邻近铁路基坑开挖降承压水施工技术

相龙胜, 高顺宇, 黄焱晖

(中交隧道工程局有限公司南京分公司，江苏 南京 210000)

1 工程概况

某地铁车站采用现浇式框架结构，为地下二层岛式车站，围护结构采用800 mm厚地下连续墙+内支撑的支护体系，标准段基坑深约16 m，地连墙墙长29.5 m；端头井段基坑深约17.27 m，地连墙墙长39.5 m。基坑由上至地连墙底依次如图1所示。

宁启铁路位于某车站基坑东侧，净距38.6 m。某车站基坑距离改造完成后H线最小距离24.7 m，距离雨棚柱最小距离30 m，距离青年东路铁路桥最小距离31 m，距离国铁某车站房98.3 m。位置关系如图2所示。

图2 某车站平面位置关系图

2 施工降水

2.1 基坑降水方案

根据车站水文地质资料，承压水赋存于④层以下，车站基坑底位于③-2层粉砂层，基坑开挖过程中需要降潜水。地下连续墙纵断面如图1所示，地下连续墙荤墙底位于隔水层④-2层底部，对于潜水为落底式止水帷幕，但隔水层④-2层以下承压水层依据地勘资料未能揭示厚度，无法隔断整个承压水层，采用非完整井进行减压降水，同时增设素墙且在车站邻近铁路端周围采取回灌措施，成 “几”字形设置。

图1 某地铁车站地质断面图

2.2 基坑降水

2.2.1 疏干深井运行

(1)疏干深井降水应在基坑开挖前15～30 d或更早进行，以保证有效降低开挖土体中的含水量。

(2)根据开挖进度，疏干井水位控制在开挖面以下3 m，对于基坑底板，水位控制在开挖面以下1 m，正常情况下，疏干深井保持24 h连续抽水，出现降水异常时，依据需要进行调整[1]。

2.2.2 降压井运行

某车站基坑根据基坑开挖抗突涌计算，基坑临界开挖深度为13.13 m。基坑开挖深度与承压水降深关系如表1所示。

表1 基坑开挖深度与安全水头埋深对应关系

降压井水泵安装时按照承压水降水埋深深度进行安装，对每台水泵安装自动抽水开关，时刻保持动态水位。每天对坑内外的水位进行测量记录，形成降水记录。

车站底板配备反压沙袋，若降承压水对铁路路基影响较明显，在车站底板浇筑完成到达设计强度时对结构底板进行沙袋反压，停止降端头井位置承压水。

2.2.3 车站基坑降承水段划分

(1)车站基坑开挖方案。车站基坑从东到西共分10个开挖段，其中六～九段约80 m相对距离铁路路基较近。采用1∶3放坡台阶式开挖，如图3所示。

图3 六～九段开挖分段示意图

(2)车站降承压水方案。为减少降承压水对周边环境的影响，需严格执行“按需降压”的原则：

①水位控制按照基坑开挖深度和承压安全水位埋深曲线进行。根据土方挖土工况，降水运行时每口降压井水头降深应与基坑开挖深度相一一对应[2]；

②结合车站基坑开挖方案，降承压水分为5个降压段(I～V段)，每段约40m，每次开启一个降压段范围内降压井，降水井运行天数约为31d。降压井的具体运行情况如表2、图4所示。

表2 降压井运行方案表

图4 降压井运行时间图

3 车站邻近铁路施工注意事项

3.1 施工前铁路保护方案报批

(1)施工前，组织铁路建设主管部门、各铁路设备管理单位及铁路部门专家召开《施工组织设计》评审会。向铁路管理单位提出本工程施工时需要配合事宜，经评审通过后，方可实施。

(2)影响铁路安全的工序开工前完成铁路监测点位布置，联系铁路设备管理负责人进行管线设备安全的书面交底。作业提前沟通，联系铁路设备管理单位安全监督员，共同监管施工作业。施工方积极配合做好铁路的保护相关工作。

