地铁车站深基坑降水实例分析

孙英健

(北京铁城建设监理有限责任公司，北京100855)

1 地铁车站概况

该车站位于天津市汇川路与悦波路交口西南侧，沿汇川路与外环南路之间绿化带呈东西向敷设，为地下两层岛式站，主体规模529m×21.1m(结构外皮)。车站基坑标准段宽21.1m，深17.00～18.06m，盾构井段宽26.3m，深18.80～19.86m。本站围护结构采用地连墙，墙长31.82m(不含冠梁高度)，墙底位于1黏土层，隔断第一层承压水。第二承压水抗突涌稳定性满足规范要求，其中标准段下端3.0m为素混凝土墙段。车站主体分为两期施工，在34轴～35轴中间设置分仓墙，采用800@500三重管高压旋喷桩止水帷幕，深度与地下连续墙同深。

2 工程地质条件与水文地质条件

工程开挖主要潜水含水层为杂填土、粉质黏土、黏土、淤泥质粉质黏土和淤泥质黏土和粉土层，含水介质颗粒较细，当局部地段夹有粉砂薄层时，其富水性、渗透性相应增大。工程场地内基坑开挖面主要存在2个承压含水层。第一层微承压水以⑨1粉质黏土、⑨11黏土为相对隔水顶板，主要赋存在第Ⅲ陆相层中的⑨2黏质粉土中，顶板埋深为25.9～31.5m(高程-27.75～-23.75m)，含水层厚度0.4～4.3m，基本呈层状分布，局部地段尖灭，根据初勘7CZ-SW02及详勘7XZ-HCsw02水文资料揭示承压水头稳定水位埋深3.50～5.50m(高程-0.97～-0.66m)。围护结构已隔断第一承压含水层，降水不当对基坑开挖有不利影响。第二层微承压水以第Ⅳ陆相层的1粉质黏土、11黏土为相对隔水顶板主要赋存在第Ⅳ陆相层中的2黏质粉土、24粉砂、12黏质粉土及24粉砂中，顶板埋深为34.6～40.5m(高程-37.0～-30.0m)，含水层厚度0.4～8.3m，基本呈层状分布，12黏质粉土及14粉砂呈透镜体及条带状分布。根据初勘7CZ-SW02水文资料揭示承压水头稳定水位埋深5.35m(高程-2.51m)。场区内止水帷幕未隔断第二承压含水层，该层水对主体基坑无突涌风险。

3 基坑降水控制整体思路

结合基坑止水帷幕设计，本工程降水控制思路如下：

(1)针对上部潜水含水层的风险特点，布设疏干井在基坑开挖前进行一定时间的预抽水，并尽量增加预降水时间，同时在土方开挖过程中结合明排措施，降低土层的含水量。

(2)对于第一承压含水层，场区内整体范围内止水帷幕均隔断了该层承压水，无需针对该层单独布置降水井，疏干处理即可。

(3)对于第二承压含水层，根据抗突涌验算，安全系数0.94～1.08，根据相关工程经验，基本无突涌风险。

(4)后期需通过施工试抽水试验进行降水效果验证。

4 基坑降水方案计算书

4.1 涌水量计算

依据天津市工程建设标准《建筑基坑降水工程技术规程》(DB/T29-229-2014)[1]，基坑帷幕截断降水目的含水层的封闭式疏干降水，基坑降水出水量应按以下公式进行计算，计算结果见表1、表2。

表1 疏干水量计算参数取值及计算表

表2 越流水量计算参数取值及计算表

式中：QW-基坑疏干降水总出水量，m3；Q1-坑内疏干层范围内的出水量，m3；Q2-下伏第一承压含水层和第二承压含水层向基坑内的越流补给量，m3；A-基坑降水面积，m2；μi-i土层给水度；i-基坑最大降水深度范围内所包含的土层数；Δhi-i土层中水位变化(降深)值，m；Δh2-坑内降水设计的目的水位与承压水头的水头差，m ；坑内降水设计的目的水位与承压含水层顶间土层的等效垂直渗透系数加权平均值，m/d；m2-坑内降水设计目的水位与承压含水层顶间土层的厚度，m；T-降水时间，d。

