浅谈地铁工程深基坑施工中降排水的分析治理获奖科研报告

浅谈地铁工程深基坑施工中降排水的分析治理获奖科研报告

摘要：随着城市轨道交通工程在各个主要大中城市的全面开展，深基坑作业不可避免的出现在了工程人的面前。作为一项高风险施工作业环节，如何高效的组织施工、形成封闭，是影响地铁工程施工的重要因素。而深基坑中降排水的防治又成为其重中之重。深基坑的施工建设经常受到地下水的影响，所以分析和探讨城市地铁工程中深基坑降排水施工技术的运用，是提高城市地铁建设质量的重要瓶径，对城市地铁自身的施工安全、质量给予了重要保证，是国家城市轨道交通事业优质、高效、平稳、安全、快速建设发展的重要基础工作。

关键词：城市轨道交通;地铁工程;深基坑施工;降排水技术。

1引言

现如今的城市地铁的建设经常受到地下水的干扰，因此对地铁施工的速度和质量产生了较大的影响，所以，要从源头，从深基坑的勘察、设计开始进行细致科学的管理和控制，在严格遵循深基坑设计原则的同时还要精准的发挥深基坑降排水施工技术，进而达到地铁建设的圆满完成。为此，许多学者依托相关工程案例，对现场施工方案进行深入地研究。杨海庆（2017）结合成都地铁1号线文武路车站深基坑降水施工实例，介绍受潜水与承压水作用条件下深基坑降水的设计思路、方案优化、工艺要点与实施效果[1]。刘悦强结合广东佛山地区某工程实例，对高地下水位和深层软基的排水管道基坑支护工程的设计和施工关键技术进行研究[2]。郭勇刚等结合南京地铁Ⅰ号线西延线TA24换乘节点工程深基坑降水施工，介绍受潜水与承压水作用条件下深基坑降水的设计思路、方案优化、施工工艺、实施效果[3]。本文结合厦门地铁4号线双过村站为地下二层岛式站台车站的深基坑施工中降排水方案，总结了几点勘察、设计和施工阶段的经验，为相关工程提供参考。

2工程案例

厦门地铁4号线双过村站为地下二层岛式站台车站，单柱双跨框架结构，车站总长215.4m，标准段宽度21.7m，深度为12.0～13.5m，顶板敷土约3.0～3.8m，站台宽度为13m，总建筑面积为14186.1㎡。车站主体采用明挖顺筑法施工，基坑采用地下连续墙+内支撑体系，地下连续墙厚600mm。基坑安全等级为一级。

该站场地属剥蚀低丘区，地层以第四系冲洪积、坡残积土及全～微风化基岩为主，地下水据其赋存形式分为冲洪积、风化残积孔隙裂隙水及基岩裂隙水两种。残丘台地区地下水主要接收大气降水垂直下渗补给，其次为相邻含水层的侧向补给，局部地段为地表水体的下渗补给，降雨、蒸发量的大小对区域地下水的丰富程度有很大的影响。排泄途径主要为大气蒸发、沿裂隙向低处汇流或渗流补给邻近含水层，流向受地形控制，各自向低处汇集，总体流向海域。总体上剥蚀低丘区及残积台地区地下水水位随降雨变化较大，年水位变化幅度约2～3m。

区间内基坑降水设计采用管井降水。井壁管均采用焊接钢管，井壁管直径均为φ127m，壁厚4mm。滤水管的直径与井壁管的直径相同;钢管外依次外包2层20目滤网、1层10目钢丝保护网，尼龙网搭接长度约为尼龙网单幅宽度的20%～50%。地下水水位始终控制在开挖面以下0.5m以上。

3深基坑勘察设计原则

3.1因地制宜原则

所谓的因地制宜原则也就是在设计城市地铁站点和线路走向时，既要考虑满足缓解人口密集区所带来的交通出行压力，同时也必须兼顾地铁线路走向附近的地下水系情况。因此在勘察设计阶段，要预先对地铁线路走向、主要交通站点及换乘站所设定的地理坐标和方位进行细致的勘查，预先设计出深基坑的水文流经的地下水系通道，借助地下水系已经形成的自然流向来设计深基坑的降排水，能够有效地达到降排水的效果，同时还能降低施工建造的成本。

