地铁车站深基坑帷幕坑内降水技术.

LOGO地铁车站深基坑帷幕坑内降水技术交流人：刘犬儒摘要本文以西安地铁一号线浐河站工程为例，详细介绍了在砂层、卵石土及粉质粘土地质中采用地下连续墙作为止水帷幕的情况下，运用合理的施工方法解决地铁车站深基坑帷幕坑内降水施工的技术问题，重点说明了该工程深基坑帷幕坑内降水的措施和效果，对今后类似地下工程的施工具有一定的参考价值。一、工程概况站场位置及设计概况浐河站位于西安市浐河东岸、长乐东路南侧，东三环半坡立交桥的西南角。有效站台中心里程为DK28+987.00。本车站为地下三层双柱三跨岛式车站，车站长度134.6m，标准段宽度约21m，车站底板埋深约22.31m，顶板覆土厚度约2.9m。车站西端为盾构始发，东端为盾构到达。本工程采用明挖法施工，基坑围护结构采用放坡和800mm厚地下连续墙结合的支护方案，车站主体采用现浇钢筋混凝土箱形框架结构，结构外设置全外包防水层。水文地质情况站区内主要地层从上至下分别为：杂填土，素填土，粉质黏土，粗砂，卵石土等。场地地下水埋深介于5.10-9.70m，地下水高程介于394.83-396.86m之间，属潜水类型。地下水位年变化幅度约1.50～2.00m。设计抗浮水位为402.00m，设计抗渗水位为400.00m。地下水主要赋存于粗砂、圆砾土、卵石土中。粉质黏土为弱含水层，在站区内连续分布，其中粗砂、卵石土无明显承压性。地下水补给主要有大气降水、浐河河水补给及局部水管渗漏等。地下水流向总体上从东南流向西北，潜水排泄方式主要为径流排泄、人工开采、潜水越流排泄及蒸发消耗等。该车站水位降深较大，降深13.61～18.21m，尤其是在连续墙内降水时在墙外侧高水头压力作用下，降水井反滤层容易出现涌砂现象，需要施工单位有很丰富的经验和对设计及规范的严格执行，并有针对性的制定应急预案和应急措施。一、工程概况车站基坑概貌确定降水方案根据工程地质条件、水文地质条件及基坑周边建筑物环境条件，以及我单位在基坑降水方案设计和施工方面的经验，浐河站采用坑内管井降水+观测井方案，主要选择原因如下：1、基坑深度范围内含水层主要为卵石土夹层、粉质粘土及粗砂夹层，综合渗透系数浐河站取19.8m/d（参照《浐河站岩土工程勘察报告》），降水初期涌水量较大，可采用管井降水方案。2、根据西安地区帷幕止水效果分析，采用帷幕止水后，能有效的控制坑外水位下降，但根据北大街地铁站等工程的观测资料，帷幕外水位下降约3m左右。本工程采用地下连续墙作为帷幕止水的基坑围护方案，在保证围护结构施工质量前提下，可以较好控制坑外水位，以保证周围建筑物的沉降在正常范围内（小于20mm），保证其正常使用。3、基坑工程降水涉及到的因素比较多，为了保证基坑降水顺利进行，以及为了解决后期施工降水出现的预料外问题，如局部水位下降太慢或降水不符合设计要求等，需要根据布置于降水井附近区域的观测孔（井）水位资料来判断。二、确定降水方案计算参数根据工程地质勘察报告建议值，各含水层渗透系数取值如下：新黄土7m/d粗砂30m/d圆砾土50m/d卵石土60m/d粉质粘土3m/d对各含水层厚度和渗透系数进行加权平均确定本工程含水层的综合渗透系数。基坑降水基本特征见表1。表1浐河站降水基本特征综合渗透系数：根据各含水层渗透系数、各地层厚度及含水层总厚度，通过加权平均计算得出综合渗透系数k取19.8m/d。名称长度（m）宽度（m）基坑深度（m）现状水位埋深（m）控制水位埋深（m）降水深度（m）备注浐河站134.822.022.3182515.3～19.9考虑年水位变幅三、降水设计降水井深度浐河站为基坑内布井，地下连续墙作为帷幕结构，有挡水的效果。计算时先按没有帷幕影响计算降水，再按有帷幕影响情况下计算降水,按经验实际取用值介于两者之间。降水井深度H≥H1+H2+i×r0+l+l0式中：H—降水井深度m；H1—基坑开挖深度取22m；H2—降水水位距基坑底的深度1m；i—降水曲线坡度取0.1；r0—基坑等效半径；l—过滤管度取值4m；l0—沉沙管度取值1m；得降水井深度H≥22.3+1+0.1*45.47+4+1=32.5m，取33m。