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1、地铁工程基坑降水案例分析地铁工程基坑降水案例分析罗臣立（广州轨道交通建设监理有限公司，广东 广州 510010 ） 摘要：城市地下铁路工程经常使用明挖法施工，为了保证安全作业，基坑上方开挖前需要将地下水位降 至基底以 下。文草介绍了基坑降水的四种类型并以实际案例分析了坑内降水、坑外降水在工程中的应 用。 关键词：地铁：基坑降水：案例：分析1 地下水根据地下埋藏条件的不同，地下水可分为上层滞水、潜水和承压水三大 类。上层 滞水是山于局部的隔水作用，使下渗的大气降水停留在浅层的岩石裂 缝或沉积层中所 形成的蓄水体。潜水是埋藏于地表以下第一个稳定隔水层上的 地下水，通常所见到的 地下水多半是潜水。承
2、压水是埋藏较深的、赋存于两个 隔水层之间的地下水，这种地 下水往往具有较大的水压力。降水施工对地铁基坑工程起着重要的作用,降水效果不好会产生一定的危 害，主要 表现形式有：坑底隆起、坑底突涌、坑壁渗漏、底侧突涌、降水引发 地层沉降、斜坡 滑移、坍塌等。2基坑工程降水类型根据基坑工程地质特征、隔水帷幕（圉护结构）的插入深度、降水井的位 置等， 可以将基坑降水分为以下四种类型叫2第一类基坑工程降水一一隔水帷幕隔断降水含水层（降水井在坑内）该类降水工程 由于隔水帷幕深入到降水含水层隔水底板中，阻断了坑内外 含水层之间的水力联系， 因此采用坑内降水方式，即降水井设置在基坑内侧。 如果降水口的含水层为潜
3、水含水 层，则是疏干降水；如果降水H的含水层为承 压含水层，则降水前期是降压，后期是 疏干。由于主要抽水坑内地下水，很容易达到降水H的，降水效果明显，且降水影响 范围小，对周边环境影响小。地 下水流特征：由于隔水帷幕隔水，基坑内、外地下水 无水力联系，坑内降水 时，基坑外的地下水位不受影响。2.2第二类基坑工程降水一一隔水帷幕底位于承压水含水层隔水顶板中（降水井 在坑外） 与第一类基坑工程降水有本质的区别，第一类工程降水是一种疏干降水， 即是把 基坑隔水帷幕和隔水底板封闭的含水土体内的地下水排干。第二类工程 降水则是将位 于基坑开挖面以下的承压含水层中的水位降低到一定程度，防止基坑底板隆起或突
4、水， 满足基坑开挖安全的需要，属于典型的降压降水。该类 工程隔水帷幕位于降水口的含 水层以上，未将基坑内、外承压含水层分开，坑 外降水与坑内降水的效果基本相同， 为了坑内施工方便，通常可将降水井布置 在基坑外侧。该类工程降水影响范围较大， 但降落漏斗平缓，因此抽水的地面 沉降为均匀沉降。2.3第三类基坑工程降水一一隔水帷幕底位于承压水含水层中（降水井在坑内）该类降水工程由于隔水帷幕深入到降水含水层中，部分隔断基坑内、外的 水力联 系，因此无论是在基坑内还是在基坑外设置降水井，基坑内、外含水层 中地下水的流 动都必然受到不可忽视的阻挡，渗流边界变的非常复杂，地下水 呈三维流态，降水设 计时往往需
5、要借助三维渗流计算软件进行分析计算。对于 含水层厚度大、周边环境较 为复杂地区，常采用此类方法进行地下水位控制， 山于受圉护结构绕流阻水的影响， 坑内降水时，基坑内、外往往会产生较大的 水位差。2.4第四类基坑工程降水一一无隔水帷幕基坑降水（降水井在坑外） 该类降水工程，基坑周边通常未设置止水帷幕或隔水帷幕不完全，对地下 水流动 阻碍作用不明显，降水影响范用较大，因此要求周边环境条件较好，没 有重要管线（尤 其是煤气管、上下水管等）及重点保护的建（构）筑物，降水 设计时主要以降低水位 为目的，不考虑对环境的影响。3杭州地铁 2号线人民广场站换乘节点承压水降水工程案例 3.1工程概况 人民广场站
