地铁车站地下水治理方案设计与施工

柴富奇

(北京中铁隧建筑有限公司，北京 100022)

1 工程概况

北京地铁某车站主体结构为双层双跨钢筋混凝土箱形框架结构，设单排中间柱，明挖顺作法施工。车站全长184.5 m，标准断面宽18.7 m，开挖深度16.9 m，基坑内设三道钢支撑。基坑采用钢筋混凝土灌注桩与旋喷桩咬合结构。车站距离圆明园内湖14 m，南侧24 m为万泉河。

地层层序自上而下依次为①人工堆积层主要为杂填土层，埋深0～1.55 m;②新近沉积层主要为粉土、粉细砂、中粗砂、圆砾、砂砾，埋深1.55～8.70 m;③一般第四纪沉积层主要为粉质黏土、黏土、中粗砂、粉细砂、卵石、圆砾，埋深8.7～19.6 m。

该段地下水位高程约为42.14 m，分为4层:

1)第一层地下水为潜水，含水层主要为圆砾、砾砂②5层、粉细砂②5层，透水性好，水位高程为40.57～42.53 m(水位埋深为1.55～3.80 m)。补给源主要为大气降水、地表水渗漏、侧向径流补给。

2)第二层地下水为承压水，含水层主要为粉土③层、粉土⑥2层。此层透水性一般，水位高程为39.97～41.53 m(水位埋深1.80～4.40 m)，水头高度6～7 m左右。第二层地下水补给源主要为侧向径流、潜水垂直下渗、越流及“天窗”补给。

3)第三层地下水为承压水，含水层主要为卵石、圆砾⑦及粉细砂⑦2层，透水系数大，为强透水层，水位高程30.98～33.00 m(水位埋深11.60～13.20 m)，水头高度6～7 m左右。本层水主要接受侧向径流补给及越流补给，以侧向径流方式排泄，承压水头自西向东逐渐降低。

4)第四层地下水为承压水，含水层主要为卵石、圆砾⑨层、中粗砂⑨1层，为强透水层，水位高程为24.73～25.10 m(水位埋深18.60～19.60 m)，本层地下水主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流方式排泄。

2 地下水设计与施工情况

该车站围护结构设计采用φ800 mm钻孔灌注桩+φ 1 000 mm桩间水泥旋喷桩止水。桩长均为5.8 m，间距为1.2 m。鉴于车站施工范围内水位高、水系发育，车站施工阶段降水采取基坑外减压降水，减小第一、二层承压水向基坑内渗透。降水采用“管井井点”降水方法，管井开孔为φ600，井管采用无砂水泥全滤管。此外，对基坑底部桩间进行超前预注浆。坑外降水沿车站结构外墙布置，井点距结构外墙1.5 m，间距为6 m。对洞口未封闭段，布设降水井形成漏斗，截住基坑外来水。

围护结构先施工钻孔灌注桩，再施工水泥旋喷桩。开挖时将整个基坑横向分为8段，每段长度为20～34 m，纵向分为8层，每层2 m，采用挖掘机分段分层后退式接力放坡开挖施工。

2.1 现场出现的问题及原因分析

开挖施工至地面以下7 m时，基坑侧壁钻孔桩桩间均出现渗漏水现象，渗漏水在同一平面上呈不连续分布，漏水点大小各异，经采用量筒测算，水量在1.5～52.0 m3/h不等。车站基坑两端头区间隧道与车站接口处洞门四周渗漏水严重。车站南侧靠近万泉河一侧渗漏水较大，北侧临近圆明园湖泊一侧漏水明显较大，含泥沙量大。

