基于不同地质单元地铁基坑地下水控制方法分析

谢俊

摘要 基坑工程中，地下水控制是重中之重，其中，地貌单元决定了宏观水文地质特征的地域性，地层时代决定了含水层透水性和地层固结程度，地层组合决定了地下水类型、分布及相互关系。文章针对地铁基坑工程中常见的地貌地质单元，结合所遇工程问题，总结提出了地铁基坑工程中不同类型地下水的控制措施，通过案例分析进一步说明了地铁基坑采取地下水控制时，应先从地貌地质单元入手，在区分地层（含水层与隔水层）时代和地层组合及其水文地质特点的基础上，按照地下水类型分别或统一采取地下水控制措施。该研究为地铁基坑工程高效设计与安全施工提供了技术参考。

关键词 地铁；基坑；地下水；地质地貌；降水

中图分类号 U213.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）05-0035-04

0 引言

随着国内地铁工程的快速建设，地铁基坑的深度及规模不断扩大，呈现出“深、大、紧、近”的特点[1-3]。当前基坑工程事故多与地下水处理措施存在不足有关，地下水已成为影响基坑稳定的重要因素，地下水的控制措施也成为基坑设计的关键工作。地下水对基坑工程的危害，除了水压力对支护结构的作用、引起土的物理力学性能指标降低外[4-5]，更重要的是基坑涌水、渗流破坏（流砂、管涌、坑底突涌）[6]引起的地面沉陷和抽（排）水引起地层固结沉降[7]等。基坑支护结构设计应高度重视地下水的控制方法，根据场地工程地质、水文地质的具体特点，进行针对性基坑止水、坑内降水方案设计，避免因地下水处理不当引起基坑失稳破坏[8-9]。地下水控制的成败决定了基坑支护及其土方开挖的成败。

1 不同地貌地质单元地下水控制方法

岩土工程地下水控制存在较多的不确定性，降水方案需根据地质条件、已建类似工程经验进行针对设计。地铁基坑工程地下水控制方法也需要结合已有工程的建设经验，方可设计出可靠的地下水控制方案。为此，文章总结全国不同流域部分典型城市地质、地貌单元的水文地质条件和常见地下水控制的推荐方案，详见表1[10-16]。

2 长江流域工程案例分析

2.1 长江上游冲积平原

2.1.1 工程地质条件

以成都6号线建设北路站基坑工程为例，车站长度364.5 m，标准段宽度20.7 m，覆土厚度约3.4 m，底板埋深16.98～17.66 m。基坑支护结构采用钻孔灌注桩+内支撑方案，支护结构横断面详见图1。

场地地貌单元为岷江水系冲积平原I，场地土层从上到下依次为填土、粉质黏土、黏质粉土、细砂、中砂及卵石，地层分布详见表2。

2.1.2 水文地质条件

上层滞水储存于黏性土层之上的填土层中，水量变化大且不稳定，呈透镜体状分布状态；孔隙潜水在第四系冲洪积细砂、中砂及卵石层地层中连续分布，该层地质结构松散，含水量丰富。该地区雨量充沛，大气降水为地下水的主要补给方式，最高地下水位埋深约2 m。

2.1.3 地下水控制方案

车站开挖揭露范围内砂土、卵石土地层之间无隔水层，地层相互之间存在水力联系，可将这3层土作为一个共同含水层对待，地下水以孔隙潜水形式赋存该地层中，基坑开挖期间涌水量主要位于砂卵石地层中。根据车站详勘报告，计算基坑涌水量地下水埋深取8.3 m，采用潜水完整井公式计算基坑涌水量。根据计算，车站主体基坑设置57口坑外降水井，井深28～34 m，井径800 mm，管径300 mm，降水井沿车站纵向间距12～17 m，沿基坑分两排布置，降水井距离基坑边缘5 m，深井与浅井间隔布置。

2.1.4 地下水控制效果

基坑开挖期间地下水位采用动态控制方法，确保地下水位始终低于开挖面以下1 m。当基坑开挖深度为0～8.3 m，基坑地下水控制处于第一阶段，主要采取坑内集水明排。当开挖深度超过8.3 m时，地下水控制处于第二阶段，动态开启降水井并根据观测数据调整。降水期间实测基坑周边地面的最大沉降量为18 mm，未引起周边管线和建构筑物变形超限。

2.2 长江中游冲积平原

2.2.1 工程地质条件

以武汉地铁金色雅园站基坑工程为例，所建车站为地下二层岛式站台车站，车站长581 m，标准段宽20.7 m，顶板覆土约3 m，底板埋深约16.43 m，基坑支护采用地下连续墙+内支撑设计方案，支护结构横断面详见图2。

