地铁车站深基坑开挖降排水技术

摘要：地铁明挖车站施工中，降水效果的好坏直接决定了工程的成败。选择合理的降水方案，是确保降水质量的关键。通过总结西安地铁二号线某车站的降水经验， 希望对今后地下降水工程具有一定的借鉴意义。

关键词：地铁；明挖车站；深基坑开挖；管井井点降水；排水设计

1 前言

在地下水位较高的地区开挖深基坑，为确保基坑及施工安全，必须采取有效的降水和排水措施。由于城市地铁车站施工的特殊性及复杂性，地下管线及周边建筑物众多，降水效果的好坏直接决定了一个工程的成败。

2 工程概况

西安市地铁二号线某车站位于西安市长安区凤栖路和北长安街相交十字路口处，为地下三层明挖岛式站台车站。基坑平面尺寸为20.9m×137.2m，车站主体基坑开挖深度23.04～24.6m，为特级深基坑，基坑围护结构采用基坑周边Φ1000@1400钻孔灌注桩密排布置，钻孔灌注桩嵌固深度不小于7m，开挖过程中采用Φ609钢管对围护结构分4层进行支撑。

车站站位属黄土梁洼，地面高程介于460.23m～462.07m，北高南低，高差达1.84m。基坑周边降水施工影响半径内主要建筑物及地下管线众多。

地质报告表明：本车站场地内地层岩性自上而下依次为：Q4ml杂填土层 、Q4ml素填土层、Q3eol新黄土层、Q3el古土壤层、Q2eol老黄土层、Q2el古土壤层、古土壤与老黄土交替层。

车站基底主要位于老黄土层和古土壤层中。车站基底标高435.77m～437.434m。

场地内的地下水类型属潜，地下潜水稳定水位埋深13.90～16.60m，主要含水层为含水层为4-1-2老黄土和4-2-2古土壤层，主要补给来源为大气降水、地下泾流等补给。

3 基坑降水方案

3.1 主要技术标准

⑴降深控制要求：潜水位要求降至槽底以下0.5～1.0m；若开挖槽底在潜水含水层底板以下，则要求将开槽范围内的潜水含水层基本疏干；若层间潜水分布在槽底以上，则要求将开挖范围内的层间潜水基本疏干。

⑵附加沉降要求：由降水引起的附加沉降不能对周边建筑产生危害性影响及影响其正常使用。

3.2 降水方案

根据本工程地下土层及西安地下水情况，选用坑外管井井点降水方案。

3.2.1降水深度要求

地下水稳定水位标高446.4～447.1m，中心里程处基底高程438.354m，基底位于地下水位下约8～8.7m，考虑基坑局部加深2.39m，以及1.0m的施工干燥距离和1.0～2.0m水位变幅，综合取基坑降水中心降深S=12m。

3.2.2基坑出水量计算

3.2.8水泵型号选用

泵采用QJ型潛水泵，并带吸水铸铁管，并配上一个控制井内水位的自动开关，每井一台。

选定型号之前，可在成井后进行试抽水现场试验并根据出水量选定水泵型号。

根据管井井点理论进水量，选定水泵型号为：150QJ10-50/7潜水泵（单相潜水电泵，流量10 m3/h，扬程50m，功率3W），水量偏小时可选择小流量QJ型水泵。

4 排水方案

排水管道设置在排桩围护结构外1.5m处采用直径15cm PVC管作为排水主管道，自北向南顺坡排水，最后经三级沉淀后排入市政排污管道中。

坑内视侧壁渗水情况设天然圆砾盲沟排水，在基坑一角设集水井，可备1台水泵定时抽排。基坑开挖过程中，遇暴雨或连阴雨时，安排专人抽排。

5 降水的保证措施

5.1地下管线、周围建筑物的保护措施

在进行临近既有结构的特殊地段施工前，首先对既有结构物强度和现状进行全面评估，建立建筑物影像资料并经产权单位签字，根据检测结果确定施工控制标准。在施工过程中，要加强对既有结构物的检查，对结构裂缝进行跟踪观察，密切注意裂缝的发展情况，对于一些结构的使用和强度有影响的及时进行处理。

通过与产权单位沟通，将车站施工影响范围之内的管线改移出车站基坑4m以外，对于不能改移的管线给予悬吊保护。给水、天然气等有压管线的悬吊，施工过程中需要重点保护。

5.1.1降水对周围环境的影响

降水引起的沉降主要是指由于水位的下降使得土颗粒间有效应力增加而发生压缩固结引起的沉降，将引起新黄土、古土壤的压缩沉降，进而导致地面附加沉降。

凤栖原站降水最大深度12m左右，由于水位降落而引起地面沉降，相应形成以水位漏斗为中心的地面沉降变形区，导致此范围内的建筑、道路、管网等设施因不均匀沉降而发生断裂、倾斜，影响其正常使用和安全。

