地铁基坑工程承压水处理技术研究

张 军

（中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江杭州 310004）

在基坑工程中，当承压水层的水头顶托力大于基坑底部到承压含水层顶板的残留土层土重时，基坑底部就会产生瞬时爆发的突涌。突涌一旦发生，很容易造成基坑工程的破坏性事故，甚至给周边的建筑物带来危害。随着杭州地区地铁工程的不断建设，工程界逐渐认识到了基坑工程中妥善解决承压水问题的重要性，尤其是在钱塘江边含水量丰富的砂性粉质土地区，处理好承压水的影响是基坑设计与施工的基础和关键。本文通过选取杭州地区3个典型的面临承压水问题的基坑，分析了工程地质和水文条件，总结出杭州地区承压水处理方法并给出了优选设计方案，然后讨论了施工过程中可能出现的渗水问题及处理办法。

1 杭州地区承压含水层特性

杭州地区承压水以古河道形态呈宽带状展布，北部为茗溪古河道，南部为钱塘江古河道，中间与城区的“杭州古河道”相连接。承压水类型以滨海平原海陆交互相砂层承压水为主，局部为碎屑岩裂隙承压水以及岩溶丘陵溶洞裂隙水。承压含水层顶板为淤泥质亚黏土，厚度一般为8～15 m；承压水赋存于砂、卵、砾石层中，埋深为23.4～58.5 m，一般为35～45 m，含水层厚度为0.4～24.5 m，一般为5～15 m，承压水位埋深为5～10 m。中心地带单井涌水量（以降深10 m计）茗溪古河道为1 000～3 000 m3/天，钱塘江古河道为3 000～5 000 m3/天，从古河道中心向两侧富水性逐渐减弱。

目前杭州地铁基坑承压水处理技术研究采取降水处理、止水处理或降水、止水相结合的技术思路，主要采用悬挂式地下连续墙+降低坑内外承压水位、落底式地下连续墙隔断承压水的技术方案，图1为悬挂式地下连续墙，图2为落底式地下连续墙，地下连续墙既可以承受基坑开挖卸荷而产生的水土压力，又起到了止水的作用。

图1 悬挂式地下连续墙

图2 落底式地下连续墙

2 基坑承压水处理技术

本文选取杭州地铁3个典型的面临高承压水问题的地铁基坑工程项目，结合工程地质和水文地质条件，探讨承压水处理技术。

2.1 三堡站

杭州地铁6号线三堡站为地下4层车站，标准段底板埋深约30.85 m，端头井底板埋深约32.41 m。

钻探揭露、原位测试和室内试验结果表明，场地附近无地表水体分布，最近城市内河为二号港河，距离约280 m。根据钻探揭露：勘探深度范围内地下水类型主要可分为松散岩类孔隙潜水、松散岩类孔隙承压水和基岩裂隙水。其中，承压水主要分布于深部的 121层粉砂、122层含砾中砂、124层圆砾、141层粉砂、142层含砾中砂、143层圆砾层中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和黏性土层。承压水主要接受古河槽侧向径流补给，侧向径流排泄，受大气降水垂直渗入等的影响较小。

根据场地水文地质条件，该工程基底下部存在承压水（粉砂、圆砾），当基底之下某深处有承压含水层时，基坑底抗渗流稳定性可按GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》附录式（1）进行进行承压水头突涌估算：

式（1）中 ，γm为透水层以上土的饱和重度，kN/m3；（t +Δt）为透水层顶面距基坑底面的深度，m；Pw为含水层水压力，kPa；Fs为安全系数，本工程取1.1。

根据实测承压水观测孔的承压水头高度进行承压水头突涌估算，三堡站附近124层承压水水头埋深在地面下约8～9.85 m，相对于85国家高程为-2.11～-1.23 m左右。按式（1）进行承压水头突涌估算结果如表1所示。结果表明，承压水对基坑底板会产生突涌，基坑开挖前应将承压水水头降至安全水头。

表1 三堡站主体结构承压水头突涌估算结果

降水工程需要做到技术上先进，经济上合理，因此主要从方案设计、施工与管理3个方面出发并结合本工程的特点与地质条件，采用地下连续墙完全切断承压含水层结合降水的技术方案。由于地下连续墙入土深度按嵌入中风化泥质粉砂岩不小于1.5 m设计，已能隔断承压水层，因此，坑内设置部分承压水井，在地下连续墙施工完成后，进行承压水降水试验确定隔断效果，坑外设置一定数量的承压水观测井兼应急备用井。地下连续墙嵌入岩层和降水井布置如图3所示。

