富水厚砂层地铁车站洞桩法施工降水关键技术及监测分析

孟立民，王 珂，冯澄宇，肖 男，韩静波

（1.中铁七局集团有限公司，陕西西安 710082；2.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安 710055；3.陕西省岩土与地下空间工程重点实验室，陕西西安 710055）

1 背景

洞桩法作为一种新兴工法，不仅施工成本低、工期短，而且施工产生的土体变形小、断面利用率高[1]，在地铁建设工程中的应用日益广泛。为确保施工安全，洞桩法修建地铁车站需在无水环境下作业，尤其是在不良地质条件下，如何有效消除地下水带来的安全隐患是洞桩法施工重点关注的问题。

管井降水是地铁车站施工中常用的一种降水方法，许多学者对此进行了卓有成效的研究[2-3]。温继伟、周乐木[4-5]等人对管井降水的设计、施工及监测等一系列问题进行了研究，提出局部异常水和潜水残留水的处理措施；于新锋[6]从明槽开挖范围、管井降水方案及管井降水效果检验3个方面介绍了管井降水在含水厚表土层斜井明槽施工中的应用；陈小羊[7]等人在总结常规管井降水施工工艺的基础上，对常规管井降水技术进行改进，形成新的降水技术，新技术减少了过滤层包裹和反滤层回填两道工序，能够有效节约材料、缩短工期；李佐春、熊向进、赵振生[8-10]等人分别从滤网类型、滤料、管井、取样时间和降水井实时出水量等方面分析了管井降水中出水含砂量的影响；张晓宇[11]首次在软塑黄土隧道中开展了地表超前降水试验研究，改善了黄土的物理性质，提高了黄土的围岩稳定性；马龙、安建良[12-13]等人通过方案对比及试验研究不同地铁车站修建中的降水技术，利用形成的理论成果和工程技术应用成果有效解决了实际工程问题。

以上研究内容为管井降水的应用提供了坚实的理论和实践基础，但上述内容鲜有涉及富水厚砂层地质条件下洞桩法地铁车站施工中管井降水的应用研究。鉴于此，本文以西安地铁8号线丰禾路地铁站洞桩法施工项目为研究背景，研究一种复杂环境下洞桩法车站地面管井降水方法，并对该方法的技术难点及工艺流程进行了分析研究，以期为同类项目提供借鉴指导。

2 工程概况

西安地铁8号线丰和路站车站主体采用地下两层单柱双跨结构形式，12.0 m岛式站台，采用三导洞“洞桩法”施工，车站全长237.2 m，标准段宽21.3 m，设置3个出入口、2个风道，车站共设置3座竖井及横通道。

该工程场地潜水赋存于全新统粉质黏土、砂层，上更新统、中更新统冲积粉质黏土及其砂层中，该地层构成车站场地含水层。在车站结构底板下上更新统及中更新统的冲积中砂层，透水性强，赋水性强，为该车站主要含水层，如图1所示。

图1 丰禾路站横断面图（单位：m）

3 降水方案设计

根据西安地区地铁工程常用降水方法和该车站地下水对站点施工影响分析，对影响该站施工的地下水采用地面管井降水方案，同时辅以明排排水、止水措施，降水井设计参数如表1所示。

表1 降水井设计参数表

3.1 降水方案

降水影响半径计算公式如下：

式（1）中，R为降水影响半径，m；Sw为降水井水位降深，m；K为含水层渗透系数，m /天；H为潜水含水层厚度，m。根据公式（1）计算该工程的降水影响半径为849.706 m。

基坑降水总涌水量计算公式如下：

式（2）中，Q为基坑降水总涌水量，m3/天；Sd为基坑地下水位的设计降深，m；r0为基坑等效半径，m。

需要降水井的数量计算公式如下：

式（3）中，q为单井设计流量，m3/天；n为降水井数量。

根据上述计算，现场共布置84眼降水井满足降水需求，水位观测孔设置16个布置于场地四周，且观测孔深度低于设计水位不小于3 m。

3.2 降水结构形式

（1）降水井。降水井直径800 mm，深度40 m，间距8 m，降水井中心距结构边线3 m，沿拟建（构）筑物周边布置。管井采用φ400 mm无砂混凝土管，孔隙率25%～30%，滤管外包1层80目尼龙网，滤料采用3～7 mm砾料填入管井外围，孔底采用底托密封。

