进行微调，并错开管线、周边建筑物等。

2.2.6 水泵选型

根据单井出水量、井深、及水泵每天运行时间(按20 h计算)，进行水泵选型：q=405.8/20=20.29 m3/h，选用 QS25-44型潜水泵，流量25 m3/h，扬程44 m，电机功率5.5 kW。

2.3 井管结构要求

(1)井口。井口高于周边地面0.3 m，以防止周围污水渗入井内。

(2)井壁管。选用内径300 mm，外径360 mm钢筋混凝土井管，每节长度 2.5 m。

(3)滤水管。滤水管采用内径300 mm，外径360 mm 的钢筋混凝土滤水管，滤水管外包两层60目尼龙滤网。

(4)沉砂管。沉砂管设在滤水管底部，直径与滤水管相同，长度为2.5 m。

(5)填滤料。滤水管周围填磨圆度较好的直径8～10 mm的圆砾石。

(6)填素土封孔。为防止抽潜水引起的地面沉降，在滤料填至井口下1 m左右时用黏性土填实夯平，并做好井口管外的封闭工作。

3 基坑排水方案

3.1 地面排水

地面排水系统主要采用地面横坡排水及挡水坎截水相结合的方案。排水沟用于承接基坑抽排水及拦截地面雨水，排入三级沉降池内沉淀，经过沉淀池后，排入就近市政雨污水管网。挡水坎及排水沟布置及尺寸如图3所示。

图3 地面排水系统示意(单位：mm)

3.2 支护面坡体内排水

在放坡支护面用钻机钻出不小于Φ40的孔，插入长度为2 m的Φ40PVC排水管，间距3 000 mm×3 000 mm梅花形布置，PVC管采用土工布进行包裹，并用碎石填充排水管和孔之间的缝隙。施工过程中需经常检查泄水孔是否堵塞，以保持泄水孔通畅。

3.3 坑内明沟排水

考虑基坑开挖过程中大气降雨，需在开挖面附近设置8个临时集水井，将场内降水抽排至围挡内的排水沟通过三级沉淀池排入市政管网。临时集水井尺寸为0.8 m×0.8 m×0.8 m(长×宽×深)，根据现场具体开挖情况设置，间距为32 m。

4 降水期间监测方案

4.1 监测项目及测点布置

地铁车站降排水施工期间需进行监测的主要项目有：地面沉降、地下水位变化、周边建筑物位移、沉降、周边管线位移及沉降等[3]。测点布置示意如图4所示。

图4 降排水施工期监测点布置示意

4.2 监测方法

本车站监测所采用的仪器、频率及相应的控制标准见表1。

表1 监测项目及频率

5 结 语

为确保基坑开挖中的稳定性和作业要求，通常要求开挖前将地下水位下降至基坑底以下一定范围。基坑水位的变化，将引起基坑周围一定范围内的地下水位变化以及应力场的改变，从而诱发周围土体的变形和地表的附加沉降，对基坑及其周围建筑物等造成不利影响，甚至出现基坑坍塌、周围构筑物倒塌、地下管线破裂等工程事故[4]。因此，想要防止基坑降排水施工中出现工程问题，就应该高度重视对工地及周边地区的勘探测量和资料收集的工作，以制定出真正切实可行的降排水方案，并进行系统地比较分析，然后选择最优降水方案，同时加强基坑降水过程中对周围环境的监测，防止其对工程环境产生不良影响。