图3 三堡站地下连续墙和降水井布置示意图（单位：m）

2.2 双浦站

杭州地铁6号线双浦站为地下2层岛式车站，标准段底板埋深约16.31 m，端头井底板埋深约17.96 m。

根据详勘承压水观测资料，双浦站场地承压水主要分布于124圆砾中，承压水水头埋深在地面下1.45 m，相对于85国家高程为5.45 m。仅从车站场地范围看，隔水层完整，承压水受侧向径流补给。但根据双浦站—河山路站区间勘察结果，在北端头井以北500 m即为承压水的潜水补给“天窗”，该“天窗”的存在决定了本车站场地承压水的水位与潜水水位基本一致。根据式（1），按透水层顶面距基坑底面最小深度的位置进行突涌估算，估算结果如表2所示。结果表明，双浦站承压水会顶破坑底而发生突涌破坏，造成基坑围护结构失稳。此外，因124层圆砾勘察揭示层厚为18.1～26.4 m，地下连续墙较难切穿124圆砾，嵌入底部基岩层。原围护结构设计采用800 mm厚（南端头井为1 000 mm厚）、41.1 m深地下连续墙只进入124圆砾层一定深度，未将基坑内外承压水含水层完全阻断。为此，在施工过程中进行了地质补勘、承压水抽水试验和地下连续墙成槽试验以复核地层情况以便指导接下来的施工。经过地质补勘、抽水试验、成槽试验，在后续的施工中做出以下改进。

表2 双浦站主体结构承压水头突涌估算结果

（1）本工程承压水水头较高，为地表以下1.45 m，且现场抽水试验及地勘报告揭示，承压水层渗透系数较大，且各向同性，承压水水头通过抽水降压困难。为确保基坑安全，防止承压水突涌，后续施工采取地下连续墙嵌入承压水层下部的弱透水岩层的方法来隔断承压水，减少坑内降压井数量并取消坑外降压井。

（2）地层深部的强风化岩层性质较为松散，透水性较好，无法满足承压水隔断要求，故地下连续墙进入中风化岩层0.5 m以彻底隔断承压水层，封闭强风化岩层的透水通道。

（3）地下连续墙加深后最大深度达58 m，锁口管接头拔出困难，故加深后地下连续墙接头形式采用刚性接头，接头长度同地下连续墙深度，接头外侧旋喷桩接缝止水加固取消。

2.3 河山路站

杭州地铁6号线河山路站为地下2层车站，标准段底板埋深约16.11 m，端头井底板埋深约18.03 m。

场区地表水主要为距河山路站主体基坑18 m处的西侧三号浦河，水深度1.9～2.8 m；根据钻探揭露，勘探深度范围内地下水类型主要为松散岩类孔隙潜水、松散岩类孔隙承压水和基岩裂隙水。潜水主要赋存于上部①填土层、②层、③层、⑤粉砂性土中，静止水位一般埋深0.85～2.80 m，相对于85国家高程4.75～6.51 m，水位年变幅为1～2 m。根据式（1），按透水层顶面距基坑底面最小深度的位置进行突涌估算，估算结果如表3所示。结果表明，承压水对基坑底板会产生突涌，但由于潜水流速缓慢，对工程建设影响小，承压水主要赋存于下部121粉砂和124圆砾（以下简称为 12 层砂砾石），基岩裂隙水赋存于底部的30风化石英砂岩土，水量贫乏，不作专门研究。

表3 河山路站主体结构承压水头突涌估算结果

相比整个地铁6号线工程的其他车站，因本车站位于“天窗”范围，地层条件具有特殊性和唯一性。车站基坑开挖及影响范围内以粉土和砂土为主，下部为强透水层的圆砾层，总体上土层的综合渗透性和富水性好；坑底以下无任何隔水层，致使无法采用常规的坑底加固措施，渗漏一旦发生将可能导致潜水迅速地涌入坑内，并同时形成流土和流砂，导致坑底失稳。为此，河山路站主体围护结构采用800 mm地下连续墙，地下连续墙入岩深度1 m。附属围护结构采用600 mm地下连续墙。根据围护结构施工情况和站位所处的地质情况确定降水方案，采用“坑内强降水，坑外不降水”方案，配合设置19口疏干井，9口承压井，降压井及地下连续墙嵌入岩层布置如图4所示。

图4 河山路站地下连续墙和降水井布置示意图

3 结论与建议

（1）目前杭州地铁针对需进行承压水处理的基坑工程，主要采取悬挂式地下连续墙+降低坑内外承压水位、落底式地下连续墙隔断坑内外承压水的处理措施。

（2）针对需对承压水进行谨慎处理的基坑工程，在施工结束前，应进行全面的施工监测，如适时进行地质补勘、承压水抽水试验和地下连续墙成槽试验等，分析承压水处理效果和施工效果，并及时采取针对性技术措施。

（3）杭州地铁三堡站、双浦站、河山路站3个临近钱塘江、高承压水地区的地铁基坑工程承压水处理技术实践表明，在类似的工程水文条件区域进行地铁基坑工程施工时，可优先考虑将竖向地下连续墙落在相对不透水层上，并结合坑内降水处理基坑承压水问题。