经勘察研究，现场漏水原因分析:①地下水位高，砂层、卵砾石层透水性好，基坑周边水源补给充足。②设计时可能考虑到圆明园文物及古建筑的影响，在本站未设降水井，只设有深层减压降水井，减压降水深度为地面以下17.85 m，而基坑开挖深度为16.90 m，减压井不能对中层的潜水及地表水起到降水作用。③盾构提前过站造成端头墙围护桩断开，形成不连续的止水帷幕。④基坑开挖施工主要集中在6月—9月份，正值华北地区的雨季。⑤本工程的围护结构为钻孔桩加旋喷桩，先施工钻孔桩，再施工旋喷桩，两次成桩施工造成桩体间存在间隙，且在地下水丰富和不均匀地质条件下，施工的旋喷桩密实度差异较大，同时旋喷桩施工时的提升速度不均易造成水泥浆断层，受水流冲刷，空隙较大时夹带泥土、砂石从漏水点涌出。

2.2 地下水综合治理措施

施工中根据渗漏水的特点总结了以下几个方面:大面积漏水、集中性漏水、较小漏水点或渗水等情况，根据以上渗漏的原因采取不同措施治理渗漏水，堵水施工遵循“堵排结合，以堵为主”的治水原则，同时考虑内外因素，不同漏水情况采取不同治水措施，外部因素以截流为主，内部因素以堵排为主，内外排水措施相互结合才能达到治水的目的。

2.2.1 预注浆措施

地面以下7～12 m已开挖部分，基坑墙壁出现大面积渗漏水，漏水点普遍集中在桩间，漏水中含泥沙量大，漏水点孔径为5～30 cm，漏水量每孔约15～45 m3/h。

暂停大面积土方开挖，对该砂卵石地层实施超前注浆堵水方案:

1)对已开挖的工作面喷射混凝土封闭，混凝土强度达到设计强度的70%时采用风钻在桩间打孔，注浆管的布设间距为横向1.2 m，竖向1.5 m，孔径为φ40，注浆管为φ32，壁厚δ=3.25 mm的钢花管，漏浆孔在钢管前端1.5 m设置，间距为15 cm，孔径为8 mm，梅花形布置，管头制成锥形，注浆管从钻孔桩与旋喷桩之间斜向打入，打设深度应穿过旋喷桩，插入注浆管分1.5 m和2.5 m两种，长管作为深层预注浆，短管为二次补偿注浆，插入角度为水平向下15°，注浆管外漏15～20 cm。

2)注浆设备采用KBY50/70型双液注浆机，注浆连接管路为φ30的橡胶软管。

3)先注入1∶0.8～1∶1水泥浆，注浆压力为0.1～0.3 MPa，注浆过程中因回填的浆液与土体间隙饱和产生较大压力，当压力达到0.3 MPa时，停止注水泥浆，二次补偿注水泥—水玻璃双液浆，经现场原状土注浆试验确定配合比:水泥采用P．O 32.5普通硅酸盐水泥，水玻璃模数2.2～2.8，浓度不低于35Be'，同时加入缓凝剂NaH2PO4，掺量≤3%，水泥浆与水玻璃体积比为1∶1，凝结时间控制在8～10 min。二次补偿注浆压力为0.3～0.6 MPa，注浆时要注意观察压力和流量变化，压力逐渐上升，流量逐渐减少，当注浆压力达到设计终压时，再稳3 min，可结束本孔注浆。二次补偿注浆在旋喷桩与钻孔桩外层形成压密注浆区，起到加强止水的作用。根据地质情况每2 m作为一个注浆层，每一个开挖循环进行一次预注浆施工。预注浆施工见图1。

图1 基坑侧墙预注浆施工图(单位:mm)

预注浆堵水后再采用小型挖掘机配合人工逐层开挖，同时掌握渗漏水情况并采取必要堵水措施。

2.2.2 集中堵水措施

1)基坑侧壁集中堵水处理

漏水情况:预注浆之后进行基坑开挖，桩间仍有渗漏水，原因是周边有潜水，水位分布在开挖面以上约1.5 m，用压力仪器测试水压在0.03～0.07 MPa之间，这种漏水情况较为集中，在距离万泉河和圆明园湖泊较近的地方漏水明显较大，以点状分布为主，集中性漏水还集中在地下12～15 m，经统计，漏点分布范围为每100 m2约有15个点，漏水量每孔约为5.5～25.0 m3/h。

