孟加拉卡纳普里河底隧道富水砂层深大基坑降水设计_李波.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202204029开放科学（资源服务）标识码（OSID）孟加拉卡纳普里河底隧道富水砂层深大基坑降水设计李 波1，陈飞飞2（1.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，武汉430056；2.南通佳润控股集团有限公司，江苏南通226311）摘要：以孟加拉卡纳普里河底隧道项目明挖及工作井段深基坑为背景，针对其复杂的工程地质及水文条件，结合支护方案及周边环境，采用疏干与合理布置降压井对深大基坑进行降水，并实时监测支护结构及周边敏感建筑物位移、沉降。监测数据表明：降水方案效果良好，支护结构及周边建筑物指标控制较好。关键词：深基坑；富水砂层；抗突涌；降水；监测分析中图分类号：U459.5文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)01 0153 06 0 引言城市的快速发展促成了更多下穿、过江通道项目的出现，地下空间的开发具有占地、拆迁少等优势。而随着地层的复杂性、环境的敏感性越来越大，因此对深基坑的支护要求也随之更高1。基坑开挖与支护能否安全顺利，往往在于基坑降水是否成功。据统计，50%基坑安全事故与地下水有着直接或者间接的关系2-4。对于富水砂层深大基坑降水研究，雷刚等5通过总结富水砂层物理特性，结合工程典型断面，对降水效果及周边环境影响进行了研究；袁斌等6通过数值模拟富水砂层止水帷幕深度与降水及周边沉降的影响关系，得到最优化降水方案。本文针对孟加拉卡纳普里河底隧道西岸明挖段及工作井工程，采用疏干与合理布置降压井对基坑进行降水，并实时监测支护结构及周边敏感建筑物位移、沉降。监测数据表明：该降水方案效果良好，支护结构及周边建筑物指标控制较好，可为类似项目提供参考依据。1 工程概况 1.1 工程设计概况本降水方案涉及的基坑范围为隧道西岸明挖段及工作井，全长 420.0 m。工程平面，见图 1。基坑开挖深度及围护类型，见表 1。工作井主体结构右测设线左测设线东岸西岸围堰明挖段游泳馆图1明挖及工作井工程平面示意 表1基坑开挖深度及围护类型节标基坑深度/m基坑宽度/m围护类型围护深度/mJD-102.6032.7612放坡JD-22.673.4733.07钢板桩10.00JD-33.574.9733.83钢板桩12.00JD-45.076.2734.34钢板桩15.00JD-56.077.2733.85钢板桩18.00JD-67.378.5734.37钢板桩21.00JD-78.579.7734.58600 mm地墙26.00JD-89.7711.0034.53600 mm地墙29.00JD-911.0012.2033.76600 mm地墙29.00JD-1012.2013.5033.18800 mm地墙32.00JD-1113.414.6732.41800 mm地墙34.00工作井21.7048.701000 mm地墙43.00 收稿日期：2022 06 08作者简介：李波（1986），男，湖北仙桃人。高级工程师，硕士，主要从事隧道与地下工程的设计与研究工作。E-mail：。李 波，等：孟加拉卡纳普里河底隧道富水砂层深大基坑降水设计 153 基坑南侧为在建的游泳馆，游泳池距离明挖段最近约 36.0 m，距离西工作井最近约 73.4 m。明挖段部分采用 850600 的搅拌桩进行坑底裙边+抽条加固。明挖段和工作井基坑外侧设有临时围堰。围护结构形式分为放坡开挖、拉森型钢板桩、U 型钢板桩、地下墙，深度 10.043.0 m。1.2 工程地质条件盾构段地质剖面，见图 2。隧址区域勘探地层自上往下：杂填土（Q4me）：灰黄色，砖红色，稍密，饱和，以细砂为主，夹 30%左右的砖屑及少量硬杂物，胶结较差。-1 粉质黏土（Q4al）：土层不均匀，夹薄层粉砂或粉土，局部相变为粉土。