1、第29卷第9期Vol-29 No9 建筑施工 BUILDING C0NSTRUCT10N地铁工程中承压水控制的施工技术Construction Technology for PressureBearing W aterControl in Subway Engineering口 周铮(上海市机械施工有限公司200072)【摘要】上海深基坑施工中需解决 层承压水引起的坑底隆起、管涌、流砂等难题。通过承压水层较浅的一个地铁车站深基坑的施工实例，阐述了基坑围护结构设计、围护墙接缝加固密实、降压井布置、井深确定、结合挖土顺序降压井抽水、停抽封堵等工艺，使承压水处于受控状态，确保了基坑安全稳定。【关键词
2、】深基坑降压水管涌围护体 降压井【中图分类号】TU75366 文献标识码 B 【文章编号】100410012007)090674030前言随着城市轨道交通地铁工程建设高潮的到来，基坑承压水控制也成为地铁工程中的主要难点。因为承压水控制对深基坑的安全来说至关重要，一旦在基坑施工过程中发生由于承压水造成的基坑隆起、管涌、流砂，就会对基坑的安全和周边环境造成严重影响，所以，怎样有效、科学、合理地控制承压水，减少基坑施工中由于承压水弓l起的相关风险，是一个非常值得研究的问题。下面就通过一个工程实例来探讨承压水控制的施工技术。1工程概况新沪路车站是上海轨道交通7号线工程中的一个中间站，车站横跨行知路，东
3、侧靠沪太路。车站为地下2层岛式站台车站，车站基坑净长为2764 m，车站标准段净宽为186 m，标准段开挖深度为1577 m，南端头井开挖深度为1797 m，北端头井开挖深度为1742 m。围护结构采用地下连续墙，支撑采用 60916 mm钢管支撑，北端头井六道钢支撑，其余部位均采用五道钢支撑。根据地质报告反映，在场地内深206226 m以下，埋藏有约12 m厚的以粉细砂为主的高承压水头的含水层，为上海市第1承压含水层H层和 该承压含水层的顶板较市区其它地区浅约67m，承压水头离地表311 m，前期试验结果取420 m，依据岩土工程勘察规范DGJ08372002中的l133计算判别，对于本车站
4、坑底开挖面以下至承压含水层顶板间覆盖土的自重力 与承压水压【作者简介】周铮(1971-)，男，本科，工程师，五分公司副经理，注册一级建造师。联系地址：上海市三门路626号(200439)。【收稿日期】2007一O81O 674力 比值105，基坑易出现坑底突涌。另外，在地面以下48 m内， 层为砂质粉土，性能较差，在潜水的水动力作用下，可能会产生流砂现象。2施工方案21前期调查分析(1)在新沪路车站施工之前，首先对相同土质情况的汶水路车站和场中路车站进行调查，发现采用坑内降承压水的场中路车站与坑外降承压水的汶水路车站相比，场中路周边建筑物及管线沉降明显要小，而且降压效果好。(2)基坑围护地下墙
5、的深度与降压井的深度，井身构造之间有密切的关系，尤其对降水效果及降水影响范围有很大影响。(3)通过抽水试验确定第 层承压水的水位及单井出水量，检验降水效果，调整优化设计方案，确定详细降水运行方案，对基坑安全及周边建筑物及管线保护非常关键。(4)监测数据不仅能及时指导挖土及支撑的施工速率及施工流程，更能直观的体现出降承压水造成的沉降及影响，便于及时调整及控制降承压水的降水时间及数量。通过前期调查分析，我们可以看到承压水控制不仅是降压井的方案设计和布置，而是个系统工程。另外，在地铁基坑工程中，周边建筑物、管线复杂，施工工况恶劣的情况下，采用坑内降承压水与坑外降压水相比，不仅降水效果好，而且能减少对
6、周边建筑物及环境的影响，最终确保基坑安全。2_2 围护方案(1)原设计的施工图中，地下墙深度标准段为265 m，端头井为29 m，为了确保坑内降承压水尽量减少对周边建筑物及管线的影响，通过进一步分析地质资料，与设计、业主92007 周铮：地铁工程中承压水控制的施工枝术 第9期反复计算研究，确定地下墙统一加深25 m，加深后标准段深为29 m，端头井深为315 m。通过加深地下墙起到尽量隔断第层承压水层和减少承压水的过水断面，这样在基坑内降承压水时，坑外的承压水层顶标高就会高于坑内承压水层，坑内外承压水层形成高差，这样会减少周边土体、建筑物及管线的沉降，确保基坑安全。(2)考虑到周边管线搬迁及道
