某地铁车站深基坑降水设计及施工问题分析

间） 的方法。
综合考虑基坑的开挖深度、降水区域内地下水
水力坡度、降 水 后 水 面 距 离 基 坑 底 部 的 高 度、降 水
期间地下 水 位 变 化 幅 度、过 滤 管 和 沉 砂 管 的 长 度
等，井点管埋设深度取 26 m。井管采用无砂滤水
管，滤管长度 20 m，顶部以下 6 m 以外为滤管部分，
为减少对周围建（ 构） 筑物的影响，降低抽水费 用，同时结 合 前 期 设 计 的 经 验，确 定 在 车 站 围 护 桩 外侧施作咬合三轴搅拌桩作为基坑的止水帷幕，采 取坑内降水、坑 外 止 水 的 方 式 进 行 降 水 施 工，以 减 小降水井出水量，缩小降水施工影响范围。降水作 业应将基坑内地下水位降至基坑底以下 1 m。
21． 2
弱
0． 5
中等
8． 0
强
15． 0
弱
0． 5
弱
0． 1
3 降水设计
3． 1 降水方案选择 根据该场 地 的 环 境 条 件 和 水 文 地 质 条 件，地
下水位较高，砂层较厚（ 地面以下 7 ～ 25 m 左右均 为 砂 层 ） ，渗 透 系 数 较 大 （ 细 砂 8 m / d、中 砂 15 m / d） ，若采用基坑外 降 水，则 会 对 周 边 较 大 范 围内（ 前 期 类 似 工 程 的 降 水 监 测 表 明，砂 层 较 厚 时，降水影响半径达 200 m 左右） 的建（ 构） 筑物造 成较大影响。
工程详勘所揭露的地下水水位埋藏变化较小， 初见水位埋深为 3． 7 ～ 5． 5 m（ 本次勘察野外作业期 间为弱降水期） ，标高为 82． 99 ～ 84． 55 m； 稳定水位 埋深为 4． 3 ～ 5． 8 m，标高为 82． 57 ～ 83． 95 m。地下 水位的变 化 与 地 下 水 的 赋 存、补 给 及 排 泄 关 系 密 切，每年 6 ～ 9 月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显 上升，而在 冬 季 因 降 水 减 少，地 下 水 位 随 之 下 降。 地下水年变幅 2． 0 m，3 ～ 5 年较高水位 3． 0 m。
表 1 土层水文地质特征及渗透系数值
层号
岩土 名称
简要水文地质特征
抽水试验 渗透系数 / （ m·d － 1 ）
透水性 渗透系数 / 评价 （ m·d － 1 ）
受大气降水和侧向
2 － 1 粉土 补给，含较多粘粒，
弱
0． 5
地下水富水性较差
受大气降水和侧向 2 － 3 细砂 补 给，富 水 程 度
中等
场地范围内地层主要为第四系（ Q） 沉积地层，
收稿日期： 2012 03 25
地层从上到下主要为人工填土、第四系全新统（ Q4 ） 粉土、粉 质 黏 土、粉、细、中 砂 及 第 四 系 上 更 新 统 （ Q3 ） 粉土、粉质黏土。
工程所处范围内地下水类型为第四系潜水，主 要由大气降雨补给。第四系冲积 ～ 洪积（ 4 － 3） 细 砂及（ 4 － 4） 中砂为主要含水层，砂层一般被人工填 土层、冲积 ～ 洪 积 土 层 覆 盖，地 下 水 具 微 承 压 性。 （ 4 － 3） 细砂及（ 4 － 4） 中砂粘粒含量较低，富水性 强，透水性好，渗透系数为 5 ～ 20 m / d； 冲洪积土层 饱水性好，其透水性中等 － 强透水。
日，开挖至地面下 11 m 时，见明水，立即停止开挖， 外侧地下水位下降约 2 m，由于施工止水帷幕过程 中南端西侧墙处出现施工冷缝，该处基坑侧壁存在 渗漏水情况，同 时 降 水 井 存 在 出 水 量 偏 小、水 跃 值 偏大等问题； 9 月 20 日，决定在基坑南端试挖 10 m
南 端 头 的 建 筑 物 上； 桩 体 变 形 累 计 最 大 为 15． 31 mm，位于基坑南端盾构井的西侧； 支撑轴力 最大为 753． 05 kN （ 第二层） ，位于基坑南端盾构井 西侧的斜撑； 桩顶水平位移最大为 7 mm，沉降最大 为 7 mm，位于南端盾构井段。从监测结果上看： 桩 体变形和地下水位变化相对较大，桩体变形为警戒 值的 60% ，其它监测项目为警戒值的 20% ～ 50% 。
1 概述