5.1.2 防止周围建筑物不均匀沉降措施

由于凤栖原站水位埋深较大，降水时间长，该车站有3-1和3-2-1层湿陷性黄土，有可能引起地面沉降，降水造成周围建筑物及地面不均匀沉降的原因来自两个方面：①水位下降引起地面附加应力增加导致土体压缩变形，特别是水位附近的饱和黄土；②降水井反滤层失效导致地层颗粒流失过大，出现地面沉降。

5.1.2.1 水位下降导致的地面沉降

根据西安地区降水经验，降水引起的地面沉降一般不超过2cm，本车站降水深度10～12m，连续抽排7～10天即可达到降水深度要求，降水期间可通过调整开泵数量、泵量等方法，尽量确保水位平稳下降，使降水引起的沉降和差异沉降最小，确保降水期间邻近建筑物及地下管线能够正常使用。

5.1.2.2 降水井反滤失效导致的地层土颗粒的流失

采用管井法的井点降水，如果降水井反滤层效果不理想时或砂层部位没有处理好，将会使地层土颗粒随降水水流流动而流失，随着降水的时间延长，有可能导致地面沉降，进而破坏邻近建筑物的基础，导致建筑物产生不均匀沉降。此类情况可以采取以下措施加以有效控制：

①控制降水井施工时的滤料质量，提高滤料的过滤作用；

②根据现场实际情况，随时补充滤料。

③在抽水时，注意观测水中的含泥砂量，大于1/10000时应停止抽水，查找原因。

5.1.3 防止湿陷性黄土浸水导致地面沉降的措施

本站底板埋深较大，在水位以下湿陷性黄土对车站影响不大，可不考虑黄土湿陷的作用。出入口及通道等附属设施，基础埋深在地下水位附近，考虑黄土湿陷性的影响，可采用地基处理来改善土的物理力学性质，减小或消除地基的湿陷变形，并采取相应检漏防水措施。

抽水过程中，因井管、集水管等漏水，又未及时排走，抽出的地下水反渗入地层，在凤栖原站地层中，3-1层黄土和3-2-1层古土壤具有湿陷性黄土，遇水容易产生湿陷变形，从而引起地面沉降。可采取以下措施来防止此类事故的产生：

①提高施工管理人员的警觉性，重视降水过程中出现的管道漏水情况，安排专职人员进行定期巡视监测，并形成文件记录。

②调高集水管及软管质量，购买材料必须有合格证明，若有条件可进行管道的压力试验，保证抽水过程中管道不发生爆裂。

③管道通过道路、沟渠时应采取有效的保护措施。并建立地面排水系统，将地表集水及时排走。

④调查周围地下管线情况，防止施工过程中破坏居民的上下水管道，引起水漏水渗入地层。

⑤对降水排入市政管网的集水井检查，检查其管道能否满足基坑降排水流量要求及保证该集水井不渗不漏。

5.1.4 水位保证措施

为使基坑开挖及地下结构的施工期，地下水位保持在结构底板以下 1.0m，同时在满足降水要求的前提下，使抽取的地下水总量最少，工程投资最经济。在降水施工期间拟采用以下方式控制降水井井中水位：

①按设计要求建立地下水动态监测网，在基坑的四角及周边按照一定比例选取一些降水井及已在基坑内设置的观测井作为动态水位观测井，其位置平均分布于降水区域内在降水试运行之前可作单井试抽，另外的降水井也同样可作为观测井。

当基坑开挖至水位以上2m位置处时，开始施工基坑内水位观测井，观测点井孔采用HGY-200 型地质钻机成孔，为满足监测需要，井管口径选择60mm，井孔采用塑料硬管护壁，井深达预测的最大下降水位以下2～3m。

②降水井施工完毕，马上开始抽水，水位未达到设计降深之前（一般为前15天），每天观测1次水位、水量；当水位达到设计降深后，每5天观測1次。

③对监测记录应及时整理，绘制Q～t与s～t的过程曲线，分析水位下降趋势，预测开挖面的地下水位，并根据水位变化情况调整开泵地段和开泵数量，在保证基坑无水开挖的同时，减少地下水资源无谓排放。

④地下动态监控网提供的资料为：地下水位监测数据、地下水质监测数据、车站的排水数据、排水含砂量等数据。根据观测记录，及时分析降水过程中不正常状况及产生原因，提出调整及补充措施，确保达到设计降水深度。

5.1.5变形监测措施

1）加强降水施工中的变形监测

监测地下管线、地上设施、周围建筑物的垂直沉降量和水平位移量，是保证降水施工安全和周围环境安全的必要条件，除我方自行监测外，还将密切配合每三方监测信息，时时掌握各类地下管线、地上设施及建筑物的稳定情况。

