地铁降水施工方法研究与应用

刘东亮

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350)

大量工程实例表明，在地铁工程施工建设中，往往会遇到两大难题：第一，地铁工程大多数路段都处于地下水以下，具有点多、线长、施工周期长的特性，如何有效处理地下水一直是地铁工程施工建设的重点、难点；第二，地线管线密集，在地铁工程施工中，如何有效处理交通、占地关系，并控制地面沉降是一个难点。实质上，地下降水和控制地面沉降都可以归结为降水问题的处理。因此，对地铁降水施工方法进行研究和应用，是提升地铁工程质量和缩短工期的关键，也是降低施工成本的主要途径。

一、工程概述

（一）工程简介

兴业北街站采用地下两层岛式站台车站形式，站台宽度12m。车站中心里程为YDK16+308.275，设计起点里程为YDK16+184.423，设计终点里程为YDK16+469.425。车站长度285.0m，标准段宽度21.1m，盾构扩大段宽度为25.2m，底板埋深为17.6～18.2m，覆土厚度为3.0～3.1m，中心里程处为3.1m。车站设置盾构过站条件，在大里程端为双线盾构接收，小里程端为双线盾构二次始发。本车站共设4个出入口，2组风亭。综合车站周围环境条件、基坑深度等情况，确定本站主体结构基坑支护安全等级为一级，基坑变形控制等级为1A级，重要性系数γ=1.1。

本站车站主体结构为地下二层框架结构，采用明挖顺筑法施工，基坑内管井降水+基坑外止水帷幕止水，车站主体围护结构采用φ1200@900钻孔咬合桩+内支撑形式；局部高压线影响区域，围护结构采用φ1200@1600钻孔桩和φ1000@1600/800三管高压旋喷桩+内支撑形式。主体围护与主体侧墙组成复合式结构，主体侧墙外设置附加防水层。

（二）工程地质、水文地质情况

工程地质：勘察期间，拟建车站勘察范围内地形较平坦，地形起伏不大，孔口标高在530.46m～531.66m。地貌单元为岷江水系Ⅰ级阶地。根据钻孔揭示，场地范围内上覆第四系人工填土层（Q4ml）；其下为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）粉质黏土、砂、卵石，参与地层统计的钻孔共27个。

水文地质：底高程约527.0～527.7m，平均高程527.570m。勘察期间水深约1.2～2.2m，淤泥厚度20～40cm，河床较平坦，水面坡降不大，常水位约529.1m，洪水位530.0m，洪水位高程529.370m（P=2%），该河段河水流速为3～4m/s，流量71.4m3/s，河流最大断面流量：147m3/s，流向由西北向东南。基坑涌水量：24097.02m3/d（按抗浮水位530m计算）。

二、降水井设计

在本工程中设置降水井的主要目的是：在基坑时确保地下水位时刻处于安全水位，从而确保各项施工工作能顺利开展。

（一）降水设计思路

根据本工程提供基坑支护、桩基设计，结合场区复杂地质条件、基坑开挖深度及围护深度等特征，对本工程降水进行设计。本工程设置咬合桩止水，针对本工程开挖土体的风险特点，在基坑的内部和外部同时设置降水井，并在进行开挖前做好预抽水工作，确保地下水不会影响开挖情况，方便土方开挖及开挖面的正常施工。本工程考虑采用管井进行疏干降水，将水位降至底板以下1.0m。

（二）基坑总涌水量计算

具体计算公式如下：

此公式中，Q表示基坑涌水量 (m3/d)；k表示含水层渗透系数（m/d），取k=21.0m/d；H表示潜水含水层厚度(m)，工程按照33.0m计；h表示降水后基坑内的水位高度；本站基坑降水为15.6m计；I表示过滤器进水部分的长度，按照 5.0m 进行计算；hm=（H+h）/2=（33.5+15.6）/2=24.3m；R表示降水影响半径 (m)；r0-基坑等效半径（m）；可按公式进行计算，A表示基坑面积8305.4m2；r0=51.4m经计算，本车站基坑涌水量Q=10016.6m3/d。

（三）降水井计算

单井出水量可按照如下计算公式进行计算：

此公式中：q0表示单井出水能力（m3/d）；rs表示过滤器半径（m），本工程管井管直径0.3m，取0.3m；l表示过滤器进水部分长度（m），取5.0m；k表示含水层渗透系数（m/d），取21.0m/d（抽水试验报告）；经过计算可知q0=779.7m3/d。

