长江漫滩地区长大隧道分区降水设计与应用研究

耿会勇

(中铁十五局集团有限公司，河南 洛阳 471000)

1 工程概况

本工程为南京梅子洲过江通道连接线-青奥轴线地下交通系统建设工程连接线，由主线隧道及匝道、滨江大道下穿通道及匝道、地下开发空间三个部分组成。南京梅子洲过江通道接线(青奥轴线段)起于江山大街与滨江大道的交叉口的江南工作井，往油坊桥互通方面前行，在江山大街地面以下三层位置下穿滨江大道，经青奥轴线地下空间，下穿经过燕山路、江东路、庐山路后出地面(YK11 +978．942)，隧道主线全长1 732 m;滨江大道下穿通道沿规划道路南北向设置，以明挖隧道型式下穿青奥广场，隧道全长1 258 m。隧道主线设C ～H 共6 条地下匝道连接江山大街、江东路及庐山路等城市道路，匝道全长2 896 m。青奥轴线广场地下空间位于梅子洲过江通道连接线上方，为负一层结构，总开发约21 000 m2。

2 工程围护设计

根据基坑开挖深度不同，基坑围护结构分别采用放坡、SMW 工法桩、钻孔桩+三轴搅拌桩(高压旋喷桩)止水帷幕、地下连续墙+高压旋旋喷桩接缝止水等形式。除B2-J1 区有部分基坑围护结构隔断了基坑内外水力联系外，其余均为“悬挂式”围护结构，坑内外地下水具有水力联系。

3 地质水文条件

本工程所在区域气候湿润，雨量充沛，降水时间长，长江等地表水体与地下水的水力联系较好，在丰水期对地下水有补给作用;对区域地下水的形成的补给起重要作用。据区域资料以及本次勘察成果，根据含水层的岩性、埋藏条件和地下水赋存条件、水力特征，可分为松散岩类孔隙水和碎屑岩类孔隙水。松散岩类孔隙水又可分为孔隙潜水和孔隙承压水。

承压水主要分布于基岩上部松散层中，其沉积物多呈二元或多元结构，上细下粗，在漫滩区上覆淤泥质土及黏性土，在长江河道区直接与江水相通。本场地承压含水层可分为二段:上段为③层粉细砂，厚度10 ～40 m(平均32 m);下段为⑤层，以含卵砾石层中粗砂为主，卵砾石呈次圆状，分选性差，粒径一般1 ～10 cm，少量大于100 mm;厚度3 ～20 m。上、下段之间的局部有④层粉质黏土夹粉砂分布，厚0 ～8 m，极不稳定，可视为相对隔水层。该层总体厚度大，渗透性和富水性良好，单井涌水量在500 ～1000 m3/d，上部粉细砂渗透系数为6．50 ～25．0 m/d，下部含卵砾石的渗透系数为30．00 ～50．00 m/d，勘察期间水位埋深1．50 ～5．50 m，水位标高3．50 ～6．20 m，近长江处水位随江水位变化明显。

4 基坑降水设计

4．1 设计思路

(1)根据基坑地质、开挖深度、围护情况，设置坑内隔水帷幕，对整个长大基坑进行分区，将整个条形基坑划分为12 个小面积基坑进行降水设计。

(2)针对本基坑工程量大特征，降水设计时采取分区分段设计原则，同时兼顾各分区分段之间的相互影响，针对各分区不同的特征采取不同的降水方案。

(3)充分利用基坑围护及坑内隔水帷幕，采取分区坑内降水方式，减小降水井同步运营数量及坑外水位降深，减少降水对周围环境影响及降水成本。

4．2 基坑降水分区设置

(1)设置原则。基坑降水分区，根据基坑围护形式、开挖深度、地质情况、水位降深等原则进行分区。

(2)分区隔水帷幕类型。基坑分区隔水帷幕设置，原则根据基坑两侧止水帷幕类型、深度、技术参数相同。所以根据基坑围护设计，基坑设置12 道隔水帷幕，其中地连墙区域由于基坑隔水帷幕设置过深，采用自凝灰浆墙，其余隔水围护均采用三轴搅拌桩、高压旋喷桩。

(3)基坑降水分区设置。根据基坑围护设计，及周围地质条件，为了保证基坑在水位降深条件下，减少坑外水位降深，降低基坑降水对周围环境影响。具体基坑分区设置见表1。

表1 主线隧道基坑降水分区表

4．3 分区基坑降水设计

以一个工程分区(YK10 +525 ～+700)为例进行基坑减压疏干井设计计算。该区基坑开挖底板埋深为18．4 ～13．4 m，位于粉细砂承压含水层中，水位需要降至开挖面以下1 m。上部存在一层厚约8 m 的淤泥质粉质黏土层，本次不单设疏干井，充分利用减压井全孔滤料的方式对其进行疏干。围护结构及坑内横向止水帷幕进入承压含水层一定深度，对地下水流具有绕流阻水作用，降水设计时采用数值模拟进行分析，降水井滤管浅于地下连续墙。

(1)布置原则。一般根据基坑面积按单井有效抽水面积A 来确定，采用多级滤水管，以确保每口井的出水量。待现场成井施工2 ～3 口后，做一组抽水试验，根据试验结果再做适当调整，通过单井抽水试验，单井出水量可达到1 200 m3/d。