4.2 疏干井数量计算

单井涌水量的确定主要依据管井的出水能力和所选取的水泵型号。基坑疏干降水拟选用QDX3-25-0.75型，流量为3.0m3/h，考虑场地浅层水多为粉质粘土渗透性较差，无法满足每台泵均能保证3.0m3/h的出水能力，根据类似工程经验，单井出水量平均取为12m3/d，疏干井提前20天启动疏干排水，则需要疏干井数量为56口，单口井控制降水面积a=A/n=11767/56=210.13m2，小于天津市《建筑基坑降水工程技术规程》(DB/T29-229-2014)要求的单口井控制降水面积250～400m2[1]。但根据地质条件、围护结构设计，针对狭长型基坑，长宽比大，基坑内实际布设60口疏干井，其中端头井各布设疏干井4口(深度为26m)，标准段布设疏干井52口(深度为24m)，按井间距14～16m布设。

此外，基坑外设置承压水备用减压井10口(兼观测承压水水头)及观察井30口。在基坑开挖过程中，承压水备用减压井观测承压水水位是否满足抗突涌要求，辅助观测止水帷幕的封闭效果；原则上承压水备用减压井不开启，如开挖过程中承压水水位标高高于安全水位标高，则启动备用观测井辅助降压。观测井观测基坑外水位变化情况，根据水位观测数据进行分析，校验坑内降水对坑外水位影响以及坑内外水力联系情况，间接对止水帷幕渗漏起监测作用。

5 降水效果分析

降水效果监测分为两区域、两步进行：第一步水泵放置深度在-12m位置；第二步放置井底，在抽水运行期间，同步观测坑内观测井与坑外观测井的水位变化情况。试验时间为运行约11天，观测频率为每2小时观测一次，待水位稳定后观测频率为每4小时观测一次，见图1。

图1 群井试验区域示意图

5.1 数据分析

5.1.1 第一部位基坑群井降水数据分析

第一部位降水井运行约6天时间，动水位下降较快，之后动水位小幅缓慢下降，见图2。J20终止水位-21.2m、J58终止水位-21m。停抽后约2天时间，水位缓慢上升至-13m左右，满足开挖最大19.86m的要求。降水井前期出水量在4～6t/h，后期出水量逐渐减小，出水量在0.8～1.5t/h。

图2 第一部位群井试验坑内观测井水位曲线图

5.1.2 第二部位基坑群井降水数据分析

第二部位降水井运行约6天时间，动水位下降较快，之后动水位小幅缓慢下降，见图3。J24终止水位-21.3m、J36终止水位-21.5m。停抽后约2天时间，水位缓慢上升至-13m左右，满足开挖最大19.86m的要求。降水井前期出水量在4～6t/h，后期出水量逐渐减小，出水量在0.9～1.7t/h。

图3 第二部位群井试验坑内观测井水位曲线图

另外通过潜水观测井水位变化和承压水观测井水位变化分析得出：在试验运行期间，坑外潜水观测井水位基本稳定，水位波动在2-10cm之间，水位波动在正常范围内，无异常变化，坑外承压观测井水位变化幅度0.03～0.22m，变化幅度较小。

5.2 降水效果分析

(1)试验中开启单口降水井，单井水位下降能影响至周边降水井，停抽后，水位均能短时间内回升，说明成井质量良好。

(2)坑内所有降水井开启后，井内水位均可以降至基底以下1m，降水井降水能力满足设计要求。

(3)坑外观测井水位变化幅度平稳，水位下降满足规范要求且未出现持续下降或下降趋势继续延续的情况，表明围护结构没有发生明显渗漏。

通过坑外观察井水位变化情况分析，数据证明围护结构无明显渗漏情况，证明基坑降水对周边环境的影响较小，同时坑内水位监测数据证明基坑现有降水井设置方案及选用抽水设备能满足基坑降水的需要，该降水方案是可行的。