長(zhǎng)江漫灘區(qū)地鐵車站深基坑開挖地下水控制技術(shù)

董海風(fēng)

（中鐵十五局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司，河南 洛陽 471000）

隨著城市化進(jìn)程加快，為緩解交通壓力，地鐵修建得越來越多。修建地鐵車站通常采用明挖法施工，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)深基坑工程。工程實(shí)踐表明，基坑事故絕大部分與地下水有關(guān)[1-2]。因此，城市地鐵車站深基坑施工中，若不對(duì)地下水進(jìn)行有效處理與控制，將造成嚴(yán)重的工程事故，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來危害[3-4]。尤其對(duì)于東部地區(qū)軟土地層來說，地下水豐富，水位高，且含有承壓水，對(duì)深基坑施工產(chǎn)生的影響更大。

深基坑施工中對(duì)地下水的控制常采用止水帷幕，止水帷幕一般分落底式和懸掛式。若地下含水層較厚，止水帷幕深度增加，其施工難度、造價(jià)及工期也隨之增加，所以往往采用懸掛式。但是懸掛式止水帷幕未能全部隔斷含水層，基坑外地下水可繞流至止水帷幕底端進(jìn)入基坑內(nèi)，對(duì)周邊環(huán)境影響很大[5]。通常結(jié)合降水井使基坑內(nèi)水位降至坑底以下，采用“止-降結(jié)合”可降低造價(jià)以及減少水資源浪費(fèi)，同時(shí)把對(duì)周邊環(huán)境的影響控制在安全范圍內(nèi)[6]。目前針對(duì)不同地質(zhì)條件下地鐵車站基坑施工中地下水控制技術(shù)的研究越來越多，提出了諸多切實(shí)可行的技術(shù)措施[7-10]。

以處于長(zhǎng)江漫灘地質(zhì)條件下的南京地鐵9 號(hào)線濱江公園站為工程背景，結(jié)合周邊施工環(huán)境的控制要求，針對(duì)含承壓水地層分別采用落底式和懸掛式止水帷幕進(jìn)行深基坑施工中地下水控制開展研究，提出了具體的技術(shù)方案和安全措施，并以現(xiàn)場(chǎng)地下水位與周邊沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證該技術(shù)的可行性和可靠性。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

南京地鐵9 號(hào)線一期工程是線網(wǎng)為西北方向的局域線，工程北起丹霞路站，南至濱江公園站，線路全長(zhǎng)19.685 km，如圖1 所示。其中，濱江公園站沿?fù)P子江大道南北向布置，為地下兩層島式站臺(tái)車站，單柱雙跨箱型框架結(jié)構(gòu)，局部雙柱三跨，柱距6.3~9.5 m，采用明挖法施工（局部蓋挖），站廳在地下一層，站臺(tái)在地下二層。站臺(tái)寬度11 m，車站外包總長(zhǎng)478 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬19.7 m，頂板覆土厚度約2.5 m。標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深16.09 m，左、右兩端頭井底板埋深17.89 m。

圖1 濱江公園站位置

1.2 周邊環(huán)境

濱江公園站東側(cè)為奧體新城隧道與江蘇大劇院，西側(cè)為濱江公園與金陵江濱酒店，其余為綠化空地或市政道路，周邊環(huán)境如圖2 所示。奧體新城隧道距車站主體最近29.2 m，距附屬結(jié)構(gòu)最近6.6 m。濱江公園站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍分布有雨水管、電力管、給水管、污水管、通信光纜等地下管線，直接影響主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

圖2 濱江公園站周邊環(huán)境

1.3 地質(zhì)條件

濱江公園站地貌屬長(zhǎng)江漫灘平原，地勢(shì)較平坦。地表普遍分布人工填土，淺部為全新統(tǒng)沖淤積黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（混夾粉土、粉砂）、粉質(zhì)黏土（混夾粉土、粉砂），中部為全新統(tǒng)沖積粉細(xì)砂、中粗砂及上更新統(tǒng)沖洪積卵礫石，下伏基巖為白堊系浦口組砂質(zhì)泥巖。基巖面起伏不大，一般埋深50~53 m。

地下水類型主要為松散巖類孔隙水（孔隙潛水、承壓水）及基巖裂隙水。覆蓋層中孔隙潛水與承壓水的水力聯(lián)系微弱，承壓水與下伏基巖裂隙水的水力聯(lián)系密切。車站基坑底位于粉質(zhì)黏土中（主體結(jié)構(gòu)基坑持力層），地基土強(qiáng)度較高。

1.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm 厚地下連續(xù)墻，H 型鋼接頭。其中，東側(cè)墻深55.0~56.5 m，墻趾位于中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖層中；西側(cè)墻深33.6~36.5 m，墻趾位于粉細(xì)砂層中。地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)采用Ф700@500 雙軸攪拌樁加固槽壁，加固深度16.2~17.5 m。

