天津地铁某车站基坑开挖前降水试验研究

张军 童刚强

【摘    要】：为了验证基坑围护结构的隔水能力，预判降水施工对周边环境的影响，通过天津地铁某车站基坑开挖之前的降水试验，明确造成潜水层和第一承压水层水位下降的主要原因；对该车站基坑地下连续墙水平位移、地表沉降、附近建筑物沉降情况进行了分析，认为提高地下连续墙施工质量和避免一次性降水深度过大能有效控制降水对周边环境的影响。

【关键词】：地铁车站；基坑开挖；降水

【中图分类号】：U231.4【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2024）01-08-04

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.01.003

收稿日期：2023-01-03

作者简介：张军（1987 - ）， 男， 硕士， 高级工程师， 从事轨道交通建设管理工作。

Research on the Dewatering Test before Excavation of A Foundation Pit in A Tianjin Metro Station

ZHANG Jun，TONG Gangqiang

（Tianjin Metro Group Co Ltd．， Tianjin 300252，China）

【Abstract】：In order to verify the water-proof capacity of the envelope structure，and predict the impact of dewatering construction on the surrounding environment. Through the dewatering test performed before the excavation of a foundation pit in a station of Tianjin Metro， the paper clarifies the main reason for the lowered water levels of the phreatic aquifer and the first confined aquifer， analyzes the horizontal displacement of the diaphragm wall， ground subsidence and subsidence of nearby buildings in the excavation of the station. It is considered that improving the construction quality of the diaphragm wall and avoiding excessive dewatering depth at one time can effectively control the influence of dewatering on the surrounding environment.

【Key words】：subway stations; excavation of foundation pits; dewatering

基坑降水需要解決好三个问题：一是降低基坑内水位，减少开挖面土体含水量，保证开挖面作业安全；二是降低承压水水头高度，避免基坑内发生突涌、管涌；三是控制降水对周边环境的影响。前两个问题可以通过调整降水方式来有效解决[1]，而降水施工对周边环境影响的问题，一直是专家学者研究的重点。叶为民等[2]通过渗流-应力耦合分析，探讨了深基坑承压降水施工对基坑周边区域地面沉降的影响因素、范围和程度。周念清等[3]通过抽水试验反求水文地质参数，采用三维有限差分法对基坑降水进行数值模拟，模拟结果与地下水位实际监测数据十分吻合。以上研究都是基于止水帷幕完好工况下降水对周边环境的影响分析。由于施工工艺及施工质量控制问题，工程实际中止水帷幕经常渗漏水[4]；因此，基坑内降水时，基坑内外的水力联系是多方面。

已有研究表明[5～6]，天津地区各含水层之前的隔水层基本由粉质黏土组成，为相对隔水层，各含水层之间存在较强的水力联系；因此，在基坑正式降水施工前，准确掌握基坑内外水力联系是非常必要的。本文对天津某地铁车站基坑开挖前的降水试验数据进行分析，针对止水帷幕的止水效果提前采取补救措施，以保证施工安全。

1 工程概况

天津某地下二层岛式地铁车站全长279 m，主体结构标准段宽20.7 m。基坑开挖深度标准段约18 m、端头井段约20 m，采用明挖顺作法施工。围护结构为800 mm厚地下连续墙，标准段地下连续墙深约31 m，端头井段地下连续墙深约34.3 m。在基坑南侧有一处建于1988年、6层砖混结构的建筑物，距离主体基坑11.05 m，为天然地基，筏板基础，处于正常使用状态。

上部潜水埋藏较浅，埋深0.7～2.0 m，⑥3粉土、⑥4粉砂为主要含水层，场地内贯通连续分布；下部微承压水以黏性土为相对隔水顶板，主要赋存于下部地层的粉土、砂类土中。第一层微承压水主要赋存于⑧3粉土、⑨3粉土、⑨4粉砂地层中，厚度一般在1.4～10.1 m，稳定水位1.65～3.4 m；第二层微承压水赋存于⑩3粉土、⑩4粉砂和第Ⅳ陆相层中的?3粉土、?4粉砂地层中，厚度一般在1.0～8.3 m，稳定水位2.55～3.63 m。

2 降水试验

2.1 试验方案

地下连续墙隔断了潜水含水层和第一承压水层，未进入第二承压水层；因此采用基坑内管井疏干降水，基坑外设置分层观测井的方案。见图1和图2。

结合规范[7]及天津市工程经验，根据基坑面积、深度及地质条件，坑内共布置疏干井30口；坑外设置潜水观测井16口，第一承压水观测井8口，第二承压水观测井6口。见表1。

降水试验在第一道混凝土支撑完成且达到设计强度后进行，主要分两个阶段。

第一阶段：将水泵放置在地面下15 m，降水深度满足车站中板施工要求，坑内留有2口水位观测井（S7、S18），同时运行坑内其他疏干井，持续3 d，观测基坑内外观测井的水位变化及坑内疏干井的出水量。

第二阶段：水泵放置在井底22 m，降水深度满足车站底板施工要求，持续3 d，观测坑外观测井的水位变化及基坑内疏干井的出水量。

2.2 试验数据分析

第一阶段基坑内平均每口疏干井出水量23.3 m3，最大出水量42.8 m3（S3），最小出水量7 m3（S27）；第二阶段平均每口疏干井出水量56.4 m3，最大出水量104 m3（S24），最小出水量17.8 m3（S27）。第一阶段基坑外潜水观测井平均水位降深0.62 m，最大水位降深1.11 m（G11），最小水位降深0.18 m（G12）；第一承压水层观测井平均水位降深0.62 m，最大水位降深0.95 m（CG6），最小水位降深0.14 m（CG11）；第二承压水层观测井平均水位降深0.34 m，最大水位降深0.48 m（J1），最小水位降深0.27 m（J2）。