6、换乘节点位于钱塘江南岸、萧山市区市心路与金城路交义口， 周边环 境复杂，是地铁2号线与规划5号线换乘节点，地下三层框架结构，基坑面积约为758m2, 开挖深度25.11m，是杭州地铁最深的一个基坑工程。承压含水层卵石粒径大、渗透性强 （K=246m/d）、涌水量大（基坑水位降至安全水 位时，总涌水量达到20000m3/d），对 基坑开挖构成了严重的威胁。围护结构（隔水帷幕）为1000mm厚地下连续墙，深50m。32 地质及水文地质条件承压含水层主要山深部的粉砂夹粉质粘土和圆砾组成，承压水头埋深约为9m,含 水层顶板埋深约30m,距离基坑开挖面约4m。33降水方案山于围护结构（隔水帷幕）底位于承
7、压水含水层中，属于第三类基坑工程 降水。 编制降水施工方案时在基坑内设 8 口降压井，坑外设 4 口井观测兼降压 备用井，井深 48m,底部lm为沉淀管，进入圆砾层5m,滤管浅于连续墙底端3m。在基坑内施工3 口降压井JI、J8、J4、基坑外施工1 口观测井J11后（见图1）, 进行了现场抽水试验。从抽水试验结果上看，单井出水量很小，而且 观测井水位降深 也很小（平均4In?/h），没有达到预期的效果，考虑到48m以上的圆砾层中充填较多的 粘土，再结合抽水试验结果，调整了降水方案：将降水井滤管加长到50m,底部与围护 结构齐平，进入圆砾层8mo施工一 口降压井后，进行了单井抽水试验，水量增加明
8、显， 单井出水量达到180m3/h,效果 明显改善。按调整后的方案施工完6口降压井后，开启了基坑内 7口井进行了一次群 井抽水 试验，抽水时间48小时，基坑内水位降至埋深25.30m,满足基坑开挖要求，基坑外水 位降深仅为2 5m。抽水试验期间，对基坑周围进行了地面沉降监测，监测结果表明 地面沉降量小，平均为10mm左右。Y06换系节点JMY09图1人民广场站换乘节降水井平面布置图JT7G士ILJf=TO2 LGj 15T07TllVWf - f0J6%Qe03TIO6 TOK；TO+U 1 .O鼻 nLJ9护北缁质构井3.4降水运行工况开挖深度安全水位埋 深降压井开启方案第五道混凝土支撑1N
9、 15.8479.79J5第六道钢支撑中线15.84719.14714.455J5、 J2、 J3第七道钢支撑中线19.147-22.64719.705J5、 J2、 J3、 J6、 J9换乘节点下翻梁垫层底22.64726.53724.4J5、J2、J3、J6、J9、J8、Yll、Y12、Y13根据抽水试验观测1资料，承压水彳立恢复速率快，停止抽水后水位迅速上表1降水运行水位控制与水泵开启顺利表降水运行过程中为了避免过多地抽取承压水，减少不必要的浪费，严格进行了按 需降水科学降水。跟据计算，在基坑开挖至17m以前不需要减压降水，开挖至17m 时，开启降压井进行降水工作，详见表1。涨，在2mi
10、n坑内水位恢复到60%左右，坑外水位恢复到50%左右；在lOmin坑内水位 恢复到84%左右，坑外水位恢复到67%左右，给基坑降水带来了很大的风险。为保证 降水运行安全，在现场配置了备用发电机，并且实现自动切换（45s内能完成网电与 备用电源转换）。4南京纬七路过江隧道梅子洲出口明挖段坑外降水工程案例4.1工程概况梅子洲明挖段全长340m,开挖深度约0185m,端头工作竖井为长26m X宽494mX 深265m围护方式为:JN01JN03为放坡开挖、JN04JN11为钻孔灌注桩、JN12JN15 及工作竖井为地下连续墙。基坑周边为大片农田及葡萄园，周边分布民房，最近处约 50m,大部分在150
