地铁车站施工中地下微承压水的处理技术

地铁车站施工中地下微承压水的处理技术
1 工程概况
上海轨道交通2号线西延伸工程虹桥临空园区站位于上海市天山西路的淞虹路口与协和路口之间，中间有福泉路横穿而过。

车站全长455m，标准段净宽18.6m，开挖深度16m，其中端头井的最大开挖深度17.5m。

车站的围护结构采用800mm厚的地下连续墙，标准段部分采用单衬墙结构，即地下连续墙既作为围护结构，同时又作为车站的永久性主体结构，本工程的工程地质条件为，地质属第四纪松散沉积物，车站主要穿越的地层以灰色淤泥质粉质粘土为主，局部为粘质粉土。

本场地自地表至75m深度范围内按成因类型、土层结构及其性状特征，可分为8层，14个亚层。

土层自上而下为：
本工程的水文地质条件为，场地的浅部地下水属潜水类型，补给来源主要为大气降水与地表迳流，水位动态为气象型。

承压含水层分布于⑦1粘质粉土、⑦2层粉细砂中，为上海地区第一承压含水层。

其中⑦2层顶板埋深51.0~61.5m，本车站底板埋深16m左右，基坑开挖后无承压水头的突涌作用。

对工程有可能产生影响的是地面以下22.00~23.40m 以下（有的地方为27.80~31.50m以下）为灰色粉砂（夹粘）⑤2层，该土层为上海市第四系地层微承压水含水层，其水头均低于潜水水位，一般埋深3.0~11.0m。

2 微承压水处理方案的制定
由于微承压水对基坑底部存在突涌的作用，故在基坑开挖前必须制定科学合理、安全可靠的处理方案，保证基坑在开挖到底部时的安全。

根据上海市工程建设标准《岩土工程规范》（DGJ08-37-94）第9.2.3条基坑开挖后承压水上覆不透水层厚必须满足下列要求：
·h/γ
H≥γ
w
式中 H—承压水上覆不透水层厚度(m)
—水的重度（KN/m3）
γ
w
3
h—承压水头高于含水层顶板的高度（m）
2.1 西端头井的微承压水处理方案
2.1.1 西端头井微承压水处理方案的理论依据
整个车站西端头井开挖深度最深，深度约为17.882m，根据水文地质勘探资料，该部位⑤2层的微承压含水层顶板埋深为22.07m，故西端头井开挖底板离微承压含水层顶板距离：
H＝22.07-17.882=4.188（m）
基坑底至微承压含水层顶板间各层土的加权平均容重： r＝17.4 （KN∕M3）
根据地质勘察报告，微承压水水头埋深在地面以下3.85米，则
h＝22.07-3.85＝18.22（m）
γw—水的重度（KN/m3），取10.0（KN∕M3）
·h/γ=10.0×18.22/17.4=10.47m
则γ
w
·h/γ（10.47m）,故在开挖过程中很容易产生突涌现象。

由于H（4.188m）＜γ
w
2.1.2 西端头井微承压水的处理措施
根据理论计算，开挖中易产生突涌现象，因此，需要采取降低微承压水头的方法来保证基坑的安全。

1、微承压井的井深
层微承压水厚度，决定降压井埋深为38m，下部13米为滤水管，2米为沉砂管。

根据⑤
2
2、微承压井的布置数量
根据整个车站的施工进度计划，先从西端头井进行开挖，要挖出120m长的基坑施作结构，故决定先在此范围内施工5口微承压井，以观察降低压力水的效果，再决定施工东端头井时的微承压井的布置方案。

3、微承压井施工的工艺流程
钻孔用XGD-1000型工程钻机及其配套设备，采用正循环回转。

钻进泥浆护壁的成孔及下井管工艺流程为：
a、测放井位；
b、埋设护口管；
c、安装钻机；
d、钻进成孔；
e、清孔换浆；
f、下井管；
g、填砾料（中粗砂）；h、井口封闭；i、洗井；j、安泵试抽；k、排水：洗井及降水时将水排至场地四周的明沟内，再将水排入场外市政管道中。

4、微承压井降水的原则和降压的效果
在基坑开挖的过程中，降水始终遵循“按需降水”的原则，即在开挖中，如井管与周围土层的空隙中有水流出时再开泵降低微承压水的水位，以防降水过多对周围环境造成较大的影响。

5、微承压井井口的封闭
基坑开挖到底并施工完底板且具有一定强度后，应及时地在结构底板内对微承压井的井口进行封闭。

封闭井口是非常关键的一个过程，必须保证一次性成功。

根据本车站微承压井管布置的位置等因素，采取了切合实际的井口封闭方案，具体的步骤如下：1）止水环的安装
开挖到基坑底部时，即开始施工30cm厚的垫层，在φ273mm井管的外边缘（垂直方向位置为垫层的中部）焊一外径为φ700mm的止水钢环，以防降压井施工时井管和钻孔之间的空隙内的水上升到基坑内。

参见图1中的步骤一。

图1 止水环和法兰以及盖板的安装
2）底板钢筋混凝土浇筑和法兰及盖板的安装
止水环安装和垫层施工完毕后，即施工底板，在浇筑底板混凝土时在井管部位底板顶部处预留一30cm高，尺寸为1m×1m的小坑，小坑周边预留连接钢筋。

