地鐵車站工程富水砂層深基坑管井降水施工技術

摘要：簡要介紹了某地鐵車站的工程概況，結合該地鐵車站情況，簡述了深基坑降水技術和該地鐵車站選用的降水方法以及深基坑降水方法，詳細闡述了降水管井埋設深度、單井出水量計算、降水管井間距等方面的降水管井設計方法，進一步闡述了井位測量放樣、埋設鋼護筒、降水管井施工以及明溝排水施工等方面降水管井施工技術，可供地鐵工程施工技術人員參考。

關鍵詞：富水砂層深基坑；管井降水；單井出水量

0 引言

城市地鐵路線主要為全封閉獨立運行線路，受天氣條件及其他運輸系統(tǒng)影響小，運載能力強，準點率高。地鐵車站位于城市地下，其施工受到地質條件和技術水平的影響較大，在富水砂層進行地鐵車站施工，必須對其深基坑進行降水施工，方可確保施工順利進行。

本文以某地鐵車站為例，詳細介紹了其強透水砂層地質條件下地鐵車站施工所采用的降水技術，對地鐵車站的施工安全和施工質量等方面具有積極意義。

1 工程概況

某地鐵車站為東西走向，起訖里程為DK12+945～DK13+

542，總建筑面積為3.7×104m2。該車站主體為兩層兩跨矩形框架和側式站臺結構，基坑設計深度為18m，深基坑周長約為522m，采用明挖法施工。

根據(jù)地質勘探資料可知，基坑內(nèi)巖層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土、全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)湖積粉砂土，細砂及圓礫石。標高1022.87～1041.94m處主要為細砂、中砂、粗砂、砂礫層等強透水性地層。地下水位埋深為5.0～8.2m，地下水位年變幅為1.5～2.0m。

2 深基坑降水技術

2.1 常見降水方法

常見的井點降水方法包括集水明排、輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井、砂礫滲井[1-2]等。降水方法和適用條件如表1所示。

2.2 降水方法選取

由于本地鐵車站施工區(qū)域內(nèi)基坑深、地下水位高、土層含水量大，且深基坑范圍內(nèi)土層具有較大的滲透系數(shù)，為此在深基坑開挖和地下結構施工過程中，極易發(fā)生涌砂涌水現(xiàn)象，安全性風險很高。

為保證深基坑開挖和深基坑內(nèi)的施工安全，提高深基坑內(nèi)建筑結構工程質量，決定選用降水管井為主、明溝排水為輔的降水方法。

2.3 降水對既有建筑的影響分析

深基坑降水施工必然會對其周邊的水文地質造成一定影響，也就是可能因為地下水位下降引發(fā)潛蝕。根據(jù)相關研究成果，地下水位下降和抽水距離呈對數(shù)關系，且降水管井附近出現(xiàn)潛蝕的可能性較大。但是本地鐵車站工程地下水賦存于砂層內(nèi)，因此地下水位下降對建筑物沉降變形的影響較為有限。

結合類似工程設計經(jīng)驗可知，降水管井的質量符合要求的施工場地通常無潛蝕出現(xiàn)。此外，施工降水期內(nèi)必須實時觀察基坑側壁、基坑底滲水問題，如有滲水則必須及時查明原因，并采取措施予以治理。

3 降水管井設計

3.1 降水管井埋設深度

降水管井埋設深度與基坑深度、地下水靜止水位、水力梯度、降水管井間距、過濾管和沉淀管的長度等有關，均直接影響降水管井的埋設深度。通常降水管井埋設深度按照下列公式計算：

Hm=h1+h2+IL1+l （1）

式（1）中：Hm為降水管井埋設深度，單位為m；h1為降水管井埋到基坑底面的距離，或基坑深度（取值18m）；h2為降水后地下水與基坑底面的距離，一般取值0.5～2.0m（取值1.0m）；I為降水區(qū)內(nèi)水力梯度，一般取值1/8～1/10（取值1/9）；L1為降水管井并排間距的1/2，或降水管井到基坑中心的水平距離（取值9.0m）；經(jīng)計算得到IL1為1.0m；l為過濾管與沉淀管的長度之和（取值5.0m）。經(jīng)計算，得到降水管井埋設深度Hm為25m。