7、路翻交时间紧，次数多，对浅层土体扰动大，不密实，同时H层是砂质粘土，遇动力水就会形成流砂，所以在地下墙施工之前先在地下墙两侧采用低参量 700 mm水泥搅拌桩加固，深度为8 m，这样不仅加固了土体，减少了流砂和管线沉降的风险，减少了由此造成的不确定因素，也确保了控制承压水的稳定性。(3)在每幅地下墙与地下墙之间的接缝处，基坑外侧采用高压旋喷桩加固及预埋注浆管跟踪注浆的两种方式，在没有地下管线位置，采用高压旋喷桩加固，在有地下管线位置，采用跟踪注浆方式，这样不仅解决地下墙接缝漏水的问题，也确保了承压水层以上土体的密实稳定无漏点，避免由于上部土体流失造成承压水通过接缝处突涌的安全隐患。23 降压井
8、布置方案231基坑底板稳定性验算基坑底板的稳定条件：基坑底板至承压含水层顶板问的土压力应大于承压水的顶托力。即：H h安全系数 ，一般为1O12，本工程取11i经计算，基坑开挖深度至1123 m时，开始降第 层承压水含水层水位，以保证基坑底板稳定性，否则基坑会发生突涌现象危及基坑安全。本工程基坑开挖深度最浅为1577 m，所以整个基坑开挖范围内均需要降低第 层承压水水头。232 降压井井数的确定根据含水层厚度，井结构，本工程选取无界无越流含水层承压非完整井群公式进行水位降深计算：Q4叫 礤2M2 n( n( Js1n( Indl 丽z式中：K、K-_分别为含水层垂直和水平向渗透系数(md)：B
9、r_一越流因子(无量纲)：0一抽水井出水量(m3a)：5一干扰抽水水位降(m)：M一含水层厚度(m)；丁一导水系数m ， T= M：r一观测孔或预测点至抽水井的距离(m)：L、L 分别为抽水井及观测井的过滤器底部至含水层顶板的距离(m)：d、d 一分别为抽水井及观测井的过滤器顶部至含水层顶板的距离(m)：M )一井函数，井函数自变量 =a一含水层导压系数(m )t一抽水延续时间(d)。计算参数取 =240 m3d；M=-11Om；K=32 md。其余参数根据井结构剖面图进行取值。计算结果，基坑内沿长向均布14口降压井(YIY14)，当降压井抽水7 d后，各预测点的水位下降趋于稳定，已能满足基坑
10、开挖时所需降承压水水头的要求，另考虑在工程中应急及突发事件，在基坑外侧南北端头井及标准段位置再设三口备用降压井(Y15Y17)。通过降水试验，采用6 th的泵，坑内1112口降压井就可以达到降承压水水头的要求，但考虑到坑内承压井易损坏，还是按照理论计算的结果按14口降压井布置。233 降压井深度的确定坑内降压井的深度与地下墙一样深，但滤管深度比地下墙底标高高O51 m，主要考虑在坑内降压时，减少对坑外的降压。坑外备用降压井的深度比地下墙深23 m，滤管深度比地下墙标高深卜2 m，主要考虑备用应急的井数较少，尽快把坑内承压水降下来，确保基坑稳定，详见图1。墙她珂环商 珠度m“ 5 0开挖面蜢准&
11、开挖一1127I 245- 275 I 12M_ n j IJ氅对标两 深度，m“ 5 0O0开挖面医盗取开挖一l127l一23s I 280标准段地墙深度端头井地墙深度坑外降压井结构图 坑内降压井(观测井)结构圈图1 降压井设置2 4 监测方案监测是地铁工程中的重要内容，在本工程中对降承压水起指导和参考作用的主要有以下几个内容：坑外地下水位监测(潜水)：支撑立柱隆沉监测：坑外分层沉降监测：坑外孔隙水压力监测。25 封井方案坑内的降压井封井不同坑外的降压井封井，须有详细的封井工艺和封井流程，本工程根据工程特点先端头井封井，其次是标准段封井，最后坑外降压井回填。具体的封井流程按照土建主体结构施工
12、缝、诱导缝流程而定，坑内降压井封 675：艏 管砂棚 土球舭图口囡目囹圈第9期 周铮：地铁工程中承压水控制的施工技术 9，2O07井采取在井管内先填瓜子片，然后注浆再灌注混凝土的封堵方法，详见图2。1于 浆嚣吭域饭泄凝f一 ：麟；监丛 f缝蓬 蒸 l， f ，0 渖接管 端添摩怄于片的吲填- 避：扑底捧废图2 封井结构示意3施工方案实施31 确定分级降承压水深度本工程基坑开挖到l1I23 m深时必须降承压水，否则基坑会发生隆起和突涌，但是具体在施工中怎样结合挖土、支撑，分层、分块、分级降承压水却是方案实施的关键，所以本工程实施中制定降压井运行工况表，有利于现场施工人员控制和管理表1。表1降压井