(2)井点布置。根据以往施工经验和建筑与市政工程降水工程技术规范(JGJ/T111—98)以及J2 区域基坑宽度及地质条件。计划采用设计三排降水井样式布设，断面降水井间距为12．5 m。基坑降水面积预测按照250 m2/口进行计算。降水井采用多级滤水管，保证每口井的出水量。

(3)坑内管井数量估算。

式中，n 为基坑内降水管井数量(口);A 为基坑降水面积;a 为单井有效抽水面积。n =175 ×43 ÷250 =30口。

(4)降水井深度计算。根据《建筑与市政降水工程技术规范》降水井深度计算

式中，HW 为降水井深度;HW1 为基坑深度;HW2 为降水水位距离坑底要求的深度，根据设计要求取1．0 m;HW3 为iγ0;i 为水力坡度，在降水井分布范围内宜为1/10 ～1/15;γ0为降水井分布范围的等效半径或降水井排间距的1/2;矩形基坑的γ0= 0．29(a +b)= 103．24 m ＞1/2 井排距，顾取排距的1/2 为6．25 m;HW4 为降水期间地下水位的变幅;根据降水期间的安排，井点降水按照最不利横跨枯水期和汛期，根据南京市水文统计，长江最高水位为10．22 m，较长水5．32 位上涨4．82 m，根据地质勘查设计院做静止长江水位涨幅与地下水位涨幅对比试验，按照最不利条件下长江汛期，地下水涨幅为:HW4 =(10．22 -5．32)÷0．99 ×0．24 =1．19 m;HW5 为降水井过滤器工作长度，根据规范和以往降水经验滤水管长度取5．0 m;HW6 为沉砂管长度根据地质条件与规范要求沉砂管长度设置为2．0 m;则降水井深度为:HW =19．6(11．6)+1 +0．416 +1．19 +5 +2 =29．2(21．2)。则减压疏干井设计井深为自开挖地面到开挖深度以下8．6≈9 m。

(5)降水出水量计算。根据《建筑与市政降水工程技术规范》、《建筑施工计算手册》、地质勘查单位做抽水试验结果，根据地质条件及基坑降水设计原则，该区域降水采用减压疏干井进行降水，降水井为减压非完整井，基坑涌水量计算

式中，Q 为基坑总涌水量;k 为含水层渗透系数，根据地质勘查降水试验结果综合承压疏干井粉砂层渗透系数加权平均值为20．9 m/d;H 为含水层底板埋深，根据设计图纸，按照含水层底板最大埋深计算为44．5 m;M 为含水层厚度，根据地质勘查报告③层微承压水层厚度为27 ～36 m，本工程取平均值为31．5 m;h 为降水水位至含水层底板距离，根据设计要求为降至底板下1．0 m，即水位降深为19．4 m，h = M -19．4 =44．5 -19．4 =25．1 m;γ0为基坑等效半径，根据地质勘查设计抽水试验确定γ0=0．29(基坑长+宽);R 为降水影响半径，根据地质勘查设计规范，影响半径R = 10S，根据图纸，基坑最大降深为19．4 m，含水层渗水系数为20． 9 m/d。根据以上计算基坑总涌水量为:Q =28 697 m3/d。单井涌水量为:q = Q/n = 28 697 ÷30 =957 m3/d。根据设计深井泵采用50 m3/h，每天抽水量为1 200 m3/d ＞q，基坑降水布设满足降水要求。

(6)降水井井深结构设计。由于各里程开挖深度及围护结构深度不同，因此，降水井深29 ～24 m 不等，但均浅于地下连续墙。泥孔径600 mm;井管为直径273 mm、壁厚6 mm 的钢管;滤管为外包80 目锦纶滤网的圆孔式钢滤管，设置在开挖底板1 m 以下，底部设置1 m 长沉淀管;全孔填滤料。

表2 主线隧道基坑降水井运营管理表

5 分区基坑降水运营管理

为降低减压降水对基坑周边环境的影响，对于减压井与疏干井分开的降水井，例如YK10 +760 ～YK11 +010 区降水井，在减压降水运行过程中应务必做到按需降水。降水运行时，随开挖深度的逐渐加大，逐步降低承压水头，在基坑开挖至安全水位埋深前，再开启减压井对深层承压水进行降水。这样可以在确保基坑开挖安全前提下尽量减少减压降水引起的相邻地面沉降。

对于减压井和疏干井综合在一起的井，如YK10 +525 ～+700 区降水井，降水井要提前1 周降到开挖面下1 ～2 m，有利于疏干，不要降得过深。各区域基坑水位降深、安全水位埋深、降水井开启时间见表2。

6 应用效果分析

本工程于2012 年9 月开始进行降水井施工，全线基坑于2012 年10 月开始基坑开挖，截止目前全线基坑已经全部开挖完毕，正在进行隧道主体施工。基坑开挖期间，降水井将坑内水位控制在基坑开挖面以下1 ～2 m，没有出现任何降水不到位、基坑突涌问题。基坑承压疏干井对上层淤泥质黏土起到很好的疏干效果。降水井分区运营管理，彻底做到了按需降水，基坑开挖需要降水时才开启降水井，有效地减少了降水对周围环境的影响，并有效地节约了施工成本。