標(biāo)準(zhǔn)段沿基坑深度方向設(shè)置四道支撐，第一道為鋼筋混凝土支撐，第二、三、四道為Ф800 鋼支撐。第一道支撐水平布置間距約9 m，在地下連續(xù)墻頂部設(shè)置一圈封閉的鋼筋混凝土圈梁，作為第一道支撐的圍檁的同時(shí)兼主體結(jié)構(gòu)抗浮壓頂梁。第二、三、四道支撐水平布置間距3 m。

2 地下水控制技術(shù)

2.1 必要性分析

深基坑開挖過程中常會(huì)遇到地下水問題，尤其是長(zhǎng)江漫灘地區(qū)。若地下水不能有效控制，則將出現(xiàn)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、承壓水下坑底突涌、周邊建筑傾斜等嚴(yán)重的工程事故。因而，需對(duì)地下水進(jìn)行有效控制，以便于施工的安全順利進(jìn)行。

地下水控制的作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：疏干開挖范圍內(nèi)土體中的地下水，便于挖掘機(jī)械和工人施工作業(yè)；降低基坑內(nèi)土體含水量，提高基坑內(nèi)土體強(qiáng)度，減少基坑底部隆起和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量，防止基坑外地表沉降過大；及時(shí)降低下部承壓含水層的水頭高度，防止基坑底部突涌的發(fā)生，確?；拥撞客馏w的穩(wěn)定性。

2.2 總體方案

深基坑施工中對(duì)地下水的控制主要有止水和降水兩種措施。止水包括完全隔斷和部分隔斷地下含水層。完全隔斷含水層是完全阻止基坑外的地下水進(jìn)入基坑內(nèi)，部分隔斷含水層是延長(zhǎng)基坑外地下水進(jìn)入基坑內(nèi)的路徑。其中，部分隔斷含水層時(shí)一般需結(jié)合基坑內(nèi)實(shí)時(shí)降水來整體達(dá)到安全施工以及保護(hù)周邊建（構(gòu)）筑物安全的目的。

濱江公園站處于長(zhǎng)江漫灘軟土中，地下水位高，加之涉及承壓水層的層頂埋深自北向南逐漸變淺，至南側(cè)三號(hào)基坑開挖已進(jìn)入粉砂承壓水層。承壓含水層厚度較大，層底埋深約53 m。考慮到濱江公園站西側(cè)為濱江公園與金陵江濱酒店，東側(cè)為奧體新城隧道與江蘇大劇院，且奧體新城隧道距離車站主體最近29.2 m。結(jié)合濱江公園站所處的地質(zhì)條件與周邊環(huán)境綜合分析，主要采用地下連續(xù)墻作為止水帷幕以有效控制地下水?；?xùn)|側(cè)采用落底式止水帷幕，插入基巖以阻斷地下水進(jìn)入，并控制地下水資源及周邊變形?；游鱾?cè)采用懸掛式止水帷幕+基坑內(nèi)降水+基坑外觀測(cè)井應(yīng)急回灌的地下水綜合控制技術(shù)。由于西側(cè)地下連續(xù)墻（懸掛式止水帷幕）未隔斷承壓含水層基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，地下水滲流勢(shì)必會(huì)引起一定的沉降，因而，應(yīng)按照“按需降水”的要求盡量減少降水對(duì)周邊環(huán)境的影響，同時(shí)在保護(hù)區(qū)域布設(shè)觀測(cè)井，通過回灌補(bǔ)水，進(jìn)而控制因降水引起的周邊沉降。

基坑內(nèi)采用管井疏干，降低地下水位至基坑底部以下1.0 m，基坑外布置觀測(cè)井，必要時(shí)作為回灌井使用。基坑開挖范圍內(nèi)存在厚度較大的軟弱土層，單獨(dú)布置若干針對(duì)淺部軟弱土層的疏干降水井，對(duì)于深部承壓水層，針對(duì)性布置減壓井。通過抽水試驗(yàn)，合理設(shè)置泵位和動(dòng)水位深度，按需降水，以達(dá)到淺部土層疏干和深部土層減壓?；娱_挖過程中地下水的控制措施如圖3 所示。