-2 粉 砂（Q4al）：黄 褐 色，饱 和，松散-稍密，颗粒级配差，夹极薄层粉质黏土，主要矿物成份为石英、长石等，层厚约 09.9 m。粉质黏土、淤泥质粉质黏土（Q4al）：灰褐色，软塑，局部流塑，干强度中等。土层不均匀，夹薄层粉砂或粉土。层厚较薄，局部尖灭，约 03.5 m。-4 粉砂（Q4al）：深灰色，饱和，稍密，颗粒级配差，夹极薄层粉质黏土，主要矿物成份为石英、长石等，约 4.111.5m。-5 粉质黏土、淤泥质粉质黏土（Q4al）：灰褐色，软塑，局部流塑，干强度中等。土层不均匀，夹薄层粉砂或粉土，约 04.5 m。-7 粉质黏土（Q4al）：呈灰褐色，软塑，层厚较薄且不均匀，约 0.97.0 m。-8 粉细砂（Q4al）：深灰色，饱和，密实，局部中密，颗粒级配差，夹极薄层粉质黏土，层厚较薄，局部尖灭，约 04.4 m。粉细砂（Q4al）：浅灰色、灰褐色，饱和，密实，成分较均匀，主要矿物成份为石英、长石等，西岸及河底段层厚一般大于 20.0 m。KZ3+616.481#2联络通道淤泥质粉质黏土粉砂粉、细砂粉、细砂粉、细砂粉质黏土75.065.061.062.070.062.062.065.0图2盾构段地质剖面 1.3 水文地质条件地下水的补给、迳流、排泄受气象、水文、地貌、岩性、构造等诸因素的控制。潜水以大气降水及农田灌溉水渗补为主，隧址区所处亚热带湿润气候，降水充沛，利于地下水接受降雨补给。承压水的补给以卡纳普里河水及海水补给为主，由于卡纳普里河的切割地层作用，加上砂土层的透水性较好，河水与含水层地下水的水力联系较好，此外，西岸路线距离海岸较近，仅 20200 余米，海水对地下承压水的补给也很明显，TBH17 孔第一段（孔深 1620 m）抽水试验水位受潮水影响明显即可反映此现象。承压水水位、水量在一定程度上受控于河水补给的边界条件。由于该含水岩组的厚度大，孔隙性好，渗透性好，其迳流强度大，主要向卡纳普里河或外海排泄，承压水与河水或海水互为补排关系。2 降水工程特征分析 2.1 降水特征工程地处卡纳普里河岸，第四系厚度超过75 m，砂层与黏性土层呈互层，承压含水层实际上为多层承压含水系统，各层间通过“水文地质天窗”发生垂向的水力联系，导致地下水流十分复杂。基坑开挖过程中，极易发生突涌、流砂等不良地质现象，给基坑安全、顺利施工造成很大影响。由于卡纳普里河的切割作用，河水与承压水具有明显的水力联系，形成地下水的强补给源，再加上地层透水性好，场地地下水十分丰富。由于含水层厚度大，围护结构无法完全隔断基坑内外地下水力联系，坑内降水后，坑外水位将下降，需防止降水对南侧游泳池产生影响。大部分基底接近或位于黏性土层，容易出现层间滞水，可能会影响开挖效率。地层以砂层为止，一旦围护结构存在缺陷，极易发生围护的渗水流砂，导致坑外泥沙流失，特别是钢板桩的止水效果难以保证。2.2 降水思路本工程降水的主要目的为：对开挖范围内土体路基工程 154 Subgrade Engineering2023 年第 1 期（总第 226 期）进行疏干，方便坑内施工作业；将地下水位降低至安全水位以下，防止基底突涌，确保基底稳定；尽量减少对南侧游泳池的影响。场地上部存在多层黏性土，在地连墙的共同作用下，将基坑内地下水位分为多层，因此，本工程疏干降水井与减压降水井分开布置。对于明挖段，充分利用基底以下的黏性土层的隔水性能，尽量控制下部承压含水层的水位降深，从而减少对周边环境的影响。根据地层、围护结构特征，进行分段设计。在基坑南侧布置回灌井，用于减少坑外的水位降深，控制游泳池的沉降量。坑内降水井施工完后，进行试降水试验，确保坑内观测井水位降至满足开挖要求，同时观测坑外水位变化。开挖过程中，遵循“按需降水、科学降水”的原则，进行坑内地下水位控制。3 降水方案设计 3.1 地下水流数值模拟本工程地质、水文地质条件复杂，特别是在围护结构的绕流阻水作用，地下水渗流变得非常复杂，传统的解析公式无法适用，运用 VisualMODFlow 软件进行数值分析。利用钻孔资料，将场区在垂向上概化为模拟层，见图 3。