沈 敏

（上海隧道工程股份有限公司，上海 200331）

1 工程概況

杭州地鐵1號線濱江站-富春路站區(qū)間擬建工程位于濱江站（江南大道與江陵路交叉處樁號K5+886.50）至富春路站（富春路與婺江路交叉處樁號K8+838.70）之間，橫穿錢塘江，設(shè)計使用年限為100 a，區(qū)間全長2 952.20 m。隧道最大縱坡為25‰，為地下雙線單圓盾構(gòu)隧道，隧道外徑6.2m。在南北兩岸各設(shè)置一座中間風(fēng)井，江中設(shè)置區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道；錢塘江中段盾構(gòu)區(qū)間走向基本與錢塘江流向方向垂直，長度約1 310m（見圖1）。

圖1 杭州地鐵1號線工程線路示意圖

工程開挖深度及圍護深度見表1所列。

表1 工程開挖深度及圍護深度匯總表（單位：m）

2 江北風(fēng)井降水概況

2.1 降水方案設(shè)計簡介

潛水：上部砂土層厚度20.60 m，層底埋深22.87m，主井底板位于土性較好的⑨1a粉質(zhì)粘土層中，附屬井底板位于③6層粉砂層中，圍護將潛水含水層隔斷。

承壓水：承壓含水層頂板埋深32.77 m（標(biāo)高-24.93m），距離基坑開挖面6.364m。承壓含水層初始水頭埋深7.92 m（標(biāo)高-0.08 m，詳勘報告），承壓含水層水頭高度為25.01m。

水頭壓力：Pwy×1.1=（24.93+0.08）×10×1.1=275.11（kPa）。

基坑開挖到底時承壓含水層上伏土壓力：Pcz=6.364×19.0=120.92（kPa）。

Pcz/Pwy<1.1，需要降低承壓水水頭14.02 m，基坑開挖到基坑底板時按照1.1的安全系數(shù)考慮需要控制承壓水水頭埋深在21.94 m（以下），控制承壓水水頭標(biāo)高為-14.10m。

同時根據(jù)水土壓力平衡條件，計算得基坑臨界開挖深度為18.29 m，標(biāo)高為-10.45 m。位于第四、第五道混凝土支撐中間。即第四道混凝土支撐（底標(biāo)高-9.415 m，深度17.255 m）養(yǎng)護完畢進行下一層土體開挖時，便需要考慮承壓水減壓。

根據(jù)場區(qū)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，結(jié)合工程實際情況，采用坑內(nèi)布置降壓井（見圖2～圖4）。

圖2 坑內(nèi)降水井平面布置圖

圖3 江北坑內(nèi)、坑外預(yù)測水位降深曲線圖

圖4 江北預(yù)測水位降深等值線圖

預(yù)測結(jié)果表明，降水方案可行，可以滿足基坑降承壓水要求。

2.2 降水效果

根據(jù)降水方案設(shè)計組織降水井施工，并且于2008年10月19日晚進行坑內(nèi)群井試驗，采用逐個開啟降壓井的抽水運行方式，Y1抽水2 h后增開Y4，2 h后增開Y2，逐步開啟坑內(nèi)Y1、Y4、Y2。觀測坑內(nèi)Y3水位降深變化情況。抽水時間擬定6 h。

群井試驗工況見表2所列，坑內(nèi)水位埋深變化見圖5所示。

表2 群井試驗工況表

同時根據(jù)坑外水位觀測井G1的水位變化，坑內(nèi)水位降深15.58m時，坑外水位降深0.90m。

2009年2月19日坑內(nèi)降壓降水開始抽水運行，之前已經(jīng)建立了風(fēng)險可控的承壓水降水運行風(fēng)險控制系統(tǒng)，至6月10日，江北風(fēng)井成功實現(xiàn)封底后降水運行結(jié)束。北風(fēng)井成功實現(xiàn)降水明挖，證明了圓礫層承壓水通過懸掛式止水帷幕＋井點降水的施工方案是可行的。

3 水文地質(zhì)模型

以江北風(fēng)井的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)為背景，承壓含水層為圓礫層，滲透性好，水量豐富。含水層埋深33 m，厚度為28 m，承壓水水頭要求降低12m（見圖6）。

4 數(shù)值計算結(jié)果（見表3）

（1）止水帷幕由34 m增加到41 m過程中，每加深1 m，基坑總涌水量減少超過10%；由44 m增加到52 m過程中，每加深1 m，基坑總涌水量減少基本呈線性變化，減少比例約為7%。

圖5 坑內(nèi)水位埋深－時間變化曲線圖

圖6 止水帷幕33～52 m深模型剖面示意圖

（2）從基坑承壓水降水考慮，基坑圍護深度應(yīng)超過40m為宜，布井?dāng)?shù)量少于5口。對于小面積基坑具有合適的布井位置，且圍護結(jié)構(gòu)已經(jīng)進入承壓含水層超過7 m，井結(jié)構(gòu)設(shè)置時，可以降井的深度淺與地墻深度。

（3）從圍護結(jié)構(gòu)施工難度考慮，當(dāng)?shù)叵聣υ趫A礫層施工時，越深難度越大，一般在不超過45m位置時可以采用普通的成槽設(shè)備，且難度不大，成本可以按照正常的連續(xù)墻施工成本進行控制。當(dāng)連續(xù)墻施工超過45 m時，成槽難度加大，單價增加；因此成槽不超過45m深為宜。

表3 數(shù)值計算結(jié)果表

（4）從排水角度考慮，基坑涌水量不超過7200m3/d，每小時不超過300 m3時，現(xiàn)場一般比較容易解決。因此運用三維流理論進行本基坑降水工程時，地下墻深度宜超過41m。

綜上，該工程在降水－圍護一體化設(shè)計時，圍護墻深度應(yīng)控制在40～45 m較為合適。江北風(fēng)井工程圍護深度選擇為42 m。

5 結(jié)語

江北風(fēng)井通過有效控制圓礫層承壓水水位，成功實施基坑明挖施工，避免了采取超深地下連續(xù)墻全斷面隔斷圓礫層承壓水，以及采取水下開挖施工方案。該方案既節(jié)約了工程造價，縮短了施工工期，又大大減小了超深基坑工程施工風(fēng)險與環(huán)境安全風(fēng)險，取得了顯著的經(jīng)濟與社會效益。該工程在實踐中建立的數(shù)值模型為類似工程提供了一種可靠的計算和設(shè)計思路。