地铁基坑组合式承压水处理方法应用实践

韦扣均，汪 乐，丁文强

（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）

承压水层是地表下充满于两个稳定隔水层之间承受静水压力的含水层，当基坑开挖到一定深度时，承压含水层顶板以上的土层重量不足以抵抗承压水压力时基坑将发生突涌破坏[1-2]。根据王曙光[3]、蒋红星[4]、叶琳昌[5]等人的统计数据，与地下水有关的基坑事故约占总事故的45%～70%。随着城市轨道交通网络化建设的发展，地铁车站基坑深度不断增加，选择合理的承压水处理方法显得尤为重要。当基坑开挖深度过深或承压水头过高，突涌稳定性不满足规范要求时，一般可采取隔断承压水及按需减压降水两种方式确保基坑安全。根据基坑周边各区域周边环境要求及工程地质条件变化，采取组合式承压水处理方法，可在保证基坑项目周边环境安全的前提下取得良好的经济效益[6]。文章以常州市轨道交通2号线青枫公园站基坑工程设计为例，介绍组合式承压水处理方法在地铁基坑中的应用，以期为类似地铁基坑工程设计提供参考。

1 工程背景

1.1 工程概况及周边环境

青枫公园站地处常州市钟楼区，为2 号线与4 号线换乘车站。近期2 号线青枫公园站为地下二层车站，近期实施范围为2 号线青枫公园站（Ⅰ区、Ⅲ区、Ⅳ区）及地下三层换乘节点（Ⅱ区）。车站基坑平面尺寸为387.6m×21.7m，标准段、端头井及换乘段基坑开挖深度分别为17.0m、18.6m 及24.5m，基坑周边环境如图1 所示。

车站周边均为建成区，其中西北向为港龙华庭小区沿街商铺（建筑A），东北向为钟楼区人民政府（建筑B），东南向为青枫公园游客接待中心（建筑C），西南向为凯尔枫尚小区及其售楼处（建筑D 及建筑E），周边建（构）筑物统计表如表1 所示。

1.2 工程地质与水文地质条件

根据地质勘察报告，场地范围内地层自上而下为①填土、③2黏土、⑤1黏质粉土夹粉砂、⑤2粉砂、⑤3粉砂夹黏质粉土、⑥2粉质黏土、⑧1黏质粉土夹粉质黏土、⑨2粉质黏土、⑨3黏土。常州市钟楼区范围内⑤3粉砂夹黏质粉土层和⑧1黏质粉土夹粉质黏土层普遍连通，但青枫公园站西侧（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区）⑤3层和⑧1层间存在约4m 厚⑥2粉质黏土隔水层，东侧（Ⅳ区）⑤3层和⑧1层完全连通。

勘探深度范围内揭示承压水分为第1 层承压水和第2 层承压水。第1 层承压水主要埋藏于⑤1、⑤2、⑤3和⑧1层中（其中⑤1、⑤2、⑤3层为第1-1 承压水层，⑧1层为第1-2 承压水层），第2 层承压水埋深较深，对工程施工无影响。承压水头观测期间，第1-1 承压水层最高水位标高为2.00m，第1-2 承压水层最高水位标高为1.40m。

图1 基坑周边环境

表1 基坑周边建（构）筑物统计表

2 支护结构设计方案

根据常州地区地铁基坑设计经验，地铁车站主体结构基坑支护结构一般采用可作为永久结构与车站内衬墙共同受力、整体刚度大的地下连续墙，有利于减少基坑开挖及降水施工对邻近建（构）筑物的影响，各区支护结构设计方案如下：

（1）Ⅰ、Ⅲ区基坑开挖深度17～18.6m，坑底位于⑤2粉砂层，支护结构范围内⑤3层和⑧1层间存在⑥2黏土隔水层，为降低支护结构工程造价，标准段支护结构长度为32m，端头井支护结构长度为34m，标准段/端头井基坑支护结构隔断第1-1 层承压水并进入⑧1层6.7m/8.7m，未隔断第1-2 层承压水。Ⅰ、Ⅲ区标准段支护结构剖面图如图2 所示。

