沈阳地铁特殊地段降水方案探讨

王晓婷

（中铁十八局集团第五工程有限公司，天津 300222）

1 工程概况

沈阳地铁九号线某暗挖隧道区间埋深约16.5m～18.2m，左右线间距为 15m～17m。在本区间中间设两处施工竖井及横通道兼联络通道，施工竖井采用倒挂井壁法施工，1 号竖井深度为26.364米，横通道全长 43米，2 号竖井深度为26.364米，横通道全长 42.776米，采用矿山法施工。区间 DK10+659.380～DK11+928.030 采用矿山法施工，单线全长为1268.92米，断面为马蹄形。

2 降水施工难点

2.1 难以控制地面不均匀沉降

根据类似工程施工经验，短期内大面积沉降风险不明显，不均匀沉降造成的危害较大，在区间降水施工中这也是一个难点。本工程降水沉降监测工作包括两个方面：一是从降水施工开始到暗挖隧道二次衬砌施工结束的监测工作时间。二是井点间的联测及附近建筑物与地面的沉降监测。

2.2 地下水位难以下降

水泵的排水能力相对较强，但实际情况是降水井出水量相对较小，难以达到地下水位下降的目的［1］。产生该问题的主要原因：一是水文地质资料与实际降水施工不符，井点滤管埋设位置不在透水性比较好的含水层内［2］；二是降水井的深度、直径和垂直度难以全部达标，井内沉淀物居多，井孔容易堵塞。三是砂滤层含泥量过高，在洗井过程中孔壁泥皮未冲刷破坏，钻孔时未清理干净孔壁土层中遗留的泥浆，最后地下水渗漏到井内的道路不通，致使单井集水能力下降；

2.3 地下水位降深不足

地下水位降深不够，降水井降水后水位不完全满足设计要求。产生该问题的主要原因：部分地段的井点数量少、单井降水效能没有充分发挥、水泵型号选择不合适导致井点排水能力减小、水文地质资料没有达到一定的详细程度造成实际涌水量大于计算涌水量。

3 工程地质及水文地质

3.1 工程地质

此次勘探深度范围内各层土从上到下综合描述见表1。

表1 地层描述

施工场地原主要为绿化带及马路，补充勘察资料显示：本工点涉及的特殊岩土主要为杂填土，主要由建筑和生活垃圾（个别地段为垃圾填埋场）等组成，马路地段表层为沥青路面，沥青路面下为碎石垫层，稍湿，松散。

3.2 水文地质

（1）地下水位

项目勘察时间段为2013.1～2013.3，该区域地下水位埋深约为6.7～8.6m，地下水位高程介于28.25～30.82m 之间。

（2）地下水流向、流速

根据某勘察研究院提供的 《地铁抗浮设防水位专题研究报告》，场地地下水的总体流向由东南向西北。按照区域地质资料反映，地下水流动的速率小于2.00m/d。

4 降水方案的选择

为有效解决该工程施工难点，根据本区间水文、地质条件，本场地降水采用坑外管井降水方案。计算模型按照潜水完整井，基坑远离边界状态［3］。配泵量为 25m3/h，扬程为 50.0m。由勘察报告可以得知，本工点降水施工综合渗透系数k取值 25m/d。

4.1 计算模型及参数

竖井及横通道平均降深为11.00m，暗挖段平均降深15.00m。按照结构设计要求，施工时应将此位置地下水位降至既有结构底板以下1.0m。

采用 《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）表 8.5.8-2 中条形基坑出水量潜水公式来估算隧道的涌水量。根据 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）潜水完整井，基坑远离边界时，涌水量按规范中公式［4］E.0.1 计算。

（1）井深计算

式中，HW为管井埋置深度（单位 m），另外 HW1是地面到基坑底面的距离（m），HW2是基底达到地下水位的规范距离（m），HW3是 iy0，i 是降水曲线坡度，可为1/10，而y0是降水井间距的1/2（m），HW4为降水期间地下水位变幅（m），HW5为降水井过滤器工作长度（m），HW6为沉沙管长度（m）。