堵水措施:堵水施工时有针对性地先在原漏水点处采用YT-28风钻打孔预埋注浆管，四周用水泥砂浆封堵，拌合砂浆时加适量速凝剂加快凝固时间。漏水孔径＞150 mm的先采用草袋堵塞，再用砂浆封堵，插入注浆管角度为水平向下15°，外侧露出管头20～30 cm(该注浆管的作用是一方面排水，另一方面方便注浆管的连接)。将桩间水通过注浆管引流出来，然后对基坑侧壁挂网喷射混凝土封闭，喷射混凝土时注意防止堵塞注浆管，在喷射混凝土达到设计强度后进行注浆施工，浆液选用水泥—水玻璃双液浆，材料选用、配合比、注浆压力同上。

2)区间洞口处集中堵水

漏水情况:基坑端头墙洞口处桩体断开，形成不连续止水帷幕，洞口周边漏水严重。

堵水措施:在洞口外轮廓环向打设两排小导管，第一排导管距离洞口外轮廓200 mm，一、二层小导管间距为300 mm，导管环向间距为1 000 mm(区间洞口注浆止水见图2)。注浆材料选用1∶1的水泥浆与水玻璃配合成1∶1(体积比)的水泥—水玻璃双液浆，注浆扩散半径为0.25 m。管片下部采用钢格栅+网片+连接钢筋+小导管注浆联合支护。注浆顺序为先内侧后外侧，同一层环向注浆管采用间隔注浆。

图2 区间洞口周边注浆止水布置图(单位:mm)

2.2.3 较小漏水点及渗水堵漏措施

较小漏水点及渗水对施工影响不大，但也应该在施工时加以处理，防止以少积多，这种渗漏水主要在地下15.00～16.85 m这一区域，漏水量每处约0.3～3.0 m3/h。

施工时先用水对漏水点进行清洗，再用速凝型水不漏粉剂封堵漏水点和渗水面。水不漏粉剂与水按照1∶0.3配制并搅拌均匀，调制好的配料凝固时间约为3 min，漏水点堵漏时将配料揉成团状，填塞漏点并将表面抹平压实封闭，渗水面堵水时用抹子均匀地涂抹一层配料，厚度为2～4 mm，反复碾压整平，直到不再有渗水为止，如第一层不能达到堵漏效果时再涂抹第二层。

2.2.4 引、排水措施

漏水情况:该站基坑四周水源相通，通过预注浆堵水和集中堵水后，大面积漏水基本得到解决，局部有压水无法根除，具体为每100 m2有5～8个漏水点，分布在基底以上6 m范围。

引排措施:①在开挖至底层(深度为16.85 m)时，土层为黏土，上部渗漏水与黏土形成泥浆，影响施工，为保证基坑大面积无水作业，在基坑四周开挖一条断面为30 cm(宽)×20 cm(深)的盲沟，每隔40～50 m设一集水坑，盲沟沿东西走向设3‰的下坡，盲沟和集水坑内铺满透水性良好的碎石，同时在盲沟内埋置一根φ80的排水盲管，确保排水畅通，水流通过盲沟排至坑内集水坑，再使用抽水机或泥浆泵集中排出基坑外。②侧壁漏水点通过在基坑侧壁开孔插入塑料软管引流，管外壁空隙用水不漏封堵，塑料软管直径为10 mm，有压水流通过塑料软管排至两侧排水盲沟。③为防止基坑侧壁渗漏水流入基坑内，在侧壁铺设一层塑料薄膜，并将引水软管连同塑料薄膜埋放至盲沟内，侧壁有流水时可通过水管或沿塑料薄膜流入排水盲沟，再排除基坑外，达到引、排水的效果。