11、m左右。4.2水文地质条件梅子洲场地自上而下以粉细砂地层为主，厚度55m左右，地下水水位埋深05m左右，含水层厚度H取54.5m,根据抽水试验资料，含水层渗透系数K取18m/d, 影响半径在450500m,保守取450m。43 降水井的布置 考虑到周边环境较为简单，采取了笫四类基坑工程坑外降水。降水施丄方案 编制 时采取“承压一潜水井”公式计算基坑涌水量：qj 336K（2 七-7） =53065/1凶g单井出水能力为 2000-2400 mVd（18.5kw泵抽水），根据基坑涌水量计算结果，设ITT 68 口降水井，见图2。降水井米 用多孔混凝土花管，井管内径400mm,外径500mm,泥孔
12、径800mm,井深40m。降水井主要布置在工作竖井和暗埋段周围，实际降水时，先期开启了全部 井 68 口 井，后期只开启了 37 口降水井，满足基坑开挖要求。III水井明挖图洲卩而布4.4 降水效果根据上述降水井布置方式，竖井内降深达到30m （设计水位降深为28m），暗埋 段水位降深达到 2028m （设计水位降深 1826m） ,水位降深满 足基坑安全要求。4.5地面沉降 距离竖井越远地下水水位降深越小，在围绕竖井周围地下水水位降深呈漏 斗状。其中，距离竖井 35m 以内，漏斗坡度较陡， 35m 之外降位漏斗坡度变 缓， 35m 为拐点。 如50m到60m之间10m距离，水位下降差1.26
13、7m,引起的 差异沉降仅为4.49mm。距离 竖井越远漏斗坡度越缓，其差异沉降也越小，这种 沉降量不会对民房造成破坏性的影 响。5总结1）降水施工方案应该根据工程周边环境、设计图纸的围护结构（隔水帷幕）等客观因 素，科学 合理地选择降水类型，并通过现场抽水试验进行必要的调整，确保取得良好 的降水效果，满 足基坑开挖的要求：2）降水运行过程中充分做到按需降水、科学降水，减少不必要的浪费，同时也能避免因 地下失 水过多造成地表更大的沉降。3）在建筑密集区的城市地铁深基坑工程，应采用坑内降水，有利用基坑周边环境的保护。若在郊区周边环境允许的地方.宜优先选用坑外降水。允许坑外降水的首要条件 就是基坑周
14、边 无重要建筑物及重要管线，降水对非重要建筑物也不会造成大的影响。4）使用坑内（外）降水时，在坑外（内）合理布置观测井、备用井可以辅助降水，增强 基坑内 的降水效果。另一方而，在基坑周边环境复杂时，利用备用井进行回灌能有效 控制坑外的地 下水位，防止地表沉降。5）坑内降水和坑外降水的详细对比分析见表 2：表 2 坑外降水和坑内降水的对比降水井布设位置配合措施优点缺点适用条 件卄在鑫内降有隔水帷 幕且对地下 水流具有阻 碍作用坑外水位不下降或少下降，有 利于基坑周边环境的保护，适用 城市地铁工程周边 建筑物密集、 地下管线密布的施工环境形成坑内、外水头差， 易引起隔水帷幕（围 护结构）渗漏、管涌环境 保护要 求高降水井布 设在坑外无隔水帷 幕或隔水帷 幕对地下水 流无阻碍作 用 有利于边坡稳泄，减少囤护 结构的侧压力，给坑内土方 开挖及结构施工提供了很大 的方便： 对降水井的维护和运行管理 更安全和方便： 采取基坑大放坡，结合坑外 降水，可以大大节省费用和 工期。坑外水位下降易造成 较大的地面沉降，因 此需对周边环境进行 充分论证，计算其不 均匀沉降可能对建筑 物造成影响的程度， 确保降水不会对其造 成危害。参考文献1全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会.市政公用工程管理与实务M 4版.北京：中国建筑工业出版 社，2014:104-106.