场地貌属于长江冲积一级阶地，开挖范围内地层由第四纪全新统人工堆积层（Q4ml）组成，主要为黏土、粉质黏土，基坑底主要位于粉质黏土层，开挖面之下粉质黏土夹砂、卵石地层透水强，且具有一定承压性，場地范围地层分布信息详见表3。

2.2.2 水文地质条件

站址范围内地下水类型主要为上层滞水、孔隙承压水，上层滞水分布于杂填土、素填土地层，主要补给来源为大气降水及生产、生活用水，分布不均。孔隙承压水主要赋存于粉质黏土、粉土、粉砂、粉细砂地层，由于该地层为I级阶地第四系全新统冲积而成，与周边河流存在较强的水力联系。地下水位埋深为1.2～4.3 m。

2.2.3 地下水控制方案

根据工程地下水文地质特点，降水深度需保证坑底以下孔隙承压水压力小于上覆土重，故选用承压降水井疏干降水。基坑围护结构地连墙进入13-1含碎石粉质黏土地层中，形成落底式止水帷幕。基坑内共设置61口降水井，降水井纵向间距20 m，承压降水井主要针对黏土层，使基坑施工期坑内承压水头保持在基底以下1 m。

2.2.4 地下水控制效果

基坑开挖盾构工作井时，由于降水措施未满足设计要求，提前进行基坑开挖，造成基坑发生突涌事故，采取注浆封底措施解决突涌；按原设计方案重新施工降水井，后续基坑地下水控制及开挖过程较为顺利。

2.3 长江下游三角洲滨海平原

2.3.1 案例工程地质条件

以上海地铁政立路站基坑工程为例，所建车站为地下两层三跨岛式站台车站，基坑标准段宽度22.6 m，底板埋深约19 m，基坑支护结构采用0.8 m厚度连续墙，内部设5道内支撑，支护结构横断面详见图3。

建设场地属于滨海平原地貌类型，位于长江三角洲入海口的东南部。详勘报告揭露场地70 m深度范围内为第四纪松散沉积物，该地层特点为成层性分布，主要由黏性土、粉性土以及砂土组成，场地范围内土层分布信息详见表4。

2.3.2 水文地质条件

场地范围内表层地下水为潜水，以大气降水及地表径流为主要补给来源，蒸发消耗为主要排泄方式；潜水位埋深随季节波动，水位埋深0.3～1.5 m。下部承压含水层主要为7-11砂质粉土、7-12砂质粉土、9砂土地层，地下承压水水位标高随季节变化，承压水头埋深变幅为3～12 m。

2.3.3 地下水控制方案

（1）基坑支护结构采用地下连续墙设计，隔断基坑内部潜水与外部潜水的水力联系，基坑开挖过程中采用真空疏干降水方式，完成基坑表层潜水降水工作。

（2）对于砂质粉土层的承压水，采用地下连续穿越该地层，隔断该层地下水的补给来源，通过设置承压降水井，消除其承压性；基坑地下连续墙嵌固深度根据基坑受力及稳定性确定，当所需地连墙长度未能进入8-1粉质黏土时，可在下部设置一段素混凝土墙，仅作为隔断承压水使用。

（3）由于基坑外部管线、建筑物密集，基坑内部降水可能引起外部地表沉降，为此在基坑外侧设置回灌井，根据监测数据指导回灌作业。

2.3.4 地下水控制效果

基坑开挖前进行为期30 d的预抽水，对浅部地层进行疏干工作，随着基坑的开挖，开启降压井进行抽水，逐步增加降压井的开启个数，降压井开启时间8个月，最终坑外地表沉降约40 mm。

3 结语

基坑工程施工中地下水控制思路主要分为三类：降水、隔水（堵水）和回灌，三种处理方法往往不是单一的，多为综合措施。基坑影响范围内地下水位的降低靠排水（集水明排）或抽水（井点降水），对富水地区的地铁基坑工程，设置降水井抽水为主要措施；止水帷幕的作用是改变抽排水过程中“水漏斗”形状，减小基坑降水对周边环境的影响；基坑外部地下水位下降，将引起地层沉降，影响周边建筑安全，此时需在坑外设置回灌井，避免坑内降水引起坑外地下水位下降。

地铁基坑采取地下水控制时，首先应从地貌地质单元入手，在区分地层（含水层与隔水层）时代和地层组合及其水文地质特点的基础上，按照地下水类型分别或统一采取地下水控制措施。

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