01地下水综合治理的实践

上海广联建设发展有限公司SHANGHAIGUANGLIANCONSTRUCTIONDEVELOPMENTCO.,LTD地下水综合治理的实践2013年4月11、问题的提出1.1面临的工程问题基坑规模：面积已达１５万平米，开挖深度已达４０米（坑底已到承压含水层）；水文地质条件：含水层厚度达１５０米，渗透系数达２００ｍ／ｄ，多层含水层之间（由于天窗）水力联系紧密；环境保护要求：运营地铁总的沉降控制标准：＜＝２ｃｍ，对降水诱发的沉降要求更高；1.2问题的分析降深要求:越来越大;降水时间:越来越长;每日抽水量：超过１万Ｍ３风险:越来越高;降水诱发的沉降大;水头恢复速率快;供电、排水等要求高。城市中深基坑施工不仅要求将水头控制在安全线以下，以确保基坑本体的安全；而且对周围建构筑物有着严格的沉降控制要求，以确保周边环境的安全。1.3解决思路—地下水综合治理工程实践迫切要求承压水控制思路从以往的单纯的“水位控制”转变为“综合治理”即从勘察、设计、施工全过程入手，建立“以水位控制为前提、以沉降控制为核心”的承压水综合治理体系，以保证大规模地下空间开发过程中城市功能的正常运作和社会生活的安定。6２、工程案例宜山路内环线高架凯旋路案例１：工程概况——平面位置●站长285.80米，标准段宽21.2米。●标准段基坑开挖最深为27.9m，端头井最深为30.6m。●车站主体地下墙厚1.2m，原设计标准段地下墙深48m，端头井51m深。工程简介复杂的周边环境●由封堵墙分为4个基坑●施工流程Z1-Z2-Z4+Z3Ｚ１Ｚ３Ｚ４Ｚ２地质特点：6层缺失；5层粉/粘亚层交错沉积；微承压含水层复杂，７、９两个承压含水层相连。复杂的地质条件地质特点：6层缺失；5层粉/粘亚层交错沉积；微承压含水层复杂复杂的地质条件针对性的地质条件补勘现有资料的局限性●Z3基坑东端头井东侧⑤2-2层尖灭点位置为推测尖灭点，无法确定基坑内⑤2-2层分布，影响降水设计。补勘点平面图补勘点后地质剖面针对性的地质条件补勘以沉降控制为中心的现场降水试验试验目的●参数反演●调查降水过程中的各土层之间的水力联系及固结沉降规律●通过不同滤管长度的降压井抽水能力对比，找出最优化的降压井结构。现场降水试验井平面图设施：●降压井群●观测井群Y1～Y3:滤管深入7层中，长度分别为11m，9m，7m。以沉降控制为中心的现场降水试验设施：●降压井群●观测井群●监测系统以沉降控制为中心的现场降水试验现场降水试验井平面图现场降水试验成果1●经三角堰水箱测量，三口滤管长度分别为11m/9m/7m的降压井，流量大致相当，水量与滤管长度并非直接相关，而与井点工艺和施工过程控制更为密切。010203040506070Y1Y2Y3-18-16-14-12-10-8-6-4-20G1G2G3G4G5G6Y1Y2Y3水量水位以沉降控制为中心的现场降水试验2●经过数值拟合计算，求得场地的水文地质参数。可见含水层的垂直渗透系数与水平渗透系数是存在较大差异的。参数计算方法水平渗透系数Kh垂直渗透系数Kv导水系数T导压系数A越流因子Br影响半径R(m∕d)(m2∕d)(m)Y13.81.322866866775383Y24.22.025243533720713Y33.81.722853533730583群井3.61.821656866760842平均3.851.723155200746630以沉降控制为中心的现场降水试验现场降水试验成果3●确认第⑤层最下部的亚层（东部为⑤2-2层，西部为⑤3-2层）与7层存在一定的水力联系，但其水位的降低存在一定滞后性。-18-16-14-12-10-8-6-4-2021d1.5d2d2.5d3d3.5d4d4.5d5d5.5d6d6.5d7d7-27-15-2-25-3-15-1-24-137-2层7-1层5-3-2层其他各层现场降水试验成果以沉降控制为中心的现场降水试验4●80m范围内地面沉降成明显的“盆形”沉降，且反应比较迅速，邻近建构筑物也有较为明显的反应。