（2）Ⅱ区基坑深度约为24.5m，根据基坑支护结构计算确定支护结构长度为45m，支护结构底位于⑨3黏土层，隔断第1 层承压水，坑内疏干降水。

（3）Ⅳ区基坑开挖深度17～18.6m，支护结构范围内⑤3层与⑧1层完全连通且最大厚度达31.2m，坑底位于⑤2粉砂层，基坑开挖至坑底时第1 层承压水头应降低16.7m 方能满足突涌稳定性要求；为避免基坑减压降水施工导致坑外地表沉降过大，支护结构长度为40m，下部设置8m 素混凝土段隔断第1 层承压水进入⑨2黏土层，坑内疏干降水。

3 承压水降水影响分析

根据现行基坑规范，基坑突涌稳定性安全系数不应小于1.1。Ⅰ、Ⅲ区基坑第1-2 层承压水突涌稳定性计算结果如表2 所示。

图2 支护结构剖面图（Ⅰ、Ⅲ区）（单位：mm）

表2 突涌稳定计算结果

Ⅰ、Ⅲ区标准段和端头井基坑均未隔断⑧1层承压水，基坑突涌稳定性安全系数分别为0.79 和0.65，均不满足《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）关于突涌稳定性安全系数的要求；基坑开挖深度达到13.5m后应结合承压水位监测结果开启降压井降低第1-2 承压水层水头，标准段及端头井基坑开挖至坑底时第1-2 承压水头只有分别降低6.3m 及9.2m，方能确保基坑开挖到底时突涌稳定性满足要求。

根据基坑工程场地工程水文地质条件及基坑尺寸等，采用三维渗流分析软件Modflow 建立渗流仿真计算模型并进行计算，减压降水引起地表沉降等值线图如图3 所示。

图3 减压降水引起地表沉降等值线图

由图3 可知标准段第1-2 层承压水降深为6.3m，降承压水施工影响范围约周边60m，基坑南侧、北侧、西侧降承压水施工引起坑外地表沉降为0.5～12.5mm，基坑东侧因第1 承压水层被隔断，降承压水施工引起地表沉降基本为0。

4 监测结果分析

基坑采用分层开挖施工，基坑支护结构冠梁开始施工至底板浇筑完成可分为5 个工况，各工况施工事项如表3 所示，施工监测随基坑开挖施工进行。

表3 基坑施工工况

因Ⅱ、Ⅳ区基坑已隔断第1-2 层承压水，故选取Ⅰ区基坑外侧第1-2 层承压水位监测点及周边地表沉降监测点数据进行分析，监测数据如图4、图5 所示。

由图4 可知，工况①～③施工过程中虽未开启降压井减压降水，但工况①～③施工期间处于冬季，承压水补给源处于枯水期，坑外承压水位有所下降；随着基坑内部降压井开启，坑外承压水位不断下降，最大降深约4.0m。Ⅰ、Ⅲ区基坑支护结构插入⑧1层约6.7m/8.7m，⑧1层厚度为10.8m，插入⑧1层相对深度达62%/80%，支护结构作为隔水边界绕流作用比较明显，可减少减压降水对周边环境的影响[7]。

图5 表明，地表沉降及影响范围随着基坑开挖及降水施工增大，之后随离地下墙后距离的增加地表沉降又逐渐减小。地表沉降最大值为27.5mm，发生在距地下墙后10m 处，满足《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB 50911-2013）中地表沉降≤30mm 及0.2%H（基坑开挖深度）的要求；对于地下墙附近的地表沉降不是最大值，主要是土体与支护结构之间的摩擦限制了土体沉降所致[8]。

图4 坑外承压水位变化图

图5 基坑周边地表沉降图

图5 所示基坑周边地表沉降主要由基坑开挖和降水组成，其中降水施工引起的地面最大沉降为12.5mm，降水施工引起的地表沉降占地表总沉降的45%，基坑周边1H 范围内基坑开挖和降水引起的地表沉降基本相当[9]。

5 结束语

（1）根据基坑工程周边环境要求及工程地质条件因地制宜采取组合式承压水处理方法，既可降低工程造价，又能有效保护基坑周边环境，目前车站主体结构已施工完成。监测结果表明，组合式承压水处理方法对周边环境影响安全可控，可为类似地铁基坑工程设计提供参考。

（2）承压水位会根据补给源的水位变化而变化，建议富含承压水基坑尽量在枯水期施工，结合监测结果确定承压水头降深，按照实测承压水位进行动态降水设计，减少降水施工对周边环境影响。