3.2 單井出水量計算

結合該地鐵站富水砂層水文地質條件，該降水管井設計為潛水完整井，且每個單井的井徑相同。潛水完整井的單井出水量按照下列公式計算：

Q?=1.355K（2H-S坑）S坑/[1g（R0/r坑）]（2）

式（2）中：Q?為單個降水管井的出水量，單位為m3/d；K為滲透系數(shù)，取值20m/d；H為潛水含水層厚度，取值7.5m；S坑為水位下降值，取值5m；R0為降水管井影響半徑，取值35m；r坑為降水管井半徑，取值0.35m。經(jīng)計算，得到單個降水管井的出水量Q?為683m3/d。

3.3 降水管井間距

根據(jù)本地鐵車站深基坑面積、平面形狀、開挖深度、施工現(xiàn)場實際條件以及周邊環(huán)境要求，其降水管井應布置在深基坑外側，且應盡可能遠離深基坑圍護樁，以免對深基坑結構和內(nèi)部施工造成影響。降水管井之間的間距計算公式如下：

D=L/n （3）

式（3）中：D為降水管井間距，單位為m；L為基坑周長，單位為m；n為降水管井數(shù)量。

為實現(xiàn)深基坑設計開挖效果，應確定合理的降水管井布置數(shù)量和布置間距[3]。該富水砂層地鐵車站深基坑降水管井，按照18m的平均間距共布設29口降水管井。

4 降水管井施工技術

4.1 井位測量放樣

根據(jù)降水設計方案中的井位圖和坐標控制點，并結合地鐵站的深基坑圍護樁位置，對降水管井井位進行測量放樣。將井位偏差嚴格控制在50mm以內(nèi)，對于存在地下障礙等特殊情況必須調(diào)整井位；降水管井與深基坑邊緣的距離必須在1.5m以外。

在降水管井鉆孔施工之前，必須原位開挖探坑，探坑深度應達到4.0m以上，并且深入原狀土，探坑直徑至少達到護筒直徑。開挖過程中如遇構筑物或地下管線，必須回填后在原井位旁重新開挖探坑。

為確定降水管井布置參數(shù)，必須首先確定真空降水范圍。就縱向而言，首次真空降水后，降水管井周邊為干砂，但是仍存在水力梯度下未達到降水效果的區(qū)域，為此必須進行第二次真空降水[4]。真空降水范圍的確定如圖1所示。

從圖1可以看出，單個降水管井的降水半徑能夠明確確定。降水施工過程中，每個降水管井的降水范圍必須存在重合。結合類似工程實際，降水管井互相影響范圍參數(shù)應按0.8計算。

4.2 埋設鋼護筒

降水管井的成孔直徑為700mm，為避免鉆孔施工期間出現(xiàn)循環(huán)水流沖塌孔口，必須在鉆孔前埋設直徑為700mm鋼護筒，其埋設深度根據(jù)地層情況綜合確定。

將進水口設置在護筒上口處，并使用粘性土填實護筒外側。護筒應平整安放，并以降水管井中心為護筒中心。護筒應比地面高出300mm，以防泥漿發(fā)生外溢。

4.3 降水管井施工

4.3.1 井管制作

在進行降水管井鉆孔施工之前，應預制井管。井管采用直徑為400mm的無砂濾水管，單根長度為1.0～1.5m。在井管頂部設置特殊管接頭，用于連接抽水泵。在井管底部的沉淀管的底部設置封底，以保證降水效果。