依据初步的勘察报告，针对不同的水文地质情况，在设计阶段就要考虑基坑周边的赋水量，是否存在软弱、淤泥质地层而采取不同的支护及围护体系结构。比如混凝土地下连续墙、SMW工法桩、地下墙结构、围护桩+旋喷桩止水帷幕、咬合桩等围护结构都较实用且实践中防水、止水效果较好的工艺工法，能较好的阻隔基坑围护结构之外的水源、水系，起到了较好的地下水整体封闭作用，达到了防止地下水流窜的目的。

3.2综合性审核原则

在设计修建地铁时，一定要对所有的施工设计进行严格的审核，要遵循审核性原则来对地铁施工方法、施工流程和施工技术的进行全面细致地考量，要达到施工方法和施工技术与设计要求具有最大的符合性，对全面的施工流程地下施工环境状况以及施工工艺要求等进行全方位的考查。对于地铁工程深基坑施工来说，这就要求在遵循审核地铁总体设计要求的情况下，还要考虑建设地铁的工程对城市地下水以及地下公共设施的影响，既要做到地铁建设顺利进行，同时不影响城市地下管网和设施的正常运营，要将深基坑降排水的施工与地下自然环境相结合来考虑设计，从而做到预防性的控制水资源的流失与利用的平衡关系，尽可能的降低基础设施建设成本，以达到地下设施和地铁建设的综合协调发展的目的。

4深基坑降排水施工原则

4.1施工方案先行的原则

首先是对地铁基坑范围周边地理环境的信息搜集和考察，不同的地质条件下，结合图纸给出的围护结构及基坑开挖支护的设计理念而选择不同的降排水方案。初步勘察设计阶段的水文地质报告在参考使用的同时，要视地铁深基坑所处的地理环境和施工影响重要性，进行实地的加密详勘、补勘工作。这对于方案的制定和后期基坑施工具有相当重要的数据支撑依据。地下工程的难度就在于对掌握资料数据的不确定性，而此举相当于在地下深基坑中埋设了一双“眼睛”，真正做到信息化、数据化施工。

其次是施作试验井。有了上述的地勘报告、详补勘数据后，并不能确保万无一失。在特殊、有重要节点部位和普通部位分别选择有代表性的部位施作试验井，安装水量流量计，对实际地层、实地部位的地下水和周边水的土体、岩体等进行一周左右时间不间断的抽排水测量，分析汇总出地下水位标高、涌水量、赋存水量、土体、土层的实际渗透系数等数据，一旦出現水文地质与降水参数与设计勘察不符现象要及时与设计勘察单位联系，对施工现场重新调查和分析。

然后是制定、编制可实施性的降排水施工方案，结合深基坑围护结构支护体系，如实际地下水位较高，一定要在深基坑开挖作业前15～20天进行不间断的降排水工作，以达到疏干和降低深基坑开挖范围土体、岩体中所含水量、水位标高。深基坑开挖范围内有透水性差的或岩石较完整的区域水位会高一些，但水量一般不会很大，采用明沟+临时集水井的方式即可进行抽排。如果开挖范围内透水性很好，一般涌水量很大，一般出现在砂性土质或碎裂风化岩破碎带的地质结构区域，采用坑内井点降水技术效果较好。如果深基坑内的水系和外部水系有明显的连通性的情况下要结合围护结构支护体系做好深基坑内外的防透水措施，隔断深基坑内水系与外界水系的联系。

本工程根据现场地质情况，确定坑内管井降水同明排相结合的方法进行降水。考虑到基坑内本身施工，降水井数量过多，有碍于土方开挖，同时也为了保护降水井正常运行。结合基坑围护设计，将降水井布置在支撑周边位置。根据现场抽水试验结合工程地质勘查报告确定本车站两端盾构井开挖面底部存在微承压含水层，盾构井位置降水类型为承压完整井，应按均质含水层承压水非完整井简化的基坑涌水量计算。

4.2过程控制原则

一个完整的方案编制完成后并不等于大功告成、万事大吉。具体实施过程中的管控尤为至关重要。方案是具有指导性的施工依据，但并不意味着方案编制完成后是封存的，一成不变的。地下工程施工的不确定性以及气候、水文、周边施工环境的复杂性和多变性就要求施工方案是随具体实际施工工况的改变而随之调整变化的。

