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1、地铁车站深基坑帷幕坑内的降水技术 研究 摘 要 本文以西安地铁一号线浐河站工程为例 详细介绍了在砂层 卵石土及 粉质粘土地质中采用地下连续墙作为止水帷幕的情况下 运用合理的施工 方法解决地铁车站深基坑帷幕坑内降水施工的技术问题 重点说明了该工 程深基坑帷幕坑内降水的措施和效果 对今后类似地下工程的施工具有一 定的参考价值 一 工程概况 站场位置及设计概况 浐河站位于西安市浐河东岸 长乐东路南侧 东三环半坡立交桥的西南角 有效站台中 心里程为DK28 987 00 本车站为地下三层双柱三跨岛式车站 车站长度134 6m 标 准段宽度约21m 车站底板埋深约22 31m 顶板覆土厚度约2 9m 车
2、站西端为盾构 始发 东端为盾构到达 本工程采用明挖法施工 基坑围护结构采用放坡和800mm厚 地下连续墙结合的支护方案 车站主体采用现浇钢筋混凝土箱形框架结构 结构外设 置全外包防水层 一 工程概况 水文地质情况 站区内主要地层从上至下分别为 杂填土 素填土 粉质黏土 粗砂 卵石土等 场地地下 水埋深介于5 10 9 70m 地下水高程介于394 83 396 86m之间 属潜水类型 地下水位年 变化幅度约1 50 2 00m 设计抗浮水位为402 00m 设计抗渗水位为400 00m 地下水主 要赋存于粗砂 圆砾土 卵石土中 粉质黏土为弱含水层 在站区内连续分布 其中粗砂 卵石土无明显承压性
3、 地下水补给主要有大气降水 浐河河水补给及局部水管渗漏等 地下水流向总体上从东南流向西北 潜水排泄方式主要为径流排泄 人工开采 潜水越流 排泄及蒸发消耗等 该车站水位降深较大 降深13 61 18 21m 尤其是在连续墙内降水时 在墙外侧高水头压力作用下 降水井反滤层容易出现涌砂现象 需要施工单位有很丰富的 经验和对设计及规范的严格执行 并有针对性的制定应急预案和应急措施 车站基坑概貌 确定降水方案 二 确定降水方案 根据工程地质条件 水文地质条件及基坑周边建筑物环境条件 以及我单位在基坑降 水方案设计和施工方面的经验 浐河站采用坑内管井降水 观测井方案 主要选择原因 如下 1 基坑深度范围内
4、含水层主要为卵石土夹层 粉质粘土及粗砂夹层 综合渗透系数浐 河站取19 8m d 参照 浐河站岩土工程勘察报告 降水初期涌水量较大 可采 用管井降水方案 2 根据西安地区帷幕止水效果分析 采用帷幕止水后 能有效的控制坑外水位下降 但根据北大街地铁站等工程的观测资料 帷幕外水位下降约3m左右 本工程采用地下 连续墙作为帷幕止水的基坑围护方案 在保证围护结构施工质量前提下 可以较好控 制坑外水位 以保证周围建筑物的沉降在正常范围内 小于20mm 保证其正常使 用 3 基坑工程降水涉及到的因素比较多 为了保证基坑降水顺利进行 以及为了解决后 期施工降水出现的预料外问题 如局部水位下降太慢或降水不符合
5、设计要求等 需要 根据布置于降水井附近区域的观测孔 井 水位资料来判断 三 降水设计 计算参数 根据工程地质勘察报告建议值 各含水层渗透系数取值如下 新黄土 7m d 粗砂 30m d 圆砾土 50m d 卵石土 60m d 粉质粘土 3m d 对各含水层厚度和渗透系数进行加权平均确定本工程含水层的综合渗透系数 基坑降 水基本特征见表1 表1 浐河站降水基本特征 综合渗透系数 根据各含水层渗透系数 各地层厚度及含水层总厚度 通过加权平 均计算得出综合渗透系数k取19 8m d 名称长度 m 宽度 m 基坑深度 m 现状水位埋深 m 控制水位埋深 m 降水深度 m 备注 浐河站134 822 0