第 1 层：-2 粉砂、-4 粉砂组成的承压含水层。第 2 层：-5 粉质黏土、淤泥质粉质黏土。第 3 层：-6 粉砂组成的承压含水层。第 4 层：-7 粉质黏土组成的相对隔水层，局部缺失。第 5 层：-8 及以下粉细砂组成的承压含水层。10Z/mX/mY/m3050900400300200700100600图3三维模型概化 3.2 降水井布置理论单井出水能力计算q=120rl3k（1）式中：q 为单井出水能力，m3/d；r 为滤管半径，0.136 5 m；l 为有效滤管长度，m；k 为含水层渗透系数，m/d。以工作井为例，西岸工作井基底接近-8、层承压含水层，坑内承压水位需降至基底以下 1.0 m，即标高20.3 m，同时要对上部土体进行疏干。经模拟分析，当坑内-8、粉细砂层承压水位降低至标高20.3 m 时，总涌水量约4 800 m3/d。坑外承压水位最大降至4.5 m、游泳池处降至3.0 m。受-7 粉质黏土不透水层的隔水作用，上部地层水位下降极少，仅降至1.5 m（降深约 1.0 m），水位控制与基坑开挖深度关系，见表 2。表2水位控制与基坑开挖深度关系支撑坑内水位标高/m涌水/（m3d1）开启井数/口第一道支撑 0.500第二道支撑 4.59601第三道支撑 8.519202第四道支撑12.528803第五道支撑16.538404基底20.548005工作井处承压水位标高等值线，见图 4。工作井坑内外水位标高等势线，见图 5。共布置 8 口降压井（单井出水量按 960 m3/d 考虑），其中 3 口为观测兼备用井。土方开挖过程中，水位随开挖深度增加逐步降低。跨度，跨度，EL I P EROHCNA&LOOP GNI MMI WS FO NALP TUOYAL NOI TADNUOFSCALE=1:160325117322838325300030003000300032511944142302502347625025020311250250549125014570250L L AW LOOP mm0 5 2ENI L NOI TADNUOF600600600600325mm POOL WALL90090090030003000)PEM OT .FER(SBA FO EVL AV FE I L ER ERUSSERP )PEM OT .FER(SBA FO EVL AV FE I L ER ERUSSERP AA3000 A I D 0 0 5 EL I P ROHCNA289530003-PILEEL I P-33-PILEEL I P-3EL I P-2EL I P-32-PILEEL I P-3EL I P-33-PILEEL I P-33-PILE3-PILE3-PILE3-PILE3-PILE3-PILE3-PILE3-PILE3-PILE3-PILE3-PILE2-PILEEL I P-23-PILEEL I P-3EL I P-3EL I P-3EL I P-3EL I P-33-PILE3-PILE3-PILEEL I P-22-PILE2-PILE2-PILE2-PILEEL I P-24-PILEEL I P-2EL I P-22-PILE2-PILEEL I P-22-PILE2-PILE2-PILE2-PILEEL I P-22-PILEEL I P-2EL I P-21500EL I P-34-PILEEL I P-23-PILE3-PILE452.53.03.54.04.54.54.03.53.54.52.52.03.03.0200204060809821 04080120160200240 275图4工作井处承压水位标高等值线 281.51.52.02.03.016263240485865402002040624.05.020.020.020.016.015.014.012.010.09.08.07.07.018.05.06.05.04.02.01.51.5图5工作井坑内外水位标高等势线 以上为旱季正常施工时