圖3 地下水控制措施布置圖

2.3 安全措施

濱江公園站施工中尤其需重點(diǎn)關(guān)注減壓降水自身風(fēng)險(xiǎn)以及降水對(duì)周邊環(huán)境的影響，應(yīng)積極采取相應(yīng)的安全措施。施工中應(yīng)時(shí)常檢查以及配備備用設(shè)備；若發(fā)生滲漏應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)；若發(fā)生基底突涌，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)大泵量連續(xù)抽水，在抽水無效時(shí)，應(yīng)向基坑注水或回填土方，直至消除突涌。針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲水應(yīng)及時(shí)封堵，必要時(shí)可在基坑外設(shè)置降水井以降低水位。此外，應(yīng)根據(jù)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)通知相關(guān)單位，分析原因，制訂加固、懸吊、隔離、跟蹤注漿等措施并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，同時(shí)調(diào)整施工流程，減小損失。必要時(shí)，在局部區(qū)域增設(shè)專項(xiàng)回灌井。懸掛式止水帷幕基坑內(nèi)降水，基坑內(nèi)外存在水力聯(lián)系且具有一定水頭差，加之周邊環(huán)境復(fù)雜，需確保地下連續(xù)墻體無滲漏，還應(yīng)采用人工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)相結(jié)合的降水風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

根據(jù)降水的難度與風(fēng)險(xiǎn)，擬采用“降水井運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)”。該系統(tǒng)采取雙電源智能化切換系統(tǒng)、水位異常和斷電自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)以及備用井自動(dòng)開啟系統(tǒng)等針對(duì)性控制措施，如圖4、圖5 所示。

圖4 雙電源智能化切換系統(tǒng)

圖5 水位異常自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

3 效果分析

為分析濱江公園站深基坑開挖過程中地下水的控制效果，現(xiàn)對(duì)基坑外的地下水位與周邊沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.1 地下水位變化

現(xiàn)對(duì)一號(hào)基坑開挖過程中的地下水位采用鋼尺水位計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，西側(cè)監(jiān)測(cè)了SW01、SW02、SW03 測(cè)點(diǎn)，相對(duì)應(yīng)的位置東側(cè)監(jiān)測(cè)了SW29、SW28、SW27 測(cè)點(diǎn)。一周期間地下水位監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量與時(shí)間的曲線如圖6 所示。

圖6 地下水位變化曲線（正值表示上升，負(fù)值表示下降）

由圖6 可以看出，地下水位變化速率在控制值500 mm/d 之內(nèi)，累計(jì)變化量在控制值±1 000 mm 之內(nèi)，基坑開挖過程中對(duì)地下水位的影響較小，滿足控制標(biāo)準(zhǔn)。此外，監(jiān)測(cè)期間適逢降雨季節(jié)，鄰近的奧體新城隧道運(yùn)營(yíng)期間不斷降水，致使落底式止水帷幕一側(cè)的地下水位累計(jì)變化量較大，而且部分觀測(cè)孔水位也上升。施工期間降水對(duì)懸掛式止水帷幕一側(cè)的地下水位影響相對(duì)較小，可見該地下水控制技術(shù)是合理有效的。

3.2 周邊沉降變化

現(xiàn)對(duì)一號(hào)基坑開挖過程中的周邊沉降采用數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，現(xiàn)選取距離基坑最近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，西側(cè)監(jiān)測(cè)了DB01-01~DB06-01 測(cè)點(diǎn)，相對(duì)應(yīng)的位置東側(cè)監(jiān)測(cè)了DB55-01~DB50-01 測(cè)點(diǎn)。一周期間周邊地表沉降監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量與時(shí)間的曲線如圖7 所示。

圖7 周邊地表沉降變化曲線

由圖7 可以看出，周邊地表沉降變化速率在控制值±3 mm/d 以內(nèi)，累計(jì)值在控制值+10 mm、-30 mm以內(nèi)，基坑開挖過程中對(duì)周邊地表沉降的影響較小，滿足控制標(biāo)準(zhǔn)。此外，還可看出基坑開挖對(duì)地表沉降的影響表現(xiàn)為懸掛式止水帷幕一側(cè)整體上大于落底式止水帷幕一側(cè)。懸掛式止水帷幕結(jié)合基坑內(nèi)降水的綜合控制技術(shù)措施可以滿足施工安全要求。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)長(zhǎng)江漫灘復(fù)雜地質(zhì)條件，根據(jù)周邊區(qū)域的不同控制要求分別提出了落底式止水帷幕，以及懸掛式止水帷幕結(jié)合基坑內(nèi)降水與基坑外回灌的地下水控制技術(shù)。

（2）施工期間對(duì)懸掛式止水帷幕一側(cè)的地下水位和周邊地表沉降的影響相對(duì)較小，該地下水控制技術(shù)可以滿足工程要求。此外，基坑開挖對(duì)地表沉降的影響表現(xiàn)為懸掛式止水帷幕一側(cè)整體上大于落底式止水帷幕一側(cè)。

（3）對(duì)于長(zhǎng)江漫灘富水地層，應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境條件與地質(zhì)條件，有針對(duì)性地選取合理的地下水控制技術(shù)，以確保施工的安全性與經(jīng)濟(jì)性。