在地下水位较高的地区开挖地铁深基坑时，由 于含水层被 切 断，在 压 差 作 用 下，地 下 水 必 然 会 不 断地渗流入 基 坑，如 不 进 行 基 坑 降 排 水 工 作，将 会 造成基坑浸 水，使 现 场 施 工 条 件 变 差，地 基 承 载 力 下降，在动 水 压 力 作 用 下 还 可 能 引 起 流 砂、管 涌 和 基坑失稳等现象。同时若降水处理不当，会引发施 工险情，并 严 重 滞 后 工 期。 因 此，为 确 保 基 坑 施 工 安全，必须 采 取 有 效 的 辅 助 降 排 水 措 施，基 本 保 证 无水作业，确保地铁施工安全、质量和工期。
3． 2． 2 单井最大允许出水量计算
q
=
24
×
l'd α'
式中： q—管井出水能力，m3 / d；
区域达到25 m × 18 m（ 井点数量达到 86 个） ，水头 缓慢下降。
L'—过滤器淹没长度，取 6 m；
d—过滤器外径，500 mm；
α'—经验系数，取 115。 计算得，q = 630 m3 / d
模拟设计参数 k/ （ m·d －1 ） H /m L /m R /m
基坑 预测基坑
涌水量 Q / 涌水总量 / B / m S / m （ m3 ·d － 1 ） （ m3 ·d － 1 ）
15． 0 20． 6 467． 3 150 18． 7 13． 0 23 330． 5 25 663． 5
基坑降水常用的方法有明沟排水和井点降水 两种，其中 井 点 降 水 常 用 方 法 有 轻 型 井 点、喷 射 井 点、电渗井 点、管 井 井 点、自 渗 井 点 等，各 井 点 使 用 范围见表 2。
表 2 各井点使用范围
井点 类型
岩性
渗透系数 / （ m·d － 1 ）
轻型井点 粉质 黏 土、粉 土、细 砂、 0． 1 ～ 50 中砂
3． 2． 3 井点数量的确定
n = 1． 1 × Q/q
式中： n—管井数量，口； Q—基坑涌水量，25 663． 5 m3 / d； q—管井单井出水量，630 m3 / d。
所需管井数量： n = 1． 1 × Q / q = 45． 1≈45，布井 时根据场地条件、抽水影响因素等情况可适当加密。
6． 0
中等
2 － 4 粉质 黏土
受大气降水和侧向 补给，透水性差
弱
0． 1
4 － 1 粉土 4 － 3 细砂 4 － 4 中砂 4 － 5 粉土 4 － 6 粉质
黏土
受大气降水和侧向 补给，粘粒较多，透 水性较较差 受大气降水和侧向 补给，含 较 多 粘 粒， 地下水富水性中等 为受大气降水和侧 向补 给，含 较 多 粘 粒，地 下 水 富 水 性 中等 受大气降水和侧向 补给，含 较 多 粘 粒， 地下水富水性较差 受大气降水和侧向 补给，地下水富水性 较差。含 有 钙 质 结 核，粒径 5 ～ 30 mm
一般情况下，在进行深基坑开挖施工时应具备 如下条件：
（ 1） 基坑在开挖期间应将地下水位提前降至开 挖面以下 1 m，保持基坑开挖无水作业；
（ 2） 保持基坑侧壁的稳定和基坑底板的稳定； （ 3） 不 影 响 邻 近 建 筑 物 及 地 下 管 线 的 正 常 使用。
2 工程概况
本站所处场地属黄河冲洪积平原，场地起伏不 大，地形较平缓。地面高程 88． 115 ～ 88． 565 m。
·地铁结构·
某地铁车站深基坑降水设计 及施工问题分析
包宏涛
（ 中铁第五勘察设计院集团有限公司城市轨道交通设计院 北京 102600）
摘 要 降排水施工是否成功，在很大程度上决定着深基坑施工的成功与否。同时由于地下工程的复杂性，基坑 开挖过程中出现局部地质变异性大、局部流砂或涌水等现象，而且往往是多种因素综合作用。结合郑州地铁某深 基坑具体工程，阐述了基坑降水设计及施工中遇到的问题，并对这些问题进行了分析，提出了应对措施。 关键词 地铁车站 深基坑 降水设计 减压井 中图分类号 U231． 4 文献标识码 A 文章编号 1009-4539 （ 2012） 增 2-0062-04
长，以判断基坑涌水涌砂及强降水安全开挖的可能 性。9 月 26 日，南端基坑内开挖至地表下 13 m 位 置时出现涌水、涌砂现象（ 见图 1） ，立即停挖，并对 突涌点反压回填。