考虑地下连续墙起止水帷幕作用，降水井底不能穿透底板弱含水层（粉质粘土层）进入砂层，降水井按照30m深考虑。降水井基本参数降水井直径选择600mm，井管内径400mm，rw=0.2m，含水层厚度H=30-8=22m。基坑等效半径r0及影响半径R等效半径r0=0.29×（B+L）=0.29×（134.8×22）=45.47m降水影响半径=2×17×(19.8×22)0.5=709.6mS—设计水位降深kHSR2三、降水设计单井涌水量q暂选用污水潜水泵型号为WQ50-20-40-5，单井出水量q＝20×24=480m3/d。实际采用的泵型应根据基坑水位及出水量确定，待抽水进入稳定期，涌水量减小后，可换用较小流量的水泵。三、降水设计浐河站为基坑内布井，地下连续墙作为帷幕结构，有挡水的效果。计算时先按没有帷幕影响计算降水，再按有帷幕影响情况下计算降水，按经验实际取用值介于两者之间。不考虑止水帷幕的计算1、总涌水量计算=1.366×19.8×(2×22-17)×17÷log（1+709.6÷45.47）=10173.6m32、降水井数量n降水井数＝1.1×10173.6÷480=23口)/1lg()2(366.10rRSSHkQQqQn/1.1四、降水计算考虑止水帷幕的计算1、总涌水量计算=1.366×19.8×(2×22-17)×17÷[2log（709.6+45.47）-log（45.47×（2×22+45.47））]=5783.4m32、降水井数量n考虑同样的单井出水量q＝480m3/d，则降水井数=1.1×5783.4÷480=13口综上取浐河站降水井数为18口，另设4口观测井，紧急情况下可兼作降水井。)2(lg)lg(2)2(366.1000rbrrRSSHkQQqQn/1.1四、降水计算管井基本参数根据上述计算，结合类似工程经验，初步确定浐河站管井降水基本参数如下：表2降水井参数管井位置确定降水井位置的确定应根据车站围护结构、车站主体结构尺寸、钢管支撑等综合考虑，并考虑到地下结构施工操作空间及尽量避免降水井置于结构的转角处（因为这些地段构造钢筋多，后期防水处理难度大）。根据基坑总长度及降水井数量，浐河站布井间距平均为15.3m（布井周长307m）。车站基坑降水井布置详见图1。名称井直径(m)井间距(m)井深(m)井数(m)选择水泵扬程(m)浐河站0.615.3302240四、降水计算图1车站基坑降水井布置图四、降水计算降水井结构井径Φ600mm，全孔下入Φ400mm的混凝土无砂管。混凝土管可不采用尼龙砂网外包，但全孔回填要采用3～5mm天然圆砾。井管结构示意图见图2。图2井管结构示意图钻孔天然圆砾回填地表2~3m1.0m沉淀管段粘土封口无砂管段Φ600四、降水计算五、降水作业降水井施工根据西安市管井施工经验，降水井采用锅锥工艺施工，施工工艺流程见图3。1、施放井位降水井井位施放时必须详细调查核实场区地下管线分布情况，当无法确定时可采用人工挖探孔的方法，确认地下无各种管线后方可施工。为避开各种障碍物，降水井间距可作局部调整，保证降水井中心距围护结构距离，且降水井总量不得减少。2、降水井成孔管井采用锅锥成孔，井身结构误差：井径误差±20mm；垂直度误差≤1%；井深满足设计井深。图3施工工艺流程见替浆井位施放切割井位、排水管路面人工挖探井钻机就位成孔填滤料下井管洗井做检查人井埋设排水联络管线下泵抽水起拔护筒测量孔深清运渣土恢复路面（地面）现场踏勘清运泥浆钻机移位清理现场施工准备3、替浆及下管下管前注入清水置换全井孔内泥浆，砂石泵抽出沉渣并测定孔深。替浆过程中，安排好泥浆及渣土的清运工作。井管采用无砂砼滤水管，在预制砼管鞋上放置井管，缓缓下放，当管口与井口相差200mm时，接上节井管，接头处用尼龙网裹严，以免挤入泥砂淤塞井管，竖向用3-4条30mm宽、长2～3m的竹条用2道铅丝固定井管。