第二阶段基坑外潜水观测井平均水位降深0.73 m，最大水位降深1.28 m（G7、G11），最小水位降深0.2 m（G12）；第一承压水层观测井平均水位降深0.72 m，最大水位降深1.1 m（CG6），最小水位降深0.23 m（CG11）；第二承压水层观测井平均水位降深0.5 m，最大水位降深0.6 m（J1），最小水位降深0.36 m（J2）。

基坑内降水，基坑外潜水、第一及第二承压水层水位均出现了下降，潜水层、第一承压水层水位降深均值基本一致，但各观测井水位降深差别很大，第二承压水层水位降深差别很小。由于地下连续墙并未隔断第二承压水层，在坑内降水的过程中第二承压水层向上越流补给，导致基坑外第二承压水层水位下降，基坑外第二承压水层水位下降又造成基坑外潜水及第一承压水层向下越流补给，使基坑外潜水及第一承压水层水位下降，水位降深应小于第二承压水层水位降深；但实际情况刚好相反，潜水层、第一承压水层水位降深均值大于第二承压水层水位降深。

根据现场统计情况，整个基坑有50%的地下连续墙接缝存在渗漏水情况且基本均匀分布，局部接缝甚至出现劈叉情况。见图3。

对照分析发现，地下连续墙接缝渗漏水较多位置附近的潜水或第一承压水层观测井水位降深较大；因此，可以判定地下连续墙渗漏水是潜水及第一承压水层水位下降的主要原因。

两阶段试验过程中，基坑内疏干井水位降深稳定后，基坑外观测井的水位也随之稳定；因此，基坑内持续降水，维持水泵深度不变的情况下，基坑内外水流处于“降水-渗漏-越流”的动态平衡状态。

3 降水试验引起的变形分析

从基坑内开始抽水前一天开始对地下连续墙墙体、周边地表及建筑物进行监测，至地表及建筑物沉降稳定后结束。见图4。

3.1 墙体侧向位移

墙体向基坑内侧产生了明显的位移，在第一道钢筋混凝土支撑的作用下，墙顶水平位移几乎没有变化，墙体的最大侧向位移发生在地下8～14 m的位置，分别达到了5.08（CX5）、4.13 mm（CX6）。见图5。

降水试验数据表明：基坑内降水时，基坑内水位迅速下降，导致坑内土体在土体自重和墙体侧压力作用下发生三向固结，从而导致墙体发生侧向位移。

3.2 地表沉降

基坑内降水对坑外地表沉降影响明显，降水期间最大沉降为1.65 mm（DC1、DC2），降水停止后6 d地表沉降开始稳定，累计最大沉降达到5.07 mm（DC2），地表沉降滞后于降水时间。最大地表沉降发生在距离基坑6 m的位置，影响范围30 m左右。见图6。

3.3 建筑物沉降

基坑内降水使建筑物产生了明显的沉降，降水停止后6 d建筑物沉降基本稳定。靠近基坑一侧（JC3、JC4、JC5）沉降明显大于远离基坑（JC1、JC7、JC8）一侧，建筑物整体向基坑方向倾斜；降水期间各监测点的沉降和地表沉降规律一致，建筑物沉降的发生滞后于降水时间。见图7。

4 结论与建议

1）基坑内外水位变化数据说明：第二承压含水层与上部含水层之间存在着密切的水力联系，地下连续墙渗漏水是造成潜水及第一承压水层水位下降的主要原因。在维持降水深度不变的情况下，基坑内持续降水时，基坑内外水流处于“降水-渗漏-越流”的动态平衡状态。

2）降水试验数据表明：基坑内降水时，基坑内水位迅速下降，导致坑内土体在土体自重和墙体侧压力作用下发生三向固结，从而导致墙体发生侧向位移；地下连续墙向基坑内侧移动，导致基坑外地表及建筑物沉降；基坑外各含水层水位下降，土体固结压缩，也造成地表及建筑物沉降。

3）在后續类似工程中主要应从两个方面控制降水对周边环境的影响：一是提高地下连续墙的施工质量，有效隔断基坑内外水平方向的水力联系；二是避免一次性降水深度过大，做到“按需降水、分层分段降水”。

参考文献：

[1]吴林高，刘陕南，李恒仁. 工程降水设计施工与基坑渗流理论[M]. 北京：人民交通出版社，2003．

[2]王连俊，朱孝笑，张光宗. 济南西客站站房基坑降水对京沪高铁路基沉降影响分析[J]. 工程地质学报，2012，2（3）：459-465．

[3]周念清，唐益群，娄荣祥，等. 徐家汇地铁站深基坑降水数值模拟与沉降控制[J]. 岩土工程学报，2011，33（12）：1950-1956.

[4]安建永，刘    航，贾    航，等. 富水砂层悬挂式止水帷幕渗漏处理技术的研究与应用[J]. 建筑结构，2019，49（S1）：841-844.

[5]林    波，丁月双，李连营，等. 天津某深基坑工程群井抽水试验研究[J]. 施工技术，2013，42（8）：82-85．

[6]杨建民，郑    刚，焦    莹．天津站抽水试验分析[J]. 土木工程学报，2008，41（7）：67-70．

[7]JCJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程 [S]．