3.2 管理措施

(1)设立领导带班制度，结构段开挖见底必须有领导现场值班。

(2)明确现场带班职责权限及工作内容。

(3)对基坑围护结构、施工工况、监测设施等进行巡查。

3.3 技术措施

地铁某车站施工对铁路的影响主要是车站基坑开挖及车站基坑降承压水，对铁路的保护主要从两个方面采取措施。

3.3.1 减小基坑开挖对基坑东侧宁启铁路造成影响

(1)车站端头加固土体在基坑开挖前进行施工。在基坑开挖前采用三轴搅拌桩对基坑东端头外侧土体进行加固，加固后的土体强度提高，可有效减少基坑变形与地表沉降。

(2)端头井采用两道砼支撑，提高支撑刚度。车站基坑西侧盾构井围护结构采用800 mm厚地下连续墙加4道内支撑+1道换撑，第一道和第二道支撑均采用钢筋混凝土支撑，提供基坑稳定性。

(3)优化邻近铁路端头开挖方法封闭垫层。以邻近铁路第三层土方开挖为例，根据支撑平面位置，将土方分为6小块按①→②→③→④→⑤→⑥顺序开挖，每挖一处在钢支撑架设且施加预应力完毕后方可进行下一处开挖，分布如图5所示。

图5 车站端头井分段顺序开挖示意图

人工开挖基底以上300 mm土方，完成后用C20早强混凝土及时垫层封底，减少基底暴露的时间。

(4)自动化监测系统。施工中采用自动化监测系统实时监测，如出现沉降过大，立即通知铁路部门进行维护，为铁路的行车安全提供有力保障。

3.3.2 减小基坑降水对铁路造成的影响

(1)增设素砼墙。在邻近铁路的车站东端头隔水层以下增设10 m深的地下连续墙素砼墙，增加承压水渗流路径，布置的减压井尽量减短滤管，遵循“浅井密布”的原则。

(2)地连墙封闭性检测。基坑开挖前，采集初始水位并进行降水试验，通过对比坑内外降水水位数据，检查地连墙的封闭性。

(3)地下连续墙接缝进行WSS注浆和增设旋喷桩。可能渗漏的部位外侧采用三根Φ800 mm的高压旋喷桩呈“品”字型排布进行止水加固预堵漏，旋喷桩中心点位距离连续墙500 mm，桩间距600 mm，搭接200 mm，加固至④-1层粉质黏土内1 m，水泥掺量采用200～250 kg/m，详见图6。

图6 旋喷桩预堵漏平面图

根据FGM围护结构渗漏水检测结果，对存在渗漏水的薄弱位置使用WSS后退式双液注浆钻注一体机进行双液补强。

(4)设置回灌井。降水施工过程中加强对坑外水位的观测，减少基坑外承压水头损失[3]。① 回灌水量应依据实际水位的变化及时调节，保持抽、灌平衡；② 回灌过程需要每天观测回灌井周边水位观测井变化情况，记录回灌水量，并每天对降水记录数据进行对比分析整理；③ 加强回灌区域地表沉降监测和对建筑物及周边管线的沉降监测，监测数据及时反馈，适时调整降水和回灌量。

4 结束语

本文通过对某车站邻近铁路基坑开挖降水的施工分析总结，其邻近铁路的施工工艺、方法以及管理手段通过实时监测系统数据反应起到了良好的效果，有效地降低邻近铁路基坑开挖降承压水对铁路路基的影响，根据全自动化监测结果显示，在基坑开挖降承压水全过程中铁路路基沉降仅为2.1 mm，远远小于理论计算值10.6 mm。这些施工工艺方法和管理手段是经过现场实践总结得出的，具有很高的参考价值，为日后的其他邻近铁路富水砂层地铁基坑开挖降承压水施工提供了很好的参考意义。