13、运行工况表永 基坑开挖工况 基坑开挖毒 承压水水头 依次开启承 观测承压住 低标高(m 安全埋深(m) 压水抽水井点 水位井点北 基坑开挖 一6 81 4 2n(需要降压 Y2 YG1端 第四、五道钢支撑 一8 048 6 61 Y2 YG1头 第五、六道钢支撑 一10o48 10 51 Y2 Y3 YG1井 第六道钢支撑 底板 一12 92 610 Y1一Y3 YG1标 基坑开挖 一6 81 4 20(需要降压) Y6、Y7、YII YG1、Y4、YG!、YG3、Yq准 第四、五道钢支撑 一8 20 6 91 Y3、Y6、Y7、Y9、Y1 YG1、YG2、YG3段 第五道钢支撑一底板 一11
14、 27 12 9n Y3一Y12 YG1、YG2、YG3南 基坑开挖 一6 81 4 20(需要踌压) Y13 YG3、Y14端 第三、四道钢支撑 一7 301 516 13 Y14 YG3共 第四、五道钢支撑 一10 611 l1 61 YI3、Y14 YG3井 第五道钢支撑一底板 一13 47 17 2 Y1 Y14 YG33、2 确保降压井施工质量及正常运行(1)坑外降压井的施工关键是确保割断表层潜水与深层承压水之间连通，否则将严重影响周边环境，发生明显的地表沉降、建筑物开裂，一般采用粘土球封堵在不透水层土层标高部位，但控制质量难度较大，上部潜水渗漏，很难控制。所以本工程采用坑内降承压水
15、，只在坑外设三口备用降压井。(2)坑内降压井的施工关键是确保活井数量和出水量，因此在本工程中采用6 mm的无缝钢管重点加强井管的焊接质量。焊缝必须严密饱满无漏点，同时在施工中要求降压井紧靠立柱桩并做好保护避免在挖土支撑过程中碰坏降压井。另外每口降压井成孔结束后须试运行两天确保洗井质 676量，洗净井壁确保出水量。(3)在施工过程中万一碰坏降压井需通过加大邻近降压井的出水量来控制承压水水头标高，抓紧修复碰坏的降压井，原则上不能随意废弃损坏降压井。3，3 确定降压井的停抽时间根据设计要求及计算分析，当主体结构混凝土顶板浇捣结束并达到设计强度，也就是第层承压水水层上的结构重量大于承压水头顶托力，超过
16、承压水水头的平衡点时，方可停止降压停抽封井。在地铁工程中停抽降压井除了满足上述要求外，还需满足以下内容：(1)地铁车站主体结构不是连续施工，而是被划分为几块，所以封堵墙施工缝节点成了承压水的突涌点，因此在封堵墙侧的降压井必须等到相邻基坑降压井开启，把承压水水头降下来后，底板混凝土满足强度后，方可封井。(2)地铁车站端头井是盾构进洞出洞的工作井，因此在盾构没进出洞前原则上端头井附近的降压井不能停止降压抽水，必须有相关备用降压井。停止降压及抽水须在盾构机进出洞以后并稳定观察一段时间方可停抽封井。3，4 制定应急预案。确保降压井连续运行在本工程中基坑开挖到l123 m深以下时降压井就开始抽水运行，不
17、管任何原因造成降压井局部或整体停止运行，就会造成基坑突涌和隆起并危及基坑安全。因此制定了以下应急预案：(1)成立了以项目经理为首的现场应急抢险领导小组和网络，组员分别为分包单位的项目经理和项目部的设备、技术、施工管理人员，并要求名单中的所有人员在基坑开挖暴露期间必须24 h，保持联络畅通。(2)为了防止施工现场停电、断电的发生，现场配备了两台120 kV的发电机，分别布置在南北两个区域并实地进行了演练，确保发电机和现场用电的转换在l h内完成。(3)为了确保降压井连续运行，现场配备深井泵5台，大功率大排量的深井泵2台，同时要求降水单位的负责人24 h，确保所有应急配件在2 h内到场。4 实施效果及建议新沪路地铁车站施工实践，从目前的监测数据和降水效果来看基本达到了预期的效果，基坑周边建筑物管线沉降未因抽承压水而产生突变，与邻近相同土质条件的地铁工程相比，效果明显要好。但由于本工程第层承压水含水层离地表较浅，上部覆土层较薄，承压水抽水减压引起的土层瞬时固结沉降较大，降承压水还是会对周边产生一定的影响，施工单位只有依靠加快施工进度来减少降压井降压周期。同时建议，在地铁工程施工中对承压水问题一定要认真对待，必须针对工程特点详细研究分析做好抽水试验和监测工作，这样才能确保基坑安全稳定，才能确保承压水处于受控状态。、醵 霸_