纵向各测点地表沉降-5.0-4.0-3.0-2.0-1.00.012345678910测点（BD）沉降（mm）现场降水试验成果以沉降控制为中心的现场降水试验“降水最小化”的降水设计和施工“分层降压”设计理念●根据前期降水试验，⑤3-2层与下部⑦层存在水力联系，但垂向补给较慢。●如果在此土层中布设井点，即使抽水量不大，也能够消除承压性，此时⑤3-2层可视作有效的隔水层，从而大幅度减小降深。这一理念我们称之为“分层降压”。不同设计理念最大设计降深不分层降压分层降压Z117m6mZ216m7.7mZ420.4m6.5m“分层降压，分层控制”设计理念“降水最小化”的降水设计和施工●在Z1基坑内设置⑤3-2层疏干兼降压井，基坑外设置⑦层降压井，降压井最大设计降深由17m压缩到仅6m，开两口井就足以满足要求，大大减少了诱发的沉降。“分层降压”设计理念“降水最小化”的降水设计和施工●严格按工况降水，制定降水工况表，按计算要求，逐根开启井点，仅提前1天降水。●“按需降水”即根据深基坑实际开挖工况和回筑工况，动态地确定承压水降深，以减小周围地层沉降。“按需降水”理念“降水最小化”的降水设计和施工“按需降水”理念“降水最小化”的降水设计和施工●Z1段基坑应用了分层降压与按需降水后，其降水仅持续61天，开挖阶段降水仅17天，其中最大降深持续的时间仅9天,回筑阶段降水44天。●Z1段基坑施工对周围环境的影响是非常小的，地表最大沉降仅为18.8mm，西侧25m外内环线高架的沉降仅为4.8mm。优化成果：根据前期现场降水试验结果，表明在一定的滤管长度下，降压井出水量与滤管长度并非直接相关，而与井点工艺和施工过程控制更为密切。根据场地的地质条件及施工因素综合考虑，降压井滤管长度优化至8m。围护-降水一体化设计优化降水井结构优化围护深度对Z3基坑围护深度制订了7个计算方案。其中原设计方案地下墙均未插入含水层，称为方案1；仅加深端头井地下墙的方案成为方案2，其中地下墙深度分别取60/61/62m，称为方案2-1～2-3；端头井和标准段全部加深的方案称为方案3，其中地下墙深度分别取60/61/62m，称为方案3-1～3-3。优化计算围护深度图5.4-4方案1降深等势线图5.4-6方案3-3降深等势线方案1方案1降深等势线坑内外最小水头差为3.96m，坑外最大水位降落达到13.04m。围护-降水一体化设计优化计算围护深度图5.4-4方案1降深等势线图5.4-6方案3-3降深等势线方案2-3降深等势线坑内外最小水头差为7.06m，坑外最大水位降落达到9.91m。围护-降水一体化设计优化计算围护深度图5.4-4方案1降深等势线图5.4-6方案3-3降深等势线方案3-3降深等势线围护深度坑外最大降深6061625.434.521.04方案3-13-23-3围护-降水一体化设计井深：６０Ｍ优化计算围护深度图5.4-4方案1降深等势线图5.4-6方案3-3降深等势线方案3-3降深等势线●在平衡各类因素后，端头井部位采用62m深地下墙，标准段部位采用61m地下墙的方案，能够满足环境保护要求，且造价相对低廉，易于被各方接受。围护-降水一体化设计围护加深后实施效果●Z4基坑单独降水、Z4和Z3同时降水和Z3单独降水三种工况●两个基坑同时降水与Z4基坑单独降水差异不大，说明Z3基坑地下墙加深的阻隔作用非常明显，证明了三维渗流计算的准确性。●Z3基坑面积达1800m2，仅开启1口井，水量控制在20T/hr，就可达到设计降深16m，此时该井点仅启用了50%的降水能力。围护-降水一体化设计围护加深后实施效果图5.4-4方案1降深等势线图5.4-6方案3-3降深等势线●由于孔隙水压力变化很小，附近的地铁3号线在施工过程中沉降仅6mm。