6、22 3182515 3 19 9考虑年水位变幅 三 降水设计 降水井深度 浐河站为基坑内布井 地下连续墙作为帷幕结构 有挡水的效果 计算时先按没有 帷幕影响计算降水 再按有帷幕影响情况下计算降水 按经验实际取用值介于两者之间 降水井深度H H1 H2 i r0 l l0式中 H 降水井深度m H1 基坑开挖深度取22m H2 降水水位距基坑底的深度1m i 降水曲线坡度取0 1 r0 基坑等效半径 l 过滤管度取值4m l0 沉沙管度取值1m 得降水井深度H 22 3 1 0 1 45 47 4 1 32 5m 取33m 考虑地下连续墙起止水 帷幕作用 降水井底不能穿透底板弱含水层 粉质粘土
7、层 进入砂层 降水井按照30m 深考虑 降水井基本参数 降水井直径选择600mm 井管内径400mm rw 0 2m 含水层厚度H 30 8 22m 基坑等效半径r0 及影响半径R 等效半径 r0 0 29 B L 0 29 134 8 22 45 47m 降水影响半径 2 17 19 8 22 0 5 709 6m S 设计水位降深 三 降水设计 单井涌水量q 暂选用污水潜水泵型号为WQ50 20 40 5 单井出水量q 20 24 480m3 d 实际采用 的泵型应根据基坑水位及出水量确定 待抽水进入稳定期 涌水量减小后 可换用较 小流量的水泵 四 降水计算 浐河站为基坑内布井 地下连续墙
8、作为帷幕结构 有挡水的效果 计算时先按没有帷 幕影响计算降水 再按有帷幕影响情况下计算降水 按经验实际取用值介于两者之间 不考虑止水帷幕的计算 1 总涌水量 计算 1 366 19 8 2 22 17 17 log 1 709 6 45 47 10173 6 m3 2 降水井数量n 降水井数 1 1 10173 6 480 23口 四 降水计算 考虑止水帷幕的计算 1 总涌水量 计算 1 366 19 8 2 22 17 17 2log 709 6 45 47 log 45 47 2 22 45 47 5783 4 m3 2 降水井数量n 考虑同样的单井出水量q 480m3 d 则降水井数 1
9、 1 5783 4 480 13口 综上取浐河站降水井数为18口 另设4口观测井 紧急情况下可兼作降水井 四 降水计算 管井基本参数 根据上述计算 结合类似工程经验 初步确定浐河站管井降水基本参数如下 表2 降水井参数 管井位置确定 降水井位置的确定应根据车站围护结构 车站主体结构尺寸 钢管支撑等综合考虑 并考虑 到地下结构施工操作空间及尽量避免降水井置于结构的转角处 因为这些地段构造钢筋多 后期防水处理难度大 根据基坑总长度及降水井数量 浐河站布井间距平均为15 3m 布井周长307m 车站基坑降水井布置详见图1 名称井直径 m 井间距 m 井深 m 井数 m 选择水泵扬程 m 浐河站0 6
10、15 3302240 图1 车站基坑降水井布置图 四 降水计算 四 降水计算 降水井结构 井径 600mm 全孔下入 400mm的混凝土无砂管 混凝土管可不采用尼龙砂网外包 但全孔回填要采用3 5mm天然圆砾 井管结构示意图见图2 图2 井管结构示意图 五 降水作业 降水井施工 根据西安市管井施工经验 降水井采用锅锥工艺施工 施工工艺流程见图3 1 施放井位 降水井井位施放时必须详细调查核实场区地下管线分布情况 当无法确定时可采用人工 挖探孔的方法 确认地下无各种管线后方可施工 为避开各种障碍物 降水井间距可 作局部调整 保证降水井中心距围护结构距离 且降水井总量不得减少 2 降水井成孔 管井
11、采用锅锥成孔 井身结构误差 井径误差 20mm 垂直度误差 1 井深满足设 计井深 图3 施工工艺流程见 五 降水作业 3 替浆及下管 下管前注入清水置换全井孔内泥浆 砂石泵抽出沉渣并测定孔深 替浆过程中 安排好 泥浆及渣土的清运工作 井管采用无砂砼滤水管 在预制砼管鞋上放置井管 缓缓下 放 当管口与井口相差200mm时 接上节井管 接头处用尼龙网裹严 以免挤入泥砂 淤塞井管 竖向用3 4条30mm宽 长2 3m的竹条用2道铅丝固定井管 见图4 为防止上下节错位 在下管前将井管依井方向立直 吊放井管要垂直 并保持在井孔中 心 为防止雨污水 泥砂或异物落入井中 井管要高出地面不小于200mm 并