（2）深井泵。选用潜水泵，抽水量45 m3/h，扬程大于45 m。

（3）排水。为防止排水过程中排水沟渗漏对施工造成影响，降水井排水采用地面刻槽600 mm×900 mm（宽×深）埋设排水管，管径φ150 mm，为防止道路来往车辆压破排水管，现场排水管埋设时埋深不小于20 cm，埋设完成后用混凝土及沥青恢复地面。场地内外管井抽出的地下水通过排水管汇入三级沉淀池，经过净化后汇入市政雨水管网排走，如图2所示。

图2 管井排水管示意图

3.3 管井降水施工工艺

（1）测放井位。根据附属通道及设计好的降水井位平面布置图进行井位放样。

（2）探孔。确定好降水井位置后，进行管线探测，先进行人工开挖2 m，然后采用人工洛阳铲进行管线探测6 m，探测总深度8 m。

（3）安装钻机。机台安装应水平稳定，钻杆、钻头与孔的中心三点成一垂线。

（4）钻进成孔。降水井开孔孔径为φ800 mm，钻孔施工达到设计深度40 m时，宜多钻0.3～0.5 m。该工程中砂层主要位于地面下6.1～20.3 m及33～37.8 m，钻孔时应加强观测，按要求添加0.5%～0.8%的钻井液，以提高泥浆黏度（测量泥浆黏度方法：工程漏斗测定溶液的黏度到28 s左右）。

（5）下管井。下管前保证井底沉渣厚度不大于20 cm，方可下放滤管，管井连接要牢固、垂直，用4根竹片，10号双铁丝捆绑；管口内壁不错位，在管井外侧包裹1层80目尼龙网，防止周围土体进入降水井。

（6）安泵试抽。成井施工结束后，应及时下入潜水泵，铺设排水管道、接电缆等，抽水与排水系统安装完毕，在竖井横通道开挖前10天即可开始抽水。

4 监测布置及数据分析

4.1 监测目的和监测内容

降水区域附近水位的降落变化会引起地面附加沉降，因此对降水区域附近建筑物、邻近管道、地表及内部构件的沉降观测至关重要，时刻掌握降水施工对周围环境的影响，加强施工安全性以确保工程顺利进行。主要监测内容如表2所示。

表2 降水监测项目表

4.2 监测数据分析

4.2.1 水位监测数据分析

竖井水位变化情况如图3所示。从竖井地下水位变化曲线图中可知，随着降水工程的进行，3个竖井的地下水位均逐渐降低，并最终趋于稳定，说明该降水方案能较好地满足工程降水的要求，取得了较好的降水效果。

图3 竖井地下水位变化曲线

4.2.2 沉降监测数据分析

竖井、燃气管线及周边建筑物地面沉降监测曲线如图4～图6所示，各监测点单日变形量如图7～图9所示。

图4 竖井地表沉降监测曲线图

图6 周边建筑物地表沉降监测曲线图

图7 竖井单日沉降变形示意图

图9 周边建筑物单日沉降变形示意图

从各监测点位的变形监测曲线图中可以看出，在降水工程施工期间，基坑周边建筑物、地下管线等未受降

水施工的影响，始终处于较为平稳的状态。

图5 燃气管线地表沉降监测曲线图

图8 燃气管线单日沉降变形示意图

从图7、图9中可以看出，在监测时间内，竖井单日最大单日沉降为1.6 mm，周边建筑物单日最大沉降为1 mm，均在单日沉降±3 mm的预警范围值内；燃气管线单日最大沉降量为1.2 mm，未超出单日变形不得超过2 mm的限值。说明该降水方案在满足降水要求的同时，能够有效控制周围建（构）筑物的沉降变形，从而确保施工安全。

5 结论

本文以西安地铁8号线丰禾路站为项目背景，详细介绍了富水厚砂层地质条件下管井降水施工的技术特点、工艺流程及降水引起的地面沉降的控制措施，得出以下结论。

（1）采用管井降水，降水后地下水位及单个管井出水量总体稳定，达到了降水的目的，实践证明降水方案合理，为类似富水厚砂质地层条件下洞桩法降水施工提供了参考。

（2）监测结果表明，地面管井降水辅以明排排水的降水方案能较好地达到抽水止水效果，且对周边建（构）筑物的影响较小，确保了施工安全性。