4.3.2 降水管井鉆孔施工

按照設計要求布置降水管井，并按照降水管井間距使用紅漆標出鉆孔點位。本地鐵車站真空降水鉆進施工采用XY-2B型地質鉆機，在使用前將鉆機底座改裝成液壓底座，以確保鉆機作業(yè)期間可橫向和縱向移動。根據(jù)施工要求對鉆機性能進行調(diào)試，對鉆桿位置和垂直度進行調(diào)整，使其與鉆孔點位對準。

在鉆孔過程中，必須確?？變?nèi)泥漿液面高度與孔口齊平，以避免發(fā)生塌孔。在地層條件允許的情況下，應使用自制泥漿成孔。

在鉆孔通過流砂層或泥漿漏失嚴重的地層時，應通過人工制漿進行護壁鉆進，并將泥漿比重控制在1.1～1.3以內(nèi)。在鉆具提升時，孔內(nèi)泥漿必須注滿，以避免發(fā)生塌孔。

4.3.3 井管下放

下放井管時，要按照沉淀管→含水層過濾管→井壁管→的順序將井管下放到位。要確保井管直順、井管之間連接牢固。井管下放完成后，要盡快向鉆孔與井管之間填入濾料。

濾料填充到規(guī)定尺寸后，在鉆孔和井管頂部空隙中填入封閉物，以便于真空抽水。在井管的頂端設置泵座，在泵座上設置水位觀測孔，在泵座頂部安裝抽水泵。在降水管井成井后，采用空壓機和水泵進行洗井作業(yè)，直至抽出的水為清水且出水正常為止。

4.3.4 試抽水及降水

將抽水泵下放至1.5m處后，按設計要求連接好所有管路后開啟真空泵排氣。在試抽水之前，施工技術人員應按照降水管井的井號，逐個檢查其設在地面的排水主管、干管、支管等連接的密封性。

在開動抽水泵試抽水過程中，應檢查單口降水管井的出水量、出水水質，對出水管道的真空表和壓力表讀數(shù)進行錄。如發(fā)生管道漏氣、漏水等問題，必須立即處理。

為確保降水過程的連續(xù)性，還應準備備用電源，避免因斷電而影響降水施工。鑒于該富水砂層地鐵站出水表現(xiàn)出由大變小、由渾變清的規(guī)律，在連續(xù)降水過程中必須加強水量、水位及真空度等的定期觀測。

4.4 明溝排水施工

本地鐵車站施工所采取的真空負壓降水措施無法將所有地下水都抽排完，必須在深基坑內(nèi)部施工過程中，輔之以基坑內(nèi)明溝排水措施。

結合工程地質及地下水實際情況，為避免降水施工對周邊建筑物的不利影響，必須在車站基坑內(nèi)增設排水溝，同時設置長和寬均為0.8m的積水坑，各積水坑均應配置抽水泵，防止積水從積水坑內(nèi)外溢后向深基坑內(nèi)返流，確保積水和排水同步進行。所排出的積水必須經(jīng)沉淀處理后，方可排入市政管網(wǎng)。

5 結束語

綜上所述，地鐵車站深基坑施工所面臨的地質環(huán)境和水文參數(shù)較為復雜，深基坑施工質量直接關系到地鐵車站整體施工質量，尤其是在富水砂層、強透水地質條件下開展的地鐵車站工程，其深基坑開挖施工過程中很容易發(fā)生地表沉降、地下連續(xù)墻和基坑坍塌。為保證深基坑安全施工，必須做好地下水降水處理。

參考文獻

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[2] 戴海峰，徐圯，趙金興，等.富水性砂層中地鐵基坑降水技術總結[J].施工技術，2019，48（S1）：649-653.

[3] 趙中吉.富水砂層地鐵車站深基坑降水方案設計與研究[J].中國新技術新產(chǎn)品，2023（4）：104-107.

[4] 莊全貴.地鐵車站富水砂層基坑涌水事故分析與處置[J].城市軌道交通研究，2020，23（8）：105-107.