见图4。为防止上下节错位，在下管前将井管依井方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，为防止雨污水、泥砂或异物落入井中，井管要高出地面不小于200mm，并加盖或捆绑防水雨布临时保护。五、降水作业降水作业下井管4、填滤料井管下入后立即填入滤料。滤料应具有一定的磨圆度，滤料含泥量（包括含石粉）≤3%，粒径2～4mm。填砾料时，滤料沿井管外四周均匀填入，宜保持连续。要避免填料速度过快或不均造成滤管偏移及滤料在孔内架桥现象，洗井后滤料下沉及时补充滤料，要求实际填料量不小于95%理论计算量。5、洗井下管、填料完成后立即进行洗井，可采用下泵试抽洗井，用潜水泵反复进行抽洗，直至水清砂净，上下含水层水串通，否则改用空压机由上而下分段洗井。洗井过程中应观测水位及出水量变化情况。五、降水作业排水管路地面排水管为1根直径为φ300mm的pvc管，布置在基坑四周，水泵采用50mm胶皮软管或白塑料管引至地面排水管道。排水经过滤后排入市政管线，排水口位置经市政统一认可确定。选定排水口的数量和管线应满足降水最大排水量的要求，排水口管径大小根据现场实际情况具体确定，应满足合理疏排地下水及雨水。五、降水作业降水作业排水管路排水管路降水作业潜水泵及泵管安装吊放，置于距井底以上1.5m～2.0m处，开始抽水时，因出水量大，为防止排水管网排水能力不足，可以间隔的逐一启动水泵。抽水开始后，逐一检查单井出水量、出水含砂量。根据浐河车站的土体渗透性和基坑的周围环境，严格控制基坑内的降水速度和降水量非常重要，若基坑内过早或过量降水，则会影响基坑外地下水位，可能产生过大沉降，影响周围环境的安全。因此，基坑降水必须和开挖密切配合，施工中采取分段、快速、集中降水的方法，并且依据土体渗水速率、基坑内土体疏干情况和基坑开挖的速度进行降水，主体结构深基坑是采用分层降水法，在基坑开挖前15天开始进行降水，由井内安装的自动控制水位器来控制降水深度，其控制高度应通过计算确定，五、降水作业既不要抽水过深引起地面沉降，也不要抽水过浅危及坑底安全。并通过基坑内的观测井，掌握水位变化情况，基本将地下水降至基坑开挖面下1.0m左右，即满足开挖该层土体的要求。结构段施工完毕，随即停止抽水。抽水含砂量控制：为防止因抽地下水带出地层细颗粒物质造成地面沉降，抽出的水含砂量必须保证：粗砂含量＜1/50000；中砂含量＜1/20000；细砂含量＜1/10000。当含砂量过大，可将水泵上提，如含砂量仍然较大，重新洗井，需要维修更换水泵时，逐一进行。五、降水作业降水观测降水期间对地下水动态进行观测，并对地下水动态变化进行及时分析。当地下水位急剧变化及时分析原因（如水泵损坏、地下含水构筑物突然破裂漏水或区域地下水位上升等），采取相应的处理措施。五、降水作业六、降水井的拆除和封堵本工程为基坑内管井降水，因此，基坑降水的施工运行与车站的地下施工紧密联系，随着基坑的开挖和地下结构的施工，将涉及到降水井运行过程中的破除和降水井位处结构预留及后续的防渗漏等诸多问题。降水井的拆除随着土方开挖的进行，需要逐级破除降水井管。井管破除时步骤如下：1、机械开挖破除到井管周围1.5m直径范围后，采用人工清除井管周围土体；2、人工轻抬破除井管，在其底部插入硬质薄板，封严下部降水管井，以防碎屑掉入井内；3、人工轻、慢砸碎上部井管，清理井口。降水井的封堵随着土方开挖到基坑底部后，紧接着车站主体结构等的施工开始，如底板、地下侧墙及砼柱等，此时降水井还处于运行阶段，势必导致该处为一施工接缝口，这将引发降水井后续封堵问题。降水井封堵措施及方法如下：底板垫层排出坑外止水翼环止水翼环降水井预埋钢管厚钢板封口钢板引流钢管底板垫层排出坑外止水环止水环降水井预埋钢管厚钢板满焊封口钢板引流钢管浇筑底板时预埋钢套管降水井内用速凝混凝土填充封堵降水井六、降水井的拆除和封堵将制作好的钢管（直径400mm，t=5mm，管中部焊接宽100mm、厚10mm