井点降水在城市轨交车站深基坑中的应用

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摘要以上海市轨道交通12号线申江路站～金海路站中间风井深基坑为研究对象，介绍真空井点降水在城市轨交车站深基坑工程中的应用，通过井点布置、施工工艺、运行工况等方面的归纳总结，以及对周边环境的监控结果，证明这一方法较好的解决了深基坑降水质量问题。

关键词真空井点降水城市轨交车站深基坑

中图分类号P426.6文献标识码A

Well point dewatering in deep foundation pit application station in city rail

LiXuefang

(China Railway 24th Bureau Group Co., Ltd., shanghai, 200071,China)

AbstractSelecting deep foundation pit of middle air shafts in section of Shanghai rail transit line 12 between Shenjiang Road Station and Jinhai Road Station as the research object, this thesis introduces the application of the method of vacuum well for declining water in deep foundation pit construction of urban rail transit station. Through the analysis of well point layout, construction technology, operating conditions and the monitoring results of surrounding environment, this method is verified to be useful to solve the quality problem of deep foundation pit for declining water.

Keywordsvacuum well for declining waterurban rail transit stationdeep foundation pit

1引言[]

随着城市的发展，促进了人们对地下空间的开发和利用，特别是在上海地区，轨道交通车站多，基坑的开挖呈现面积大、深度大、距既有构筑物近、软土深的特点，施工难度极大。对于大型深基坑，降水效果直接影响到深基坑开挖的成败，甚至影响到周围构筑物的安全。因此，选择安全可靠的降水方法，合理布置降水井，严格施工，是确保深基坑土方开挖顺利进行及基坑整体稳定的重要因素。本文介绍了上海市轨道交通12号线申江路站～金海路站中间风井深基坑真空井点降水方法，对类似的软土地基深基坑开挖在降水方面有一定的借鉴作用。

2工程概况

2.1结构概况

上海轨道交通12号线申江路站～金海路站中间风井位于巨峰路、陈邵路路口以南300m处。风井共设2个活塞风井、1个排风井、1个新风井及1个出入地面的安全出口。设计里程为SDK38+593.335～SDK38+613.514，风井为地下二层结构，其中东侧有地下一层附属结构，内净尺寸30.2×12.7m，基坑开挖深度约12.6m；风井主体结构内净宽22m，净长30m，基坑开挖深度约21.5m；中心覆土3.4m。风井施工影响范围内有一厂区宿舍，距离基坑约15米，无其他建筑物。因基坑深度较深，承压水层压力对基坑有造成突涌的不利影响，故在基坑开挖过程中除进行常规疏干井降潜水外还须进行降承压水。

2.2水文地质条件

沿线场地80.0m 深度范围内土层由第四系全新统至上更新统沉积地层组成。沿线场地部分区域受古河道切割影响，⑥层缺失，并沉积有溺谷相的⑤3-1 层灰色粉质粘土和⑤4 层灰绿色粉质粘土，⑦1 层顶板略有起伏，在中间风井处切割深度较大，最大达43.5m。

沿线场地揭示的⑦层（含⑦1、⑦2 两个亚层）和⑨层为承压含水层，且在本场区两承压含水层直接相连通。⑦层为上海地区第一承压含水层，勘探揭示其顶板埋深为28.2～43.5m、顶板标高为-24.24～-39.96m。⑨层为上海地区第二承压含水层，勘探揭示其顶板埋深为67.5～68.5m、顶板标高为-63.98～-64.96m。根据实测资料，⑦层承压含水层水位埋深为8.32～9.65m（绝对标高为-4.33～-6.11m），标高相差约1.8m，可能由于工作井处受古河道切割影响，⑦层埋藏较深。

3施工降水

3.1降水目的

根据本工程基坑开挖及基础底板结构施工要求,井点降水的目的为：

1）疏干开挖范围内土体中的地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业；

2）降低坑内土体含水量，提高坑内土体强度，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降；

3）及时降低下部承压含水层的承压水水位，防止基坑底部突涌的发生,确保施工时基坑底板的稳定性。

3.2基坑抗突涌稳定性验算

基坑开挖后，基坑与承压含水层顶板间距离减小，相应地承压含水层上部土压力也随之减小；当基坑开挖到一定深度后，承压含水层承压水顶托力可能大于其上覆土压力，导致基坑底部失稳，严重危害基坑安全。基坑底板抗突涌稳定性条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力，即：Σh·γs ≥ Fs·γw·H

