长江漫滩区地铁车站深基坑开挖地下水控制技术

2022-07-04董海风

科技创新与应用 2022年19期

董海风

（中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司，河南洛阳 471000）

随着城市化进程加快，为缓解交通压力，地铁修建得越来越多。修建地铁车站通常采用明挖法施工，势必会出现深基坑工程。工程实践表明，基坑事故绝大部分与地下水有关[1-2]。因此，城市地铁车站深基坑施工中，若不对地下水进行有效处理与控制，将造成严重的工程事故，给人民生命财产安全带来危害[3-4]。尤其对于东部地区软土地层来说，地下水丰富，水位高，且含有承压水，对深基坑施工产生的影响更大。

深基坑施工中对地下水的控制常采用止水帷幕，止水帷幕一般分落底式和悬挂式。若地下含水层较厚，止水帷幕深度增加，其施工难度、造价及工期也随之增加，所以往往采用悬挂式。但是悬挂式止水帷幕未能全部隔断含水层，基坑外地下水可绕流至止水帷幕底端进入基坑内，对周边环境影响很大[5]。通常结合降水井使基坑内水位降至坑底以下，采用“止-降结合”可降低造价以及减少水资源浪费，同时把对周边环境的影响控制在安全范围内[6]。目前针对不同地质条件下地铁车站基坑施工中地下水控制技术的研究越来越多，提出了诸多切实可行的技术措施[7-10]。

以处于长江漫滩地质条件下的南京地铁9 号线滨江公园站为工程背景，结合周边施工环境的控制要求，针对含承压水地层分别采用落底式和悬挂式止水帷幕进行深基坑施工中地下水控制开展研究，提出了具体的技术方案和安全措施，并以现场地下水位与周边沉降监测数据验证该技术的可行性和可靠性。

1 工程概况

1.1 工程简介

南京地铁9 号线一期工程是线网为西北方向的局域线，工程北起丹霞路站，南至滨江公园站，线路全长19.685 km，如图1 所示。其中，滨江公园站沿扬子江大道南北向布置，为地下两层岛式站台车站，单柱双跨箱型框架结构，局部双柱三跨，柱距6.3~9.5 m，采用明挖法施工（局部盖挖），站厅在地下一层，站台在地下二层。站台宽度11 m，车站外包总长478 m，标准段外包宽19.7 m，顶板覆土厚度约2.5 m。标准段底板埋深16.09 m，左、右两端头井底板埋深17.89 m。

图1 滨江公园站位置

1.2 周边环境

滨江公园站东侧为奥体新城隧道与江苏大剧院，西侧为滨江公园与金陵江滨酒店，其余为绿化空地或市政道路，周边环境如图2 所示。奥体新城隧道距车站主体最近29.2 m，距附属结构最近6.6 m。滨江公园站主体围护结构周围分布有雨水管、电力管、给水管、污水管、通信光缆等地下管线，直接影响主体围护结构施工。

图2 滨江公园站周边环境

1.3 地质条件

滨江公园站地貌属长江漫滩平原，地势较平坦。地表普遍分布人工填土，浅部为全新统冲淤积黏土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土（混夹粉土、粉砂）、粉质黏土（混夹粉土、粉砂），中部为全新统冲积粉细砂、中粗砂及上更新统冲洪积卵砾石，下伏基岩为白垩系浦口组砂质泥岩。基岩面起伏不大，一般埋深50~53 m。

地下水类型主要为松散岩类孔隙水（孔隙潜水、承压水）及基岩裂隙水。覆盖层中孔隙潜水与承压水的水力联系微弱，承压水与下伏基岩裂隙水的水力联系密切。车站基坑底位于粉质黏土中（主体结构基坑持力层），地基土强度较高。

1.4 支护结构

围护结构采用800 mm 厚地下连续墙，H 型钢接头。其中，东侧墙深55.0~56.5 m，墙趾位于中风化砂质泥岩层中；西侧墙深33.6~36.5 m，墙趾位于粉细砂层中。地下连续墙内外侧采用Ф700@500 双轴搅拌桩加固槽壁，加固深度16.2~17.5 m。

标准段沿基坑深度方向设置四道支撑，第一道为钢筋混凝土支撑，第二、三、四道为Ф800 钢支撑。第一道支撑水平布置间距约9 m，在地下连续墙顶部设置一圈封闭的钢筋混凝土圈梁，作为第一道支撑的围檩的同时兼主体结构抗浮压顶梁。第二、三、四道支撑水平布置间距3 m。

2 地下水控制技术

2.1 必要性分析

深基坑开挖过程中常会遇到地下水问题，尤其是长江漫滩地区。若地下水不能有效控制，则将出现基坑支护结构失稳、承压水下坑底突涌、周边建筑倾斜等严重的工程事故。因而，需对地下水进行有效控制，以便于施工的安全顺利进行。

地下水控制的作用主要表现在以下几个方面：疏干开挖范围内土体中的地下水，便于挖掘机械和工人施工作业；降低基坑内土体含水量，提高基坑内土体强度，减少基坑底部隆起和围护结构的变形量，防止基坑外地表沉降过大；及时降低下部承压含水层的水头高度，防止基坑底部突涌的发生，确保基坑底部土体的稳定性。