2.2.5 截流措施

在条件允许的条件下，在靠近基坑北侧的湖泊沿岸内侧铺设塑料隔水膜，再用装满黏土的编织袋堆码压实，周边用砂浆封口，防止湖水渗入基坑，起到截流的作用。

2.2.6 其它堵水措施

本工程在基坑东端头也采用了化学注浆技术，化学浆液由环氧树脂、稀释剂、固化剂、亲水剂等按比例组成，注浆后堵漏效果也较为明显，但对于大面积堵漏施工造价较高，难以推广，在本工程中仅作为一项试验。

2.3 效果

本工程针对基坑渗漏水不同部位和不同情况采取不同的堵水措施，先堵大面积，再集中处理分散漏水点，最后对有压水进行引、排，整个过程对附近水源采取截流措施，效果如下:

1)采用长、短管进行深层注浆和二次补偿注浆，注入水泥浆每孔0.6～4.7 m3，注水泥—水玻璃双液浆每孔0.3～1.2 m3，注浆后基坑侧壁无大面积漏水。

2)集中性漏水点采取先引水，再进行单管注水泥—水玻璃双液浆，注浆量为1.7～2.6 m3，注浆后90%以上漏水点无漏水现象。

3)个别有压漏水点通过导管、盲沟引流排水，防止了渗漏水进入基坑。

4)基坑周边建筑物无裂缝、坍塌，地面沉降变化终值为49 mm，围护结构斜率变化为8 mm，均在可控范围，基坑四周各种管线安全可靠。

5)结构及防水层施工基本达到无水作业。

3 施工经验

3.1 堵漏施工经验

1)明挖基坑在围护结构和初支面进行背后注浆难度大，原因是围护结构和初支混凝土未完全封闭，而注浆施工必须在密闭条件下才能达到彻底堵漏的效果，此种情况下堵漏施工应反复进行，化大面积为小面积，化分散为集中，堵排结合，采用多种方法以达到治水的目的。

2)本工程堵漏水采用打设注浆管，注水泥浆、水泥—水玻璃双浆液，技术难度小，操作简便，成本低。

3)堵水施工时必须详细了解现场实际地质情况、地下水源分布情况，管线情况及其它建(构)筑物等，做到以防为主，堵水施工时要强调重点，如区间洞门、距离水源近的部位要作为重要堵漏区。

3.2 堵水难点引发的思考

1)该站基坑开挖是在地质条件差、地下水丰富，在未实施降水的条件下施工的，安全风险较大，在今后的施工当中，如不能采用井点降水可采取其它方式进行降水，如冷冻法降水等，避免出现渗漏水后进行堵漏施工带来的困难。

2)盾构先行过站提高了施工进度，但从根本上破坏了基坑的防水系统，对本工程造成严重后果，不可取。

3)设计方案在该有水地质条件下采用的钻孔桩+旋喷桩施工，旋喷桩质量难以控制，需进一步优化设计方案，如采用咬合钻孔桩或SMW连续墙施工，对止水有利。

4)降水设计中侧重于堵水而非排水，存在较大漏水隐患。在如此高富水地层中，应在车站内部设置降水井对围护结构内的地下水予以疏干。

5)施工中必须严格控制上一道工序的影响，如桩间喷射混凝土施工需保证喷射厚度，防止漏喷、不密实和封闭不完全等现象，另外在注浆浆液中掺入微膨胀剂或采用超细水泥效果更佳。

［1］赵志缙，应慧清．简明深基坑工程设计及施工手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，1999．

［2］李承刚，孙庆祥．建筑防水手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2001．

［3］北京市建设委员会．DBJ 01—96—2004 地铁暗挖隧道注浆施工技术规程(试行)［S］．北京:北京市建设委员会，2004．

［4］杨嗣信．高层建筑施工手册(第二版)［M］．北京:中国建筑工业出版社，2002．

［5］中华人民共和国建设部．JQJ/T 111—98 建筑与市政降水工程技术规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，1998．

［6］黎庶．城市电缆隧道施工中地下水的综合治理［J］．铁道建筑，2008(3):46-48．