式中：h — 基坑底至承压含水层顶板间各层土的厚度(m)；

γs — 基坑底至承压含水层顶板间的各层土的重度(kN/m3)；

H — 承压含水层顶板以上承压水头高度(m)；

γw — 水的重度(kN/m3)，取10kN/m3；

Fs — 安全系数，一般为1.05～1.20，本工程取1.10；

图1基坑底抗突涌验算示意图

3.2.1针对⑦层进行基坑抗突涌性验算

第⑦层承压含水层的初始水位取勘察报告提供的水位标高-4.33m（深度为8.13m）。⑦1层层顶标高为-30.19m；⑦2层层顶标高为-36.88m。

计算⑦1层承压水的顶托力：Pwy×1.1＝（30.19-4.33）×10×1.1＝284.46Kpa

计算⑦2层承压水的顶托力：Pwy×1.1＝（36.88-4.33）×10×1.1＝358.05Kpa

计算结果见表1：

表1中间风井基坑抗突涌稳定性验算表(⑦层)

工程部位 层位 开挖

标高m 承压水顶托力Kpa 上覆土压力

Kpa 水位降深需求m 控制水位标高m 控制水位埋深m

中间风井 ⑦1层 -17.665 284.46 226.12 5.30 -9.63 13.43

⑦2层 -17.665 358.05 351.62 0.58 -4.91 8.71

根据以上计算结果，本工程中间风井区域需考虑对⑦层进行降压处理。

3.2.2基坑稳定性分析

针对上述计算结果，为降低基坑突涌的风险，根据公式Σh·γs ≥ Fs·γw·H，计算基坑开挖时基坑稳定临界开挖深度，详见表2。

表2基坑临界开挖深度(⑦层)

工程部位 地面标高(m) 层位 承压水顶托力(KPa) 临界开挖标高(m) 临界开挖深度(m)

中间风井 +3.80 ⑦1层 284.46 -14.23 18.03

+3.80 ⑦2层 358.05 -17.30 21.10

以上计算显示，当基坑开挖等于或大于18.03m时，需降低⑦1层水位，以减小基坑突涌风险；当基坑开挖等于或大于21.10m时，需降低⑦2层水位，以减小基坑突涌风险。而附属结构的开挖深度约为12.575～13.475m，均小于基坑临界开挖深度，均不需要考虑对⑦1及⑦2层进行降压处理。根据模型模拟计算得出降压井具体数量及深度，见下表3。

表3降压井布设情况

工程部位 项目名称 编号 数量（口） 深度（m）

中间风井 降压井 Y7-1 1 50.00

降压井 Y7-2~ Y7-3 2 47.00

3.3坑内疏干井布置

随着基坑的开挖需要，必须及时疏干开挖范围内土层中的地下水，降低围护范围内基坑中的地下水位，保证基坑干开挖施工的顺利进行。因此，开挖基坑前，需要布设若干数量的疏干井，对基坑开挖范围内土层水进行疏干。根据现场实际情况(单井有效抽水面积a取200m2)，计算得出疏干井具体数量及深度，见下表4。

表4疏干井布设表

工程部位 基坑面积(m2) 计算疏干井数量（口） 实际布置疏干井数量（口） 编号 疏干井深度（m）

中间风井 732.84 3.62 3 J3～J4、J6 27

1 J5 33

风道 411.84 2.06 2 J1～J2 19

4降水运行工况

（1）根据预估，疏干井至少提前15～20天进行降水，并根据要求加载真空负压，以疏干基坑上部约20.00m范围土体。

（2）在疏干井正式抽水前，应及早施工坑外潜水位观测孔。潜水水位观测孔施工完成后及时开启疏干井进行疏干降水，一般正常情况下，疏干井基本保持24小时连续抽水，出现降水异常时，根据需要进行调整。