随后，组 织 了 当 地 水 文 专 家 为 主 的 专 家 咨 询 会，鉴于砂 层 含 粘 粒 较 多，制 定 了 改 变 管 井 降 水 的 井壁材料为绕丝管措施。10 月 16 日，针对水位仍 未有效下降，但 因 基 坑 全 面 降 水，南 侧 外 侧 地 下 水 位仍 相 对 下 降 2 m，而 北 端 外 侧 水 位 已 下 降 约
各土层的水文地质特征及渗透系数值见表 1。 因道路两侧设有 50 m 宽绿化带，车站布置与道 路西侧绿化带内，本站站后设交叉渡线和故障车停车 线，车站总长 467． 3 m，车站标准段宽 19． 1 m，最大宽 24． 5 m（ 轨排井处） ； 中心里程处顶板覆土3． 0 m，底板 埋深约 16． 3 m。车站主体为地下二层双跨闭合箱形 框架结构，采用明挖顺筑法施工。基坑围护结构采用
止水位至含水层底板的距离 （ m） ； R 为影 响 半 径
（ m） ； S 为设计水位降深，设为底板标高下 1． 0 m，
S = 13． 0 m。
预计基坑涌水量见表 3。
铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2012 （ 增2）
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·地铁结构·
表 3 基坑涌水量预测
喷射井点 砂土、粉土
0． 1 ～ 20
降低水位深度 /m
3 － 12
8 － 20
电渗井点 黏性土、淤泥质土、粉土 ＜ 0． 1
＜6
管井井点 砂土、碎石类土、岩石 ＞ 3
不限
根据 本 车 站 地 质 条 件、施 工 环 境、水 位 降 深 要
求等因素，综合考虑采用深井管井降水为主 （ 基坑
开挖施工前） 、集水井明排为辅 （ 基坑开挖施工 期
4 降水施工中出现的问题
图 1 基坑涌水、涌砂
4． 2 施工监测 南端基坑基本开挖至基坑底部，基坑周边水位
呈北端水位下降（ 9． 05 m） 明显大于南端水位下降 （ 3． 85 m） ； 地表沉降累计最大为 9． 24 mm，位于基 坑南端西侧； 建筑物沉降最大为 6． 01 mm，位于基坑
4． 1 降水施工 本站基坑于 7 月 17 日开始降水作业； 8 月 27
滤管部分全部采用密目网包裹。井管下入后立即
在井管外侧填入滤料。滤料采用粗砂或豆石，需具
有一定的磨圆度，含泥量（ 包括含石粉） ≤3% ，粒径
1 ～ 5 mm。滤填充至车站含水层以上 3 ～ 5 m，填充
至孔口时改用黏土回填，回填高度不小于 1 m。为
防止雨污水、泥 砂 或 异 物 落 入 井 中，井 管 要 高 出 地
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铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2012 （ 增2）
·地铁结构·
钻孔灌注桩 + 三轴搅拌桩止水帷幕形式。标准段钻
孔灌注桩有效桩长 23． 2 m、嵌固深度 8． 8 m，桩外侧
采用单排三轴搅拌桩作止水帷幕，长约 29 m。三轴
搅拌桩插入粉质黏土相对隔水层不少于 2． 3 m。
面300 mm，并加盖或捆绑防水雨布临时保护。
3． 2 基wk.baidu.com降水设计计算
3． 2． 1 基坑涌水量计算
选择块状基坑公式估算基坑涌水量：
Q
=
Lk（ 2H － R
S）
S
+
1．
366k（ 2H lgR － lg
－ S） B 2
S
式中，L 为基坑长度（ m） ； B 为基坑宽度（ m） ； Q 为基坑出水量（ m3 / d） ； k 为渗透系数（ m / d） ； H 为静
注： 渗透系数取值考虑基坑降水实际情况（ 基坑周围打帷幕桩） 为 基底涌水，而基底地层为中细砂，因此 K 值按建议取值
5． 2 m。施工现场采取继续增加了降水井的密度， 至此基坑内降水井总量达 80 口（ 其中无砂管降水 井 63 口，绕丝管降水井 17 口） ； 同时在基坑盾构井 处局部 14 m × 16 m采用真空井点降水，与管井降水 相结合，并进行试验性抽水，水位变化不明显，遂考 虑加大真空井点降水的规模，增加真空井点降水的