第一，降水井或疏干井的施工作业期一般是在深基坑围护结构封闭后进行。降水井设计一般分内、外两种排布方式。井点设计在深基坑四周的情况是对基坑四周整体水位降低，靠近深基坑围护结构的降水井井点位置根据现场施工情况合理设置，但前提必须探明和保证基坑围护结构外侧降水井施作范围内无任何障碍设施和地下管线等建构筑物设施，必要时进行人工挖探以确保施工的安全性。如围护结构的止水帷幕效果较好，可集中采用坑内井点降水的方式下进行降低地下水位，通过前期采集的数据参数、渗透系数、涌水量、水泵功率与扬程等，合理计算降水井的口径、数量、管壁材质、疏通水形式、嵌入开挖底板标高深度等一系列施工技術要求。本工程成井施工流程图如图1。

第二，降水井施工完毕后，将井管壁四周加工设置成梅花孔形状并包裹一层密目钢丝网，防止杂物、淤泥等进入管内径堵塞、掩埋水井深度和工作水泵。同时必须第一时间进行填充滤料和洗井工作，该作业过程要做到连续性的把控，填充滤料的级配要合理，直径小于5cm，填充滤料前必须对滤料进行全面的除污清洗，要确保所填充的滤料没有污染的成分掺杂。滤料要从井口四周同时填充从而保证滤料填充的均匀，同时在填充到每3m左右就要进行一次填充滤料的夯实施工作业，在滤料回填至地面以下2m范围内采用粘性土填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作，井口要高出地面200mm以上，以防止地表污水和淤泥物流入井内。随后进行洗井工作以达到不出现堵塞井管的目的。在本工程中，空压机洗井原理如图2。完成洗井工作后要对其进行抽水试验，以此保证施工质量达到方案设计的参数要求，并开始降水井的正常连续不间断工作。对于靠近支撑部位的坑内降水井的井点的设置要与工程中的混凝土支撑格构柱贴近，可以有效避免深基坑开挖过程中机械设备的碰撞，更有利于后期降水井、水泵的持续、高效、不间断的降排水工作。

第三，降水井和基坑内的明、集水抽排放是另一个需要系统综合考虑的事项。当下一般的图纸设计是在深基坑周边上口或冠梁上方设置的挡土墙背后或边坡坡顶设置截、排水沟的做法。此种设计做法在一定程度上解决了深基坑内抽、排水的集中排放，但也给深基坑围护结构周边的边坡和基坑稳定埋下了隐患。实践证明，一般挡墙背后的排水沟或边坡坡顶的截水沟都是经过施作冠梁等围护结构开挖过后的回填区域，经年累月，截、排水沟下的土方经过自然沉降，且在周边的设备、材料等临时荷载作用下必然会产生沉降变形、裂缝，而明集水的排放则顺势加剧了土体的沉降变形，导致抽排水沿围护结构外侧或边坡坡顶渗灌，增加土体内的水压力和含水量，极容易造成边坡失稳变形或围护结构侧压变形、涌水、涌沙灾害。因此建议在施做截、排水沟时，要经过设计和施工方案优化，将排水沟设置在远离基坑边坡坡顶或挡土墙背后至少2～3米远的距离以外施做。将边坡坡顶和挡土墙周边的硬化面设置成反向排水角度，将基坑周边的地势抬高，形成能够向远离基坑的自然排水的坡度。这样自然降水、基坑内的抽排水全部远离边坡坡顶或围护结构周边，尤其面临雨季突降暴雨或强降水时期，能够大大减轻截、排水沟的压力，减少对边坡和围护结构外侧土体的侵蚀和水、土体的压力，降低了基坑边坡和围护结构的变形、漏水、涌沙、突泥等风险。

5应急突发机制原则

深基坑施工作业是高危风险源，极易发生应急突发情况，必须形成应急突发响应机制制度，成立应急领导小组，如图3。降排水工作需连续不间断工作，保证水压、水位标高、赋水量在控制标准要求以内。预防断电、涌水、强降雨、台风等不利因素，发电机、注浆机、砂袋、应急水泵、水带、防雨布等应急物资、设备必须齐备且随时保证可以投入使用。按监测频次与气候环境定期监控测量水位标高、水量等数据，数据化、信息化指导施工，接近基底土方开挖时尤其注意对降水井管和工作水泵的保护，严禁破坏、堵塞工作井、水泵等，造成水位上升，引起基坑周边涌水、涌沙、突泥、基底隆起等灾害，及时疏排明、集水，第一时间形成基坑封底条件，保证