天津地铁4号线西于庄站深基坑降水分析

天津地铁4号线西于庄站深基坑降水分析

摘要：文章对天津地铁4 号线西于庄车站基坑降水方案进行了综合论述，根据深基坑降水方案设计的基本原则以及工程地质、水文地质条件，介绍了合理的现场抽水试验及水文地质参数的计算方法，在此基础上分析了天津地铁西于庄车站深基坑开挖所采用的降水方案设计情况。

关键字：地铁；深基坑；降水

1工程概况

4 号线西于庄车站线路平面为直线，为地下3 层双柱岛式站台，站台宽14 m，车站全长190 m，结构标准段总宽度为23.1 m，基坑开挖深度29.

5 m。车站共设2 座风道，4 个出入口，2 个预留出入口。

车站位于红桥区西于庄地区，南侧为增产大街，其余三侧均为待拆迁的低矮楼房区，管线主要为增产大街范围内的雨水及污水管线，距离基坑边约为5 m。

2地质情况

本区地层由上至下分为9 层：人工堆积、全新统新近沉积层、全新统上组陆相冲积层、全新统中组陆相冲积层、全新统下组陆相冲积层、上更新统第五组陆相冲积层、上更新统第五组陆相冲积层、上更新统第二组滨海潮汐带沉积层、上更新统第一组陆相冲积层。场区表层地下水类型为第四系孔隙潜水，主要储存于粉土及砂类土中，以大气降水补给为主，附近地表水系补给为辅，其排泄以大气蒸发为主。附存于第Ⅱ陆相层及以下的砂层、粉土中的地下水具有微承压性，为微承压水，见图1。

基坑采用地下连续墙围护结构，地下连续墙深度为48 m，基坑开挖深度26.6～28.5 m。地下连续墙均穿透影响基坑开挖施工的第二微承压水层。

3降水难点

1）工程地质条件比较复杂，地层相互交替情况较多。由于原有建筑物较多，勘察孔基本上都是在坑外设置的，不能准确反映出坑内地层情况。

2）基坑开挖采用盖挖逆做法，对地层沉降反应明显。因此对基坑开挖以及基坑降水操作要求较高。为减少降水对坑外环境的影响，降水运行控制期间严格执行“分层降水、按需降水、动态调整”的降水原则，尽量减少坑外水位下降导致的环境变化。

3）地下连续墙渗透水是本基坑最大的危险源，需做好充分的应急预案。

4 降水验算

4.1基坑底板稳定性分析与计算

基坑开挖深度较大，需考虑下部⑥2、⑥4、⑦4和⑦5层承压水的顶托力对基坑底板造成的突涌破坏。因此，必须进行基坑突涌稳定性安全验算，根据验算结果采取有效减压降水措施，防止高水头的承压水从最不利点处突涌。由于基坑开挖面已进入第一微承压水层，需对第⑥层进行疏干考虑。因此需对⑦层进行验算。

开挖过程中，基坑底面的突涌稳定性安全验算，可按式（1）进行。

式中：h s———基坑底至承压含水层顶板之间的距离，计算时，承压含水层顶板埋深取最小值，m；

γs———基坑底至承压含水层顶板之间土的层厚加权平均重度，取19 kN/m3；

h w———承压含水层顶板以上的承压水头高度，m；

γw———地下水重度，取10.0 kN/m3；

F———基坑突涌稳定性安全系数，一般为1.05～1.3，本工程取1.2。

4.2 第二微承压水层的基坑突涌稳定性安全验算

整个基坑大底板区域内，承压水顶板最浅埋深按10-ZK-107 孔资料考虑，顶板埋深取37.00 m，微承压含水层的初始水头埋深暂定为6.00 m，车站标准段开挖26.60 m，端头井开挖最深度为28.50 m 。

承压含水层顶板以上的覆土压力P Z=h s·γs=（37.00-28.5）×19=161.5（kPa）

承压水的顶托压力P W=γw·h w=10.0×(37.00-6.00)=310（kPa）

F =P Z/P W=161.5/310=0.52＜1.2

需要布置承压井，降低承压水位。如要满足，则需降低承压水的水头值为17.5 m，即水位埋深在23.5 m。

4.3降水计算与分析

根据前述基坑突涌稳定性安全验算结果，必须对⑥2粉土、⑥4粉砂、⑦4粉土、⑦5粉砂含水层组采取有效减压降水措施，才能防止产生基坑突涌破坏。根据拟建场地的地质条件、基坑围护结构特点以及开挖深度等因素，本次设计采用了渗流数值法进行计算，为减压降水设计与施工提供理论依据。

根据研究区的实际水文地质结构条件及几何形状，对研究区进行三维剖分。根据研究区水文地质特性、基坑围护连续墙埋藏深度，水平方向将其剖分为75行，135 列，垂向将其剖分为6 层，图2。

减压降水设计计算以初始微承压水水头埋深5.0m 为前提条件。由于地下连续墙已将基坑下影响基坑安全的承压含水层组基本上隔断，因此为保证减压降水效果及尽量减小减压降水对环境的不利影响，采用坑内降水。计算结果见图3。

根据计算结果，潜水及第一微承压含水层作为疏干目的层，水位控制在-26.6～-28.5 m 以下即可，需布置24 口疏干井，井深为35 m。对于第二微承压水层，需降低承压水头至-23.5 m，需布置6 口减压井，另设置2口备用观测井，井深为43 m。因为基坑周边保护建筑物较多，为能够提前发现地下连续墙渗透情况，适当在建筑物附近设置部分坑外水位观测井。

4.4减压降水引起的地面沉降预测

1）减压降水引起的地面沉降计算。根据地下水渗流模型计算得出的水位降深值，采用经典弹性地面沉降公式进行降水引起的地面沉降预测计算。

△b=Σb0m v sγw F（2）

式中：△b ———地层压缩量，m；

b0———地层初始厚度，m；

m v———体积压缩系数，MPa-1；

s———承压水位降深，m；

γw———地下水重度，取10.0 kN/m3；

F———沉降经验系数，其取值与土性及降水持续时间有关。

2）沉降预测计算结果。根据式（2）对基坑降水引起的地面沉降进行了预测计算（不包括土体开挖引起的地面沉降），降水90d 后的预测地面沉降等值线见图4。