降水井数量计算公式为：n=1.1Q/q0，此公式中，Q表示基坑降水的总涌水量 (m3/d)：n表示降水井数量可取14.1。

考虑降水井间距一般不大于25m，实际设置27口（降水井轴线周长约661m，n=661/25=26.4，取n=27）。

（四）降水井布置

兴业北街站主体基坑工程：坑外布置降水井27口，坑内布置降水井11口，另设3口观测备用井。降水井工作量如表1所示。

三、地铁降水施工方法

（一）降水井结构

本工程采用管井进行施工降水，井孔为冲击机成孔，孔径600mm。井管由多节钢筋混凝土管组成，采用承插式，单节管长2.5m，内径300mm，外径360mm，井管由实管和滤水管组成，滤水段由φ360mm满布滤水孔的钢筋砼管。井管吊放好后沿井管周围均匀投放滤料，滤料为直径3mm～8mm无棱角的卵石，滤料填至井口。在沙层部位及上下各1m范围内，井管与井壁间填充黏土。

（二）坑底排水明沟及集水井

为排基坑内的地下渗水及雨水，防止浸泡基坑，坑顶设置排水沟，排水沟沟宽0.3m，沟深0.6m，沟内放置中219铁管防止积水渗入基坑。在排水沟出水处，设置6.4×2.3×1.8m三级沉淀池。排水沟与沉淀池沟壁采用C20混凝土浇筑。排水沟剖面图如图1所示：

图1 排水沟剖面图（单位：mm）

表1 兴业北街站降水井工作量统计表

在基坑底部周边设置临时排水沟，将基坑内的水集中至基坑最低处，再采用水泵及时将基坑内的水排至基坑外。

（三）成孔

本工程在成孔作业时，主要采用了SR200C型工程冲击钻机进行工作，为保证成孔的安全性，上部采用缓慢进钻的方法，并用孔内自然造浆的方法进行施工，为有效提升钻孔的效果和质量，泥浆密度要控制在1.1～1.15之间，避免在钻孔时发生孔壁坍塌等质量通病。

（四）清孔

清孔效果直接决定了降水井建设质量，因此当钻孔完成以后，还要进行全面的清孔作业。具体做法是：将钻杆提离孔底0.5m，然后进行冲孔作业，把孔中的杂物及时排出，避免影响后期施工质量。

（五）下井管

井管进场后，检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。首先必须测量孔深，并对井管滤水管逐根丈量、记录。然后根据地层富水情况，分别下入井管、缠丝滤水管。下管时，保证滤水管居中。

（六）填滤料

填滤料前在井管内下入钻杆至离孔底0.30m～0.50m，井管上口加闷头密封后，从钻杆内泵送泥浆进行边冲孔边逐步调浆使孔内的泥浆从滤水管内向外由井管与孔壁的环状间隙内返浆，使孔内的泥浆密度逐步调到1.05，然后开小泵量按井的构造设计要求填入滤料，并随填随测滤料的高度，直至滤料下至预定位置。

（七）洗井

采用空压机、活塞联合洗井，空压机洗清之后再用活塞洗井；重复以上洗井过程，洗井至井管通畅、水清。洗井时间的控制：每井活塞洗井原则上不少于两次，每次提拉活塞不少于2小时，空压机洗井原则不少于2个台班，以确保降水质量，但洗井结束时间最终以达到水较清澈为止。

（八）安装潜水泵及管路系统

第一步，安装前检查电机和泵体，确认完好无误后方可安装；

第二步，潜水电机、电缆和接头的绝缘安全可靠，并配有保护开关控制，以确保安全运转；

第三步，安装过程中保证各连接部位密封可靠不漏气；

第四步，管路与就近排水沟相连，将降水井抽出的水部分作为施工用水，剩余的通过在基坑边排水沟汇总，将水排入市政排水系统；

第五步，管路上水表、闸阀、单向阀，以便于控制、管理。本文结合工程实例，研究了地铁降水施工方法和应用。研究结果表明，不同水文地质情况，适用的降水施工方法也各不相同。在具体施工建设中，要根据地铁工程水文地质情况，合理选择与之相适的降水施工方法和结构，才能更好地提升降水处理效果，并为地铁工程施工提供真实有效的参考依据。