地铁换乘车站深基坑降水技术

栗尚凯

中铁十局集团第二工程有限公司 450008

摘要:城市快速发展，地面交通开始拥堵，城市轨道交通建设进入高速发展的时期。地铁换乘车站深基坑施工中的降水技术较标准车站降水技术更具复杂是地铁建设的主要难点之一，本文以呼市轨道交通1号线与3号线呼和浩特东站地铁换乘站深基坑降水施工为例，结合工程地质及水文地质条件，重点探讨换乘车站深基坑降水的方案设计、施工、运行，总结换乘车站降水施工时应考虑的因素，以期对今后同类工程的施工具有指导意义。

关键词: 地铁换乘车站 深基坑 基坑降水 降水设计

引言：地铁深基坑降水的主要目的及分析

地下水源丰富且水位比较高，进行降水是为基坑开挖创造必要的施工条件，在开挖基坑时地下水位高于开挖基坑底面，造成地下水不断渗入坑内引发基坑边坡失稳、周边建构筑物沉降开裂、坍塌、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降等一系列安全隐患，为保证基坑能在干燥稳定的条件下施工，必须做好基坑降水工作。

1 工程概况

呼和浩特东站为1、3号线换乘车站，1号线采用地下两层双柱三跨的结构形式。车站主体长度222.50米，标准段宽24.7米，结构底板埋深约17.00m，大小里程盾构端头段宽度均为29.3m，底板埋深约17.74m,中心里程处顶板覆土厚度约3.30m。3号线采用地下三层双柱三跨结构形式，车站主体长度157.00米，标准段宽24.9米，结构底板埋深约25.16m，小里程盾构端头段宽度均为29.5m，大里程盾构端头宽度约为30.45m，中心里程处顶板覆土厚约3.2m。车站位于火车站南广场的东站前街，沿东站前街东西向布置，北侧为地下二层商业，南侧为绿地、民宅、商用楼。1号线换乘节点中部设置换乘通道联通站前地下空间。

2 水文地质情况

呼和浩特东站勘察钻孔最大深度55m，在勘察深度范围内，经现场实测，对工程有影响的地下水为一层，地下水类型为第四系孔隙潜水，地下水详细情况见表2-1所示。

表2-1 地下水特征表

勘察未见上层滞水，工点沿线场地内含水层成层分布，整体为潜水含水系统，设计结合具体的剖面图进行分析地下水的层位、渗透性等。

地下水的补给来源主要为山区侧向表水下渗及地下水径流补给，其次为大气降水补给。场区内地下水流向总体自东北向西南流动。

根据抽水试验和室内渗透试验结果并结合《铁路工程地质手册》表2-1-4及相关工程经验及地区经验，各地层的渗透系数见下表。

3降水方案的确定

根据地勘资料，基坑开挖过程中完全贯穿含水层，该地方地下水资源丰富，已采用钻孔灌注桩+砼/钢支撑，但基坑开挖暴露后还是极易发生涌土、流砂等危及基坑稳定性的因素。对此基坑内的地下水处理采用坑外降水井进行降水处理，并结合盲井、盲沟进行有效疏导。

3.1设计原则

根据开挖施工进度，降低基坑内潜水水位至基坑底开挖面以下1.00m左右，使坑内土层疏干固结，提高土体的有效应力，为稳定边坡、减缓基坑围护变形创造条件，为基坑开挖施工提供良好的干作业环境。

3.2降水井及观测井数量的布置

3.2.1基坑降水计算参数选用

1．降水井直径A550mm

2．含水层厚度

3．地下水位埋深

4．渗透系数

5．基槽地下水位的设计降深

6．井水位降深

_{7．滤管半径}

3.2.2基坑降水计算

根据裘布依群井理论，我们将每一施工段的基槽概化为一等代大井，据此理论来指导我们进行设计计算，根据场地水文地质条件及地下水位降深要求，我们采用潜水完整井稳定流模型进行设计计算，基坑四周环形布井，计算如下：