（3）本次采用真空泵抽气、潜水泵抽水的方法降低潜水位，其中每3～4口井配备1台真空泵，每口井单用一台潜水泵，潜水泵的抽水能力大于单井的最大出水量，预抽水期间真空管路的真空度大于-0.06MPa，潜水泵和真空泵同时开启，抽水安装示意图见图3。

图2真空负压疏干井抽水示意图

5降水对环境影响的分析和控制

从降水效果及环境保护角度考虑，本工程基坑降水井布置在基坑内，通过合理的控制井深，减少坑内降水对坑外沉降的影响，但在降水过程中加强监测，尤其对受降水影响的建筑物或者管线加强监测，同时密切监测坑外承压水水位的变化。

5.1沉降预防措施

（1）对施工场地周围的已有建筑物，施工前先踏勘一遍。按规范要求布置好沉降观测点，施工期间每天进行观测，沉降速率及累积沉降量严格按照设计要求控制。如有异常，停止降水施工，及时向上汇报，研究保护方法。

（2）抽水过程中真正做到三点：降水范围宜小不宜大；降水时间宜短不宜长；降压深度宜浅不宜深。

（3）在后期挖土施工的过程中，尽量提高效率，缩短挖土时间，相应得减少抽水时间，同时减少降水对周边环境的影响。

（4）在降水运行过程中随开挖深度加大逐步降低承压水头，避免过早抽水减压。在不同开挖深度的工况阶段，合理控制承压水头，在满足基坑稳定性要求前提下，防止承压水头过大降低，使降水对周边环境的影响减少到最低限度。

（5）采用信息化施工,对周边地面、邻近建（构）物进行位移监测,发现问题及时处理，调整抽水井及抽水流量,指导降水运行和开挖施工。

（6）及时整理基坑开挖和降水时的水位资料，建设单位的位移监测资料必须及时送交我现场项目部,以便绘制相关的图表、曲线,必要时调控降水运行。

（7）根据抽水试验结果，编制降压井的降水工况，按合理按需的原则进行抽水。

5.2工程排水措施

工程降水抽取地下水，减少基坑开挖范围内土体中含水量或降低承压含水层承压水压力，这就要求施工现场必须有合适的排水设施已满足工程降水的需求，确保降水运行排水的顺畅，保障降水效果。

（1）排水设施应满足工程降水最大出水量的需求，并保障排水的顺畅；

（2）应尽量缩短降水井与排水设施之间的距离，减少降水井排水的沿程水头损失，降低抽水设备的扬程消耗；

（3）根据本工程预测排水的需求，在基坑边设计施工规格30cm×40cm的排水沟接入市政排水管道，接入市政排水管道前设置一个小型沉淀池对排出的地下水进行沉淀处理，避免造成市政排水管道的淤塞。

6结束语

（1）降水井的布置应将根据具体情况进行设置。城市轨交车站基坑的周围环境往往很复杂，当井点离围护桩内边缘不能满足3m时，可调整至 1.5m；当井点沿基坑不能封闭时，可延长1倍以上的基坑宽度；当降水井设在基坑有困难时，可将降水井布置在基坑内，均可以达到降水和保证坑基底稳定的目的。

（2）降水井抽水不可避免的对周围环境产生影响，适当调控抽水量、合理布置井位，可以将其影响减小到最低。

（3）降水抽出的地下水含泥量应符合规定，发现水质混浊时，应立即分析原因及时处理。

总之，通过井点降水在轨交车站深基坑施工中的应用，及时降低下部承压含水层的承压水水位，防止基坑底部突涌的发生，为深基坑土方开挖和基坑整体稳定创造了充分有利条件，保证了工程的顺利进行。

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附：作者简介

表2作者简介

序号 作者姓名 性别 学历 职称 现任职务 联系方式 专业技术领域或研究方向

1 李雪芳 女 毕业学校：兰州交通大学

毕业时间：2004年7月

所学专业：给水排水工程

工程师 给水排水工程师