12、加盖或 捆绑防水雨布临时保护 降水作业 下井管下井管 五 降水作业 4 填滤料 井管下入后立即填入滤料 滤料应具有一定的磨圆度 滤料含泥量 包括含石粉 3 粒径2 4mm 填砾料时 滤料沿井管外四周均匀填入 宜保持连续 要避免填料 速度过快或不均造成滤管偏移及滤料在孔内架桥现象 洗井后滤料下沉及时补充滤料 要求实际填料量不小于95 理论计算量 5 洗井 下管 填料完成后立即进行洗井 可采用下泵试抽洗井 用潜水泵反复进行抽洗 直至 水清砂净 上下含水层水串通 否则改用空压机由上而下分段洗井 洗井过程中应观 测水位及出水量变化情况 五 降水作业 排水管路 地面排水管为1根直径为 300mm的pvc
13、管 布置在基坑四周 水泵采用50mm胶皮软 管或白塑料管引至地面排水管道 排水经过滤后排入市政管线 排水口位置经市政统 一认可确定 选定排水口的数量和管线应满足降水最大排水量的要求 排水口管径大 小根据现场实际情况具体确定 应满足合理疏排地下水及雨水 降水作业 排水管路排水管路 排水管路排水管路 五 降水作业 降水作业 潜水泵及泵管安装吊放 置于距井底以上1 5m 2 0m处 开始抽水时 因出水量大 为防止排水管网排水能力不足 可以间隔的逐一启动水泵 抽水开始后 逐一检查单 井出水量 出水含砂量 根据浐河车站的土体渗透性和基坑的周围环境 严格控制基 坑内的降水速度和降水量非常重要 若基坑内过早
14、或过量降水 则会影响基坑外地下 水位 可能产生过大沉降 影响周围环境的安全 因此 基坑降水必须和开挖密切配 合 施工中采取分段 快速 集中降水的方法 并且依据土体渗水速率 基坑内土体 疏干情况和基坑开挖的速度进行降水 主体结构深基坑是采用分层降水法 在基坑开 挖前15天开始进行降水 由井内安装的自动控制水位器来控制降水深度 其控制高度 应通过计算确定 五 降水作业 既不要抽水过深引起地面沉降 也不要抽水过浅危及坑底安全 并通过基坑内的观测井 掌握水位变化情况 基本将地下水降至基坑开挖面下1 0m左右 即满足开挖该层土 体的要求 结构段施工完毕 随即停止抽水 抽水含砂量控制 为防止因抽地下水带出
15、地层细颗粒物质造成地面沉降 抽出的水含砂 量必须保证 粗砂含量 1 50000 中砂含量 1 20000 细砂含量 1 10000 当含 砂量过大 可将水泵上提 如含砂量仍然较大 重新洗井 需要维修更换水泵时 逐 一进行 五 降水作业 降水观测 降水期间对地下水动态进行观测 并对地下水动态变化进行及时分析 当地下水位急剧 变化及时分析原因 如水泵损坏 地下含水构筑物突然破裂漏水或区域地下水位上升 等 采取相应的处理措施 六 降水井的拆除和封堵 本工程为基坑内管井降水 因此 基坑降水的施工运行与车站的地下施工紧密联系 随 着基坑的开挖和地下结构的施工 将涉及到降水井运行过程中的破除和降水井位处结
16、 构预留及后续的防渗漏等诸多问题 降水井的拆除 随着土方开挖的进行 需要逐级破除降水井管 井管破除时步骤如下 1 机械开挖破除到井管周围1 5m直径范围后 采用人工清除井管周围土体 2 人工轻抬破除井管 在其底部插入硬质薄板 封严下部降水管井 以防碎屑掉入井 内 3 人工轻 慢砸碎上部井管 清理井口 六 降水井的拆除和封堵 降水井的封堵 随着土方开挖到基坑底部后 紧接着车站主体结构等的施工开始 如底板 地下侧墙及 砼柱等 此时降水井还处于运行阶段 势必导致该处为一施工接缝口 这将引发降水 井后续封堵问题 降水井封堵措施及方法如下 六 降水井的拆除和封堵 将制作好的钢管 直径400mm t 5mm 管中部焊接宽100mm 厚10mm的止水翼 环 成型后预埋到底板中 即在浇筑底板混凝土时预埋在降水井口上部 局部混凝土 浇筑时超过止水翼环200mm 但距底板上表面还有一定距离 封井时 首先将井中水 抽干 将水泵吊出 并迅速用混凝土振捣密实 混凝土用自拌速凝混凝土 然后立 即将封口钢板焊接封口 当水位较高或水流量较大时 根据现场实际情况确定是否在 钢板中部引出 42mm钢管 用于引流减压排水