1．降水影响半径 ：

可按公式 进行计算，或据经验给出。

式中： ──降水影响半径(m)；

──井水位降深(m)，当井水位降深小于10m时，取 ＝10m；

──渗透系数(m/d)；

──潜水含水层厚度(m)。

根据我们的降水施工经验，考虑工期紧，并结合在呼市地区潜水含水层的特性，本次影响半径 取155m。

基坑等效半径 ：

式中： — 基坑面积，（m²），降水井距维护桩边缘约1.0m，基坑面积按5166.4m²计算。

3．基坑总涌水量 ：

可按公式 来计算

式中： ──基坑降水的总涌水量(m³/d)；

──基坑地下水位的设计降深(m)；

4. 管井的单井出水能力可按下式计算 ：

——单井出水能力(m³/d)；

——过滤器半径（m）；

——过滤器进水部分长度（m）。

根据单井出水能力来选择泵型及单井设计流量 。

每个井点采用一台潜水泵抽水，其流量可选择10m³/h，所以取：

5. 降水井的数量 ：

可据公式 来计算井数

即井数为44口

6. 井距 ：

可据公式 来计算井距，L为基坑周长。

为了在井数量固定的情况下达到更好的降水效果，根据基坑形状、基坑周边障碍物情况以及基坑深度分布情况，将降水井按8.0-12.0井间距布置在基坑四周。

7. 井深 的计算

可按公式 来计算井深

式中： — 基坑深度，为19.20m；

— 基槽底到降深水位距离，为1.63m；

— 滤水长度，为1.97m；

— 泵体高度，为0.7m；

— 沉淀高度，为1.5m。

基坑两侧端头井部位的降水井加深至35.0米。

3.3基坑降水井布置

参考设计计算，结合呼市地区的降水经验，提供如下布置：

采用管井降水系统进行抽降水，共布井点44口。降水井编号1-12、23-34、号降水井井深35.0米；降水井编号13-22、35-44号降水井井深30.0米。

图1 降水井平面布置图

现场采用管井降水系统进行抽降水，降水井施工采用冲击钻机成孔，具体井位布置如下：地表降水井井深35.0米，间距6米；基坑内降水井井深15.9米，间距6米，基坑内设置水位观测井，每个施工段不少于两个，井深为15.9m，各井深度可根据现场施工实际情况进行调整。

3.4 抽水天数计算

根据实际施工和降水计算，现场降水约36天能将基坑内的地下水位降低到底板以下0.5～1m； 因此，上述井数的布置完全能满足本次基坑降水施工的要求。

4 现场降水施工情况及数据分析

根据呼和浩特东站深基坑降水施工进展及土质特点情况，现以1、3号线交叉点处降水施工为例进行具体分析：

1、3号线交叉井位布置分为地面部分与基坑内部分，地面部分降水管井实际钻深为35m，井位间距分别为6m，15m。基坑内降水管井深度分别为16m，20m，井位间距分别为6m、15m。具体井位布置如下图，同时根据降水管井日常水位数据、基坑开挖过程中土体含水情况及基底土质情况进行分析，采用降水管井施工工艺与辅助降排水措施相结合的方法可以满足现场深基坑开挖降施工的要求，基坑北侧地面平均水位在基坑垫层以下5m左右，最小值为4.8m；基坑南侧地面平均水位在基坑垫层以下4.5m左右，最小值为1.5m；基坑内平均水位在基坑垫层以下4m左右，最小值为2.07m均能满足现场施工条件。

1、3号线交叉处深基坑井位布置图

4.1数据对比

根据车站理论经验值所得计算与实际车站降水量相差值进行对比，计算量与实际相差不大，理论降水天数为36天，实际降水天数为36天，综上所得理论取值与现场相差不大可以，满足现场降水所需。

5 结论与建议

通过对观测井水位上下浮动的变化监测，进行分析原因对症下药，使降水引起的地面建筑的不均匀沉降得到有效控制。

5.1辅助降排水措施应用 

施工过程中，基坑降水不可避免的会碰到一些特殊的情况，比如某一区域由于土层的渗透性差导致降水效果很差、降水井的运行维护工作不及时导致降水效能降低、部分降水井损坏或失效导致降水失败等，而以上情况如果不采取有效的补救措施，势必会对后续的基坑开挖作业产生严重的影响，所以，一些简单有效的降排水辅助措施也就显得尤为关键和及时。

5.1.1集水明排：

集水明排可以作为基坑局部范围内的降排水措施配合管井降水使用，尤其是当该区域出现降雨导致边坡或基坑局部积水被浸泡，降水井运行情况不好、降水效果不明显导致该区域开挖土层地下水位偏高、土层含水量过大等情况时，集水明排可作为临时应急措施来保证基坑的顺利开挖。呼和浩特东站在基坑开挖过程中对部分基坑开挖作业面地下水位较高、管井降水效果不好的区域采用此法，取得了极佳的降排水效果，确保了基坑开挖的顺利进行。 

5.1.2基底盲沟排水：

当出现基坑开挖到基底位置，降水井不能满足正常的使用要求、地下水位过高时，为了避免基底被地下水浸泡，可通过设置盲沟来排除基底地下水。呼和浩特东站在1号线车站扩大端基坑、第五施工段下沉段基坑，3号线基坑主体底板垫层施工前采用此法，不仅有效避免基底因水浸泡而软化的问题，同时也解决了封底垫层施工完成后，由于地下水水压作用对基底垫层出现上浮的情况。 

6结束语

基坑降水控制的工作不能仅仅局限于对降水井施工质量的控制，应该从多方面着手，重视并坚持过程控制，同时应结合现场实际，灵活采用其它辅助降排水措施。基坑降排水过程也应该是一个科学、有依据的实施过程，需要通过现场试验及结合工程进度情况、基坑监测数据情况综合分析，做到降水及时、有度，保证基坑施工安全及工程质量。

参考文献：

1.《呼和浩特市城市轨道交通1号线一期工程呼和浩特东站岩土工程勘察报告》电子版；

2.《呼和浩特市城市轨道交通3号线一期工程呼和浩特站施工图设计》电子版；

3.《管井技术规范》GB50296-2014；

4.《供水水文地质勘察规范》GB50027-2001；

5.《建筑基坑支护技术规程》JGJ120－2012；

6.《供水水文地质手册》