2.2 总体方案

深基坑施工中对地下水的控制主要有止水和降水两种措施。止水包括完全隔断和部分隔断地下含水层。完全隔断含水层是完全阻止基坑外的地下水进入基坑内，部分隔断含水层是延长基坑外地下水进入基坑内的路径。其中，部分隔断含水层时一般需结合基坑内实时降水来整体达到安全施工以及保护周边建（构）筑物安全的目的。

滨江公园站处于长江漫滩软土中，地下水位高，加之涉及承压水层的层顶埋深自北向南逐渐变浅，至南侧三号基坑开挖已进入粉砂承压水层。承压含水层厚度较大，层底埋深约53 m。考虑到滨江公园站西侧为滨江公园与金陵江滨酒店，东侧为奥体新城隧道与江苏大剧院，且奥体新城隧道距离车站主体最近29.2 m。结合滨江公园站所处的地质条件与周边环境综合分析，主要采用地下连续墙作为止水帷幕以有效控制地下水。基坑东侧采用落底式止水帷幕，插入基岩以阻断地下水进入，并控制地下水资源及周边变形。基坑西侧采用悬挂式止水帷幕+基坑内降水+基坑外观测井应急回灌的地下水综合控制技术。由于西侧地下连续墙（悬挂式止水帷幕）未隔断承压含水层基坑内外的水力联系，地下水渗流势必会引起一定的沉降，因而，应按照“按需降水”的要求尽量减少降水对周边环境的影响，同时在保护区域布设观测井，通过回灌补水，进而控制因降水引起的周边沉降。

基坑内采用管井疏干，降低地下水位至基坑底部以下1.0 m，基坑外布置观测井，必要时作为回灌井使用。基坑开挖范围内存在厚度较大的软弱土层，单独布置若干针对浅部软弱土层的疏干降水井，对于深部承压水层，针对性布置减压井。通过抽水试验，合理设置泵位和动水位深度，按需降水，以达到浅部土层疏干和深部土层减压。基坑开挖过程中地下水的控制措施如图3 所示。

图3 地下水控制措施布置图

2.3 安全措施

滨江公园站施工中尤其需重点关注减压降水自身风险以及降水对周边环境的影响，应积极采取相应的安全措施。施工中应时常检查以及配备备用设备；若发生渗漏应及时修补；若发生基底突涌，应及时启动大泵量连续抽水，在抽水无效时，应向基坑注水或回填土方，直至消除突涌。针对围护结构渗水应及时封堵，必要时可在基坑外设置降水井以降低水位。此外，应根据变形监测数据与现场情况及时通知相关单位，分析原因，制订加固、悬吊、隔离、跟踪注浆等措施并加强监测，同时调整施工流程，减小损失。必要时，在局部区域增设专项回灌井。悬挂式止水帷幕基坑内降水，基坑内外存在水力联系且具有一定水头差，加之周边环境复杂，需确保地下连续墙体无渗漏，还应采用人工监测与自动化监测相结合的降水风险控制措施。

根据降水的难度与风险，拟采用“降水井运营风险控制系统”。该系统采取双电源智能化切换系统、水位异常和断电自动报警系统以及备用井自动开启系统等针对性控制措施，如图4、图5 所示。

图4 双电源智能化切换系统

图5 水位异常自动报警系统

3 效果分析

为分析滨江公园站深基坑开挖过程中地下水的控制效果，现对基坑外的地下水位与周边沉降进行监测。

3.1 地下水位变化

现对一号基坑开挖过程中的地下水位采用钢尺水位计进行监测，西侧监测了SW01、SW02、SW03 测点，相对应的位置东侧监测了SW29、SW28、SW27 测点。一周期间地下水位监测累计变化量与时间的曲线如图6 所示。

图6 地下水位变化曲线（正值表示上升，负值表示下降）

由图6 可以看出，地下水位变化速率在控制值500 mm/d 之内，累计变化量在控制值±1 000 mm 之内，基坑开挖过程中对地下水位的影响较小，满足控制标准。此外，监测期间适逢降雨季节，邻近的奥体新城隧道运营期间不断降水，致使落底式止水帷幕一侧的地下水位累计变化量较大，而且部分观测孔水位也上升。施工期间降水对悬挂式止水帷幕一侧的地下水位影响相对较小，可见该地下水控制技术是合理有效的。

3.2 周边沉降变化

现对一号基坑开挖过程中的周边沉降采用数字水准仪进行监测，现选取距离基坑最近的监测点进行分析，西侧监测了DB01-01~DB06-01 测点，相对应的位置东侧监测了DB55-01~DB50-01 测点。一周期间周边地表沉降监测累计变化量与时间的曲线如图7 所示。

图7 周边地表沉降变化曲线

由图7 可以看出，周边地表沉降变化速率在控制值±3 mm/d 以内，累计值在控制值+10 mm、-30 mm以内，基坑开挖过程中对周边地表沉降的影响较小，满足控制标准。此外，还可看出基坑开挖对地表沉降的影响表现为悬挂式止水帷幕一侧整体上大于落底式止水帷幕一侧。悬挂式止水帷幕结合基坑内降水的综合控制技术措施可以满足施工安全要求。