经计算，最终本工点降水井深取值27m。

（2）基坑涌水量

（3）管井单井出水量设计值

式中，rs为过滤器半径；k 为渗透系数。

（4）降水井个数计算

式中，Q 为基坑涌水量；n 为降水井数量；q 为单井出水量（m3/d）。

根据构造特征、周边建（构）筑物情况、地层地质特征、周围水文地质条件和降水深度等因素，结合地铁施工降水的特点，根据潜水完整井和基坑远离边界的特点进行设计［4］。用理正降水软件对降水进行计算分析，最终，确定本工点布设降水井262 口，降水井井深为27m。

4.2 降水井点位布置

根据 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012），经平水期和涌水期基坑涌水量计算确定，本工点布设 262 口降水井（J1～J262），井深为27m，降水井平均井间距为 10～16m，降水井直径为800mm，采用 Φ429mm 水泥无砂管，滤料采用 3～5mm 圆砾，滤料含泥量≤3%。降水施工剖面图见图1，降水井结构图见图2、图3。

图1 降水施工剖面图

图2 降水井构造图之一

图3 降水井构造图之二

5 降水方案采取的应对措施

为了有效解决地面沉降控制困难、地下水位不易降低、深度降低不足等施工难点，在确定降水井类型、深度、井径和点位布置的基础上，在降水方案中提出了应对的措施。

5.1 控制地面沉降举措

为控制地面沉降，必须制定完善的地面沉降监测方案，并依据监测方案严格实施。在该工点降水方案中，重点说明了地面沉降监测的措施。坚持在降水期间对地下水的动态观测，并对地下水动态变化进行及时的分析，降水前观测地下水位等初始数据作为维护降水期间的分析背景资料，必须设置专人负责监测工作，及时整理监测数据，根据水位、水量监测记录和 s-t 曲线图，分析查明降水过程中出现的异常情况及产生的原因，及时采取处理措施，确保降水作业顺利进行。

5.2 降低地下水位的举措

在填充滤料后必须采用空压机机洗井，对于重点含水段需采用隔离塞水气方法冲洗，然后再捞砂。借助空压机清除孔内泥浆之后，用泥浆泵多次抽水直至水清为止，以便冲洗和粉碎附着在深井孔壁上的泥浆皮，然后立即开始尝试抽水，并把周围土层中剩余的泥浆排出，使周围的土层中无吸附及排干净的泥浆依靠地下水连续流入井内完成清洗。若存在需要疏干的含水层，要考虑设置滤管，按照含水层土的颗粒来确定滤网和滤料的大小规格。

5.3 针对降深不足的应对举措

当选择水泵时，充分考虑到季节因素及大气降水影响导致不同时期的涌水量，以达到降水深度的要求，同时，优化和提升单个降水井排水效率，依据含水层的条件安装适当长度的滤水管，增加滤层厚度。依据实际地质水文资料来计算并复核降水范围内的降水井数量、降水井间距、单个降水井出水量、抽水时需要过滤部分的长度、降水井单位降水效率、总涌水量及特定点降水深度要求。在降水深度不够的位置增加降水井的口数，在单个降水井能承受的最大集水量使用排量较高的水泵。降水井井管必须确保在井孔居中的位置没有歪斜，填料必须从井的四周均匀缓慢的填入，水泵安装要牢固、平稳，要确保设备的安全，同时要求泵量扬程合理匹配适当降低抽水强度。

6 结束语

本文计算模型中参数的取值来源于经验值，可以满足施工精度要求。在富含水地段进行地铁降水施工，针对地面沉降难以控制、地下水位不易降低、降深不足等降水施工难点，在确定降水井类型、深度、直径和位置的基础上，有必要在降水方案中提出具体措施，特别是采用坑外管井降水方法，要利用计算机模型分别对基坑的涌水量、降水井的深度和单个降水井的出水量等相关数据进行详细研究分析，得出施工时所需的降水井的数量及点位布置，并根据该地铁区间竖井、横通道及暗挖隧道降水施工的难点，采取措施确定降水方案的可行性。