轨道交通工程施工深基坑降排水关键技术分析★

李 斌

(中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃 兰州 100855)

1 概述

随着我国经济建设的飞速发展，城市轨道交通工程建设也取得了长足的进展，建设的标准和要求也越来越高，轨道交通工程基坑施工中，通常会遇到含水层被切断，地表和地下水大量涌入的情况，这会造成地基浸泡，导致工程建设后建筑物产生不均匀的沉降，继而导致结构物的开裂和破坏。因此在城市轨道交通工程的建设中，在基坑开挖阶段，实施合理有效的手段和措施确保基坑内无水就显得尤为重要，从而保证基坑建设的质量与安全以及后期整个轨道交通运营的质量。任国旭[1]探讨分析了盖挖逆作法深基坑降排水施工的措施以及相关改造和应用。王轩，蒋丽君[2]采用地连墙+止水帷幕技术进行轨道交通工程的基坑排水。郭锐[7]分析了井点降水技术在深基坑施工中的应用，解决了砂土层，黏土层以及地下水位带来的施工问题。本文以某在建的高铁站预留城市轨道交通工程建设过程中的基坑排水施工为依据，对相应的排水施工步骤和方法进行了总结。

2 降水方案设计计算

2.1 涌水量计算

计算模型选取:

本项目所处位置地形平坦，周边土层一般为粉土和粉质粘土，砂类土夹姜石层，含水层较厚，地面标高11.78 m～13.28 m，自标高13.28 m～-17 m(深度0 m～-27.2 m)为粉土及粉质粘土层，-20.2 m标高(深度-33 m)以下为粉质粘土且较厚。基坑总涌水量计算：

(1)

其中，Q为基坑降水的总涌水量,m3/d；k为渗透系数,m/d；H0为潜水含水层厚度,m；R为降水影响半径,m；r0为应用半径,m。

2.2 降水井数量及井深验算

2.2.1单井出水量计算

(2)

其中，q0为单井出水量,m3/d；rs为过滤器半径,m；l为过滤器进水部分长度,m；k为含水层渗透系数,m/d。

2.2.2降水井数量计算

(3)

其中，N为降水井数量;Q为基坑降水的总涌水量,m3/d。

2.2.3降水井深度计算

降水井深度计算公式为:

Hw=H1+H2+H3+H4+H5+H6

(4)

Hw=21+1+8+1+3+3=37 m

(5)

其中，Hw为降水井深度,m；H1为基坑深度,m：H1=21 m；H2为井点外露出的距离,m：H2=1 m；H3为H3=I×r，I为水力坡度，取1/10，r为井点间距；H4为水位变动幅度,m：H4=1 m；H5为过滤器有效长度,m：取H5=3 m；H6为沉沙管长度，1 m：H6=3 m。

考虑水位波动及施工控制等因素，标准段设计井深取37 m。

降水井计算结果如表1,表2所示。

表1 降水计算参数表

表2 降水井水泵配置表

本工程共设降水井15眼，其中备用1眼，视降水实际效果而定。

3 施工工艺及技术要求

3.1 施工准备

设定井位：根据井位平面布置图进行井位确定。当布设的井位受到地面障碍物的影响时，应当做适当调整，正常情况下井位偏差不大于50 mm。埋设护筒：护筒插入原状土层中，筒外用粘性土封严，护筒深度大于1.5 m，外径大于1 m，中心位置与井中心垂直。钻机就位、调整：调整钻机的水平和垂直位置，应安装稳固，钻杆对准孔中心，达到相关精度要求。

3.2 降水井施工

本项目中，采用干钻作业，做好施工原始记录。利用回旋式钻机下端的钻头切削刃对土层进行切削破碎，碎土挤进钻斗，钻机底盘反转，打开钻斗阀门，排除其中的碎土，反复作业，直到孔底标高。

下管时，井管底部包裹尼龙纱布；混凝土管接口处包裹塑料布，井管作业前，在管子上，中，下部位安装找中器，确保施工作业时，管子能竖直下放。

填滤料时，采用动水填砾法均匀的从四周向井内缓慢注入，洗井后，若滤料下沉，应及时填充，确保填料高度标准。

4 降水运行管理

4.1 降水运行原则

1)正式施工作业前，保证12 d以上的预降水试验；2)地下水排出后，防止就地回流，增加施工负担；3)及时监测地下水位变化，并相应调整开泵数量及泵量，执行“按需降水”的运行原则，避免过量降低地下水位，造成浪费；4)在施工及周边区域，做好地下水位的监测工作。

4.2 降水运行工况

在正式开始基坑施工前，进行预降水作业，经过合理的地下水位监测，将水位控制在基坑底部1 m左右。按需降水，适时调整抽水泵量，保证降水井的24 h连续作业，并做好适时的监测与调整。对渗透系数差异较大的土层，施工期间密切观察流沙、流土或管涌等不良现象，发现问题及时处理。

4.3 降水井抽水维护

1)根据现场情况及工况，及时记录降排水作业情况提交项目部，适时调整施工进度，直到降水作业完成。2)随时检查降排水设备，如有问题，及时维护与保养。3)作业中，做好记录，包括涌水量，井管深度，不断优化施工结构和人员调整。