待混凝土达到强度后，在井管内水位抽到低于底板下3~4m时，地面用吊车吊住井管和水泵，然后在小坑部位迅速割除井管，吊走井管和水泵。

在水泵继续抽水，管内水位低于底板的条件下，管口焊接法兰，焊好后，检查焊缝，确认焊接牢固，水密性保证。

此时，迅速将井管内水泵提出，管口立即安装橡胶垫圈及上部法兰，迅速拧紧螺栓，封住孔口，见图1步骤二。

3）小坑的钢筋混凝土回筑
图2 预留小坑的混凝土回筑
首先将小坑内上排纵横钢筋焊接连通，并进行凿毛清洗处理后，浇筑同标号防水混凝土。

参见图2。

2.1.3 西端头井微承压水处理的结果
微承压井的降水效果很好，可在短时间内迅速地降低微承压水的水头，且井口的封闭效果达到了预期的目的。

2.2 东端头井的微承压水处理方案
2.2.1 东端头井微承压水处理方案的理论依据
在施工西端头井部位微承压井的过程中，发现微承压水的水头高度与地质勘探报告中提供的数据不符，不是3.85m，而是6.15m。

另外，根据刘建航、侯学渊主编的《基坑工程手册》，可采用地基加固的方法在一定程度上解决承压水的问题。

因此，从施工方便性的角度来考虑，需要对东端头井底下的微承压水的突涌作用重新计算，能不施工微承压井尽量不施工，以利于施工。

参见图3。

图3 旋喷桩加固土体抗承压水图
东端头井部位的⑤2层微承压水层的顶板埋深为：
3.4(地面标高)-(-25.99)(⑤2层顶板标高)=29.39m。

东端头井的开挖深度为16.58m，故H=29.39-16.58=12.81m。

土体经过旋喷加固后容重为γ=20KN/M3，故：
γw·h/γ=10×(29.39-6.15)/20=11.62m
·h/γ(11.62m)，且再考虑土体本身抗剪力的增强及与围护结构由于H(12.81m)>γ
w
摩擦力的增加等因素，可认为不降低微承压水头也不会导致突涌现象的发生。

2.2.2 东端头井微承压水的处理措施
根据上述的理论计算，可知保证地基加固的效果是确保不产生突涌的关键因素。

因此，在实际的施工过程中，对原施工方案进行了优化，即将原方案中的两排旋喷桩裙边加固改为三排旋喷桩裙边加固，以加强地基加固效果。

参见图3。

图4 东端头井地基加固施工图
2.2.3 东端头井微承压水处理的结果
当开挖较深的东端头井的基坑开挖到底时，发现加固的效果很好，土体的强度值均达到并超过了设计值。

同时对坑底进行了监测，底部并没有发生隆起等现象。

3 结束语
地铁车站底下存在水头较高的承压水或微承压水时对深基坑的开挖施工是一个很大的安全隐患，必须采取正确的措施进行处理。

如水头较高进行完地基加固处理后安全系数仍然较小，则须通过施工深井降低承压水位保证不产生突涌。

如水头相对较低，且在保证地基加固效果的情况下，如能确保不突涌时则尽可能不施工深井，以方便开挖施工并降低成本。

参考文献
[1] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册.中国建筑工业出版社.北京. 1998
[2] 刘建航、侯学渊.基坑工程手册.中国建筑工业出版社.北京. 1999
[3] 陈国兴、樊良本. 基础工程学.中国水利水电出版社
Fan Jianjun Gu jianhui
(The 16th Bureau Group Co. of China Railways Construction ,Beijing 100031, China)
Abstract: Most subway stations of Shanghai were constructed in succession.That means we usually construct the structure from the bottom up after digging all soil within enclosure stucture.If at a certain depth under the baseplate exists the artesian water or the little artesian water, it is easy to happen that water bring pressure to the bottom of the base tunnel suddenly while excavating the base tunnel near the bottom.On the background of construction practice ,this article mainly introduces the technology which was apllied to deal with artesian water or the little artesian water under the subway station.
Key Words: Metro station, open-cut in succession, deep hole, artesian water, bring pressure to the bottom
作者简介
樊建军，男，1972年11月生，籍贯河北涉县。

1992年9月~1996年7月就读于河北理工学院采矿工程专业，获学士学位。

1996年9月~1999年3月就读于北京科技大学资源工程学院采矿工程专业，获硕士学位。

从1999年4月份至今一直在中铁十六局第六公司工作，主要从事于地铁方面的技术和研究工作。

工作经历简要介绍如下：
1、1999年4月~2003年11月在广州和深圳先后从事过如下工作：
(1) 五岔路口地下过街通道浅埋暗挖法的施工；
(2) 广州九运会道路工程的施工；
(3) 深圳地铁盾构施工；
(4) 先后到广州地铁设计院、中国国际工程咨询公司、河北水利水电设计院等单位进行
短期的助勤工作，对设计和监理等工作均有一定的了解；
(5) 从事多次地铁和其它工程的投标工作；
2、2003年12月至今在上海从事软土地基深基坑地铁车站的施工：
在多年的不同类型的工作中，积累了丰富的施工经验，主要有矿山法方面的施工、盾构方面的施工、深基坑地铁车站方面的施工等。

熟悉多种类型施工方案的编制和现场工作的管理等。

对多种工艺、工法的施工也有较深的理解，如矿山法中的侧壁导坑法、中洞法、台阶法等，地铁和其它施工中用到的土钉墙、人工挖孔桩、钻孔灌注桩、高压旋喷桩、水泥土深层搅拌桩、振冲式压密注浆、地下连续墙、SMW工法桩、降水井施工、土方开挖等。