2）应急保护措施

当监测发现地下管线、地上设施、周围建筑物的变形量，某一种达到极限值时，我们采取应急保护措施。

当通过沉降监测发现建筑物沉降已达到预警标准时，应及时查明引起沉降的原因，当确认沉降引起的区域水位下降是造成建筑物沉降的主因时，应立注浆等相应措施。如果确认降水井质量问题是引起沉降的主因时，应采取基坑保护措施，然后采取对问题井进行停泵处理等相应措施。

5.2 地下结构渗漏封堵措施

一般堵漏方法的选择取决于漏水的速度、水压力的大小、渗漏的部位以及漏水点所处的地层等，并且在补救过程中应加强水位和变形监控。

1、对于漏水点比较小，渗水速度慢，渗水为清水。

这种情况在坑内部进行处理，可采用速凝型浆体材料压力注入，封堵渗漏点，能起到快速止水作用。

2、漏水量大，漏水速度快，渗水携带地层颗粒流出。

出现这种情况时，采取如下措施：

先用砂砾石回填反压渗漏部位，确保地层土颗粒不流失；

在坑内采用速凝型浆体材料压力注入，封堵渗漏点；

③当坑外水压力较大，难以从坑内有效封堵时，可利用渗水点外侧已有的降水井抽水，进行短期减压，然后在坑内注浆封堵。

速凝型注浆材料选用水泥浆和水泥-水玻璃双液浆，配比由试验确定。

具体的封堵措施根据地层环境和外界条件的变化而调整。在开工前，编制好相应的应急预案和详细的施工方案。一旦出现漏水，立即组织实施，把渗漏水对进度造成的不良影响降至最低。

5.3局部地下水不满足施工要求的处理措施

基坑开挖时，遇到上层滞水残留水，应及时停止开挖，在基坑槽边开挖盲沟，将坑底积水汇集到盲沟内明排抽走。

在降水井工作抽水的情况下，基坑设计降深最大的局部区域可能出现水位无法降低的情况。出现这种情况时可采取洗井、坑内降水等措施。

6 降水的应急预案

6.1 停电、水泵损坏应急措施

停电后，现场降水班组立即通报，立即启动应急预案，降水井供电线路切换到备用发电机，保证降水工作稳定持续的进行。水泵损坏后，由维修班组负责用备用水泵替换，并维修损坏设备，保证备用抽水设备的正常储备。

6.2 不均匀沉降应急措施

根据变形监测结果，若基坑周围建筑物或其他构筑物沉降变形达到警戒值，立即通报各施工队，同时停止施工，增加变形监测的频次，阻止事态的进一步发展。待建筑物或地面沉降变形趋缓后，再采取相应的加固措施，把降水对地基的变形影响降至最低。

6.3 基坑内涌水应急措施

反滤围井法。在冒水孔周围垒土袋，筑成围井。井壁底与地面紧密接触，井内按三层反滤要求分铺垫沙石或柴草滤料。在井口安设排水管，将渗出的清水引走，以防溢流冲塌井壁.如遇涌水势猛量大粗沙压不住，可先填圆砾、块石消杀水势，再按反滤要求铺填滤料，注意观察防守，填料下沉，则继续加填，直到稳定为止。

6.4地下管线渗漏应急措施

①施工前做好管线调查，与管线产权单位做好沟通，明确自来水、天燃气阀门位置，出现问题时立即通知同时分析原因，并根据原因按照应急预案及时进行处理。

②施工中加强变形观测，对变形的地下管线采用注浆加固处理。明挖基坑对管道采取悬吊、支撑、改移等预先保护措施。

③当管线出现异常渗漏，立即上报监理及业主代表，同时通知相关管线部门。

④发生涌水后立即组织人力、物力，利用软管将水引至集水井后，再排出洞外。并及时查明涌水原因。如为管道破裂，应立即通知其管理单位关闭闸阀，根据具体情况研究进一步解决措施。如存在水囊，可待存水放完后，注浆填补空间。

⑤当涌水较大时，在引流同时，实行警戒，疏散人员，进行交通导流同时通知管线单位组织专业队伍抢修。

⑥涌水处理完毕后，及时进行支护施工，视具体情况采取注浆等方法。

7 结束语

基坑降水工程设计，根据土层的渗透系数、要求降水的深度和工程特点来确定，降水实践中要采用信息化施工，定时检测降深、出水量，采用抽水试验验证降水效果，以便進一步优化降水设计的施工方案。

目前该车站第一段已开挖至基坑底，降水运行平稳， 降水效果良好，完全能够满足西安地铁明挖深基坑施工的需要，同时能够确保地下管线及周边建筑物的安全、可控。

参考文献

（1）《凤栖原站岩土工程勘察报告》（2008年12月）；

（2）《凤栖原站车站主体围护结构设计图》（2010年2月）；

（3）《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）；

（4）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）；

（5）《城市地下水动态观测规程》（CJJ/T76-98）；

（6）《 建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）。

作者简介：张铨（1976出生，籍贯：河南省内乡县），男，工程师。毕业于华北水利水电学院学院水利水电及工程建筑专业，参加工作时间1996年7月。