4.4 降水井抽水试验

1)试验目的。a.通过试验数据，分析井孔涌水量与地下水位情况，判断出单个井出水量；b.确定水文地质数据，如涌水量，单井出水量，水力半径，干扰系数等，并确定水泵型号；c.进行不同井位的试验，开挖3口降水井，以中间降水井为主，其两侧降水井为对照组，分析降水情况。

2)抽水试验的计算。一个观测井时，计算公式如下：

其中，K为渗透系数,m/d;R为影响半径,m;Q为出水量,m3/d;H为潜水含水层厚度,m;rω为抽水井半径,m;r1为观测孔至抽水孔距离,m;sω,s1分别为抽水试验井及观测孔水位下降值,m。

3)观测频率及精度要求。a.作业中，对水位进行精确观测与控制，在泵开始抽水后，每隔数分钟便检测一次，具体时间如第1 min,3 min,5 min,7 min,10 min,20 min,30 min,40 min,60 min,90 min，连续监测5次后，监测间隔可延长至10 min,数次后，可再延长至30 min等；b.同时对地下水位和涌水量进行监测，用孔板流量计数时，要准确到毫米；c.降排水作业完成后，及时进行恢复水位的监测，其时间间隔与抽水时间间隔基本一致，若4 h后，恢复水位变化不超过1 cm时，可停止监测，亦需对孔深进行测量，确定过滤器地下部分长度。

4.5 排水设施

为了降低基坑开挖土体内的含水率和含水层水压力，需要一定的排水设施来确保该项工作的完成，保证降水效果，对于排水设施，有如下要求：

1)该项目设备要满足饱和排水量的出水需求，确保任何时候排水的顺畅；2)缩短排水设备与降水井的距离，减少设备消耗。

4.6 降水运行管理措施

1)降水井在进行作业时，抽水泵的时间间隔逐渐延长，泵内无水时，停止抽水泵作业，在地下水位较高，含水率高的地方，适当增加水泵量或开泵次数，力求地下水位的均衡，避免地下不同区域的水的渗透；2)作业过程中，加强降水井内水位的监测，及时进行井内水位的记录和对比，起伏较大时，及时进行周围地质情况勘探；3)降排水设施运行期间，安排人员值班，对运行情况进行记录，做到记录及时，记录齐全；4)对于运行期间的各种数据，相关人员及时通过绘图出表等方法进行分析处理，确保运行的正常进行，如有问题，应当及时对现场人员进行指导，从而提高作业效果；5)降水设备运行期间，如有异常，应立即进行维护和更换；6)降排水设施运行期间，注意井内的干净，确保无异物掉落，冬季作业时，应当考虑到降水井的防冻。

4.7 降水井保护

由于降水井均设于基坑内格构柱轴线靠近柱体位置，不易受机械碾压，加盖木盖即可，并设置醒目的标记，施工过程中加强人员的盯控，避免施工机械等设备对其造成破坏。

4.8 降水监测

在项目的整个作业过程中，降水监测工作几乎贯穿整个过程，为了确保基坑排水作业的顺利完成，要建立细致完善的动态的地下水监测网和支护结构变形监测方案，在地下水位监测中：

1)对地下水位变化进行动态分析，并确定地下水位，排水量以及含沙量等；2)严格控制含沙量，防止因地下水抽出时带出地层颗粒物，导致地面下沉等；3)遇到异常天气时，要适当加强对地下水位加时加密观测，也应当及时向上级部门提交监测记录，如数据异常时，应当等上级给出新的解决方案时再继续施工。

4.9 封井方案

1)封井原则。a.作业期内，在完成试验抽水后，要观察降水井内水位以及附近区域的观测井水位，以确保基坑开挖区域的地下水位满足当前的施工和支护要求；如未达到要求，则继续进行抽降水试验，直至达到标准要求。b.封井前，要经过各方的检验与现场考察，符合封井标准后，则可以停止抽降水工作，实施降水井封井。

2)封井方案。a.完成降水作业的降水井，如果不及时回填封顶，当井内水位上升时，会危及到基坑的安全。所以需要采用合理的步骤对降水井封井。b.封井之前，在开挖基坑底部500 mm以上的位置，在降水井井管外部焊接两道5 mm厚，150 mm宽的止水环。c.对降水井内进行抽水，当井内水位抽至最低时，应当切断电源，取出抽水泵，电缆等，现场采用沙土回填，填到距离井口2 m左右,井内沙土与水结合，利用自重压实。d.待井内沙土压实后，将水井上部0.5 m深范围内的井管切除，露出外侧土，继续开始回填工作。

5 结语

在城市轨道交通工程的施工中，深基坑降排水的质量将直接影响到工程施工的质量与安全以及后期的运营。因此，在降排水施工中，需要进行合理的设计，控制好基坑施工的地下水位情况。本文通过对某市高铁站预留城市轨道交通工程深基坑进行科学的降排水设计与布井施工，结合施工地点的实际情况，落实基坑施工的每一道工序，控制好水位变化，从而保证了该工程深基坑降排水的施工质量，同时也为城市轨道交通的建设奠定了基础。