围护-降水一体化设计案例２：杭州地铁1号线江南风井承压水减压降水33附属结构盾构区江南风井平面图江南风井剖面图盾构区：挖深：29.271m地墙深：48.00m附属结构：挖深：14.871m，地墙深26.50m杭州地铁1号线江南风井承压水减压降水35工程特征钱塘江南岸深层承压含水层主要分布于深部的⒁层细砂、圆砾层中，水量丰富；基坑面积小、深度大；地下连续墙进入承压含水层顶板以下约4.00m；在地墙深度范围内，地墙对承压水渗流具有显著阻隔效应，即：连续墙底以上，基坑内、外侧的深层承压含水层呈半连通状态。5杭州地铁1号线江南风井承压水减压降水36承压水降水措施针对本工程特征及围护结构与深层承压含水层的相对埋深关系、场地水文地质条件，采用坑内降水措施。坑内减压井结构：过滤器长4.00m，底端埋深48.00m，不超过地墙底端埋深。坑内减压井数量：布置4口井进行按需减压降水；布置1口观测兼备用井，用于监测承压水位控制效果、降水安全储备。地层剖面、基坑剖面与减压降水井结构盾构区深基坑减压降水井平面布置图5杭州地铁1号线江南风井承压水减压降水39群井抽水试验结果1.坑内4口井（Y1~Y4）连续抽水8小时后，坑内承压水位埋深趋于稳定。2.坑内承压水位可降至地面下27.24m深度处，水头降深达到17.44m，满足基坑明挖所需的安全承压水位埋深控制要求。3.坑外水位降深：距地墙13.50m处，坑外水位观测孔内的最大承压水位降深为1.91m。5杭州地铁1号线江南风井承压水减压降水40群井抽水试验结果(续)群井抽水试验结果统计表抽水试验编号开启抽水井编号坑内观测井(YG1)承压水位降深(m)坑外观测井(G1)承压水位降深(m)1Y23.800.662Y2、Y37.071.053Y2、Y3、Y415.171.694Y2、Y3、Y4、Y117.441.91备注1、坑外观测井(G1)与地墙水平距离为13.50m；2、初始承压水位埋深为9.80m。杭州地铁1号线江南风井承压水减压降水41结论基坑外侧的承压地下水位降深较小，证明了地下连续墙对地下水渗流的阻隔作用。对于深基坑承压水降水，必须采取自动化风险预控措施：采用双电源及断电自动应急措施，保证降水持续进行；采取专门封井措施，确保主体结构的正常使用。保证成井质量是该工程降水成功的重要前提。降水井过滤器较短，关键是要保证单井出水量。承压水降水运行风险控制系统42承压水降水运营风险源水位异常用电异常设备异常承压水流量大、水位恢复速度快---要求持续抽水，避免长时间中断抽水针对主要风险源，研制风险控制系统承压水降水运行风险控制系统43针对主要风险源，研制风险控制系统；采用自动控制系统，保证应急反应迅速承压水降水风险控制系统1、智能化数据采集与远程实时监控系统2、工程降水自动预警系统3、断电自动预警与应急系统4、备用井自动启动系统承压水降水运行风险控制系统441、智能化数据采集与远程实时监控系统—及时了解降水效果与掌控水位异常承压水降水运行风险控制系统452、工程降水自动预警系统—保证应急反应迅速承压水降水运行风险控制系统463、断电自动应急系统---保证电源中断不超过100s~数分钟电控中心，控制电源切换与延时启动抽水泵市电备用电源承压水降水运行风险控制系统474、备用井自动启动系统—针对抽水设备异常、水位异常，确保控制安全水位埋深自动控制箱，预设控制指令水位自动采集备用井内的抽水泵案例３：长江西路越江隧道浦西工作井⑨层降水上海长江西路隧道是目前上海市内在建的特大交通配套工程之一。拟建浦西工作井位于宝山段，基坑面积约1800m2,基坑开挖深度达到了35.55m，止水帷幕深度为57.0m,未进入第二承压含水层。本基坑距正在运行的轨道交通3号线离约为29m，距逸仙路高架约50m且工作井周边管线众多，环境要求高。隔水层（⑧层）⑨层含水层初始水位水文地质条件周边环境基坑抗突涌稳定性分析工程位置开挖标高（m）水压力（kpa）土压力（kpa）需降深（m）控制水位埋深（m）浦西工作井-29.65556.50437.2111.3616.46工作井下翻梁-31.55401.3914.7719.87PX29-25.780