软土地基深基坑真空管井降排水施工技术

张晓青（中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司，上海 200070）

下穿铁路基坑地下水控制主要有降排水和防渗水两种。在下穿铁路深基坑中较好的工艺为轻型井点降水，但是在一些软土地层如粉质黏土或淤泥质粉质黏土层中降水效果不明显，真空管井降水技术可快速将地层中水排出。

本文以申北四路下穿沪昆铁路深基坑降水为例，基坑开挖深度最深处达 8.4 m。在临近铁路线的软土地区进行基坑开挖，通过监测水位和涌水量，进一步分析软土地层中真空管井的优越性，以期为类似下穿铁路基坑降水提供参考。

1 工程概况

上海市松江区申北四路下穿铁路立交桥及道路工程为城市次干路，道路全长 534.315 m，路段红线 40 m。在北侧交叉口处衔接道路（春九路、明中路）各 200 m 的下挖改造以及站前路上跨申北四路段的上跨桥（25 m ＋ 37 m ＋25 m）；新建 4 孔（6 m ＋ 12 m ＋ 12 m ＋ 6 m）分离式框架，下穿沪昆铁路、金山铁路共 8 股道，顶进框架长度56 m。

1.1 水文地质条件

本工程施工区域属滨海平原地貌单元，本场区对有影响的地下水类型主要有浅部土层中的潜水及粉质黏土与粉土互层中的承压水。勘探期间测得潜水稳定地下水位为地表下0.50 ～ 1.80 m，其相应标高为 3.40 ～ 3.92 m。

潜水主要赋存于粉质黏土、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土层中，一般水位埋深 0.8 ～ 1.5 m。粉质黏土与粉土互层中的承压水含水量丰富，承压水水位低于浅部水位，一般水位埋深 5.0 ～ 6.0 m，局部与潜水层连通，补给来源为大气降水及地表径流；并以蒸发、向附近沟塘等地形低洼处侧向排泄为主。土层参数如表 1 所示。

表1 土层参数表

1.2 管井降水方案设计

申北四路下穿沪昆铁路顶进工作坑位于铁路南侧，施工里程桩号 SK 0 ＋ 114.020 ～ 190.000。结构类型为框架桥，长度 57 m，顶进基坑原地面 4.3 m，基坑底部-4.1 m为本项目基坑最深度处设计深度 8.4 m，二级基坑，东西方向长约 50 m，南北方向长约 70 m，基坑面积达到 3 500 m2左右。

申北四路顶进基坑周围设置三轴搅拌桩隔水帷幕，隔断基坑内外水力联系，采用真空管井降水。其类型为封闭型基坑降水。根据顶进基坑位于淤泥质粉质黏土夹粉土层和相关水文地质条件，基坑涌水量可按经验公式（1）估算。

在顶进工作坑设置 6 口真空管井降水，降水井深度为11 m，降水井管壁厚应为 ＞ 4 mm 的钢管（降水井的布置应避开抗浮桩等结构），其他部位可适当降低滤水管的长度。

1.3 抗突涌稳定性分析

基于突涌验算应取最不利原则，本标段基坑选为最深处顶进工作基坑。原地面标高 4.3 m，稳定水位标高 3.8 m，基底深约为 8.4 m，基底绝对标高-4.1 m，拟建场区基坑挖土涉及至淤泥质粉质黏土夹粉土。土层参数如表 1 所示。

根据勘探资料可知，粉砂层为承压含水层，可按坑外承压水水位为 5.0 m、坑内承压水水位为 5.0 m、基坑周边无荷载计算。

抗突涌验算公式（基坑底板）如式（4）所示。

由于基坑底板抗突涌安全系数为 1.60，＞ 1.05，所以施工期间无须降承压水。

1.4 降水井构造与技术要求

（1）降水井滤水管。降水井成孔φ650 mm，降水井滤水管采用φ273 mm、厚度 6 mm 钢管。

（2）过滤器。所有滤水管外先包一层 1 700 μm 钢丝网＋ 380 μm 尼龙网 3 ～ 4 层，φ273 mm 滤水管与φ65 mm降水孔之间填充砾石。

（3）沉砂管。为防止井内沉砂堵塞，滤水管底部应设置1.0 m 长的沉砂管。沉淀管底口用铁板封死。

（4）井口。保持井口高于施工地面 0.5 m 以上。

（5）填砾石。地表以下 3.0 m 到疏干井井底全部围填砾石；选择棱角少的砾石围填观测井 1 型滤水管，从井底一直填至过滤器顶部以上 1.0 ～ 8.0 m。观测井 2 型滤水管部位围填砾石材料同观测井 1 型，从井底一直填至过滤器顶部以上 1.0 ～ 6.0 m。

（6）填黏土封孔。设计基坑底标高以下 3.0 m 范围内填充黏土。

2 现场试验

根据申北四路下穿立交工程的水文地质资料可知，普通降水管井方法无法满足基坑施工需求。采用真空管井，共设有 6 口管井。为研究真空管井的降水特性，保证基坑降水顺利进行，该工程进行了现场测试，主要包括抽水试验、抽气试验、水量变化检测。

2.1 抽水试验

选取场地内的 3 口井口，只运行潜水泵进行抽水试验，抽水 4 h。抽水结束后 4 h 复测水位。抽水过程中主要测试各井的水位和出水量，以及水位恢复情况。

2.2 抽气试验

选取场地内的 3 口井口只运行真空泵进行抽气试验，抽气 2 h。抽气结束后 3 h 复测水位。抽气过程中主要测试各井的真空度和附近水位变化以及水位恢复情况。

2.3 水量变化

根据深基坑开挖，采用真空管井降水效果明显，开挖面土体较为干燥，各黏土层含水量（除粉砂外）均降低，除了以上的试验，在真空管井降水过程中还进行了日常基坑稳定性监测、单井降水量、地面沉降观测。降水前后土体含水量统计对比如表 2 所示。

表2 降水前后土体含水量统计对比

3 结 语

针对申北四路下穿立交基坑工程采用真空管井降水，通过对相关现场数据的分析和施工，采用真空管井解决了上层夹水等饱和水难以疏干的难题。此措施具有安装简单、降水效果好、经济性高等优势。真空管井的降水水位比普通管井降水深度大，距管井越近，效果越明显。

通过采用真空降水管井降排水施工工艺技术，达到了铁路立交桥深基坑开挖施工过程中既不影响线上铁路运行又能保证基坑开挖安全施工的目的。这为今后下穿铁路立交桥施工积累了更多的经验，对同类下穿铁路立交桥深基坑降排水施工技术具有一定的指导意义。