复杂地质条件城市轨道交通车站深基坑承压水降水施工工艺_卫虹宇.pdf

2023 年 4 月复杂地质条件城市轨道交通车站深基坑承压水降水施工工艺卫虹宇(中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 101149)摘要:本文以马滩站为兰州市城市轨道交通 1 号线一期工程深基坑降水工程为作为研究案例，结合相关研究理论及实践经验对复杂地质条件下的深基坑承压水施工技术进行深入、全面的研究分析，结合施工项目的实际情况确定出深基坑内外部降水井的布设方法、施工技术参数、施工工艺等内容。关键词:复杂地质条件;深基坑;管井降水;方案设计文章编号:2095 4085(2023)04 0025 03近年来，我国的国民经济迅猛增长，各级地区都开始大力发展地铁工程，地铁车站深基坑施工过程中，经常会面临降水、排水问题，科学合理的降排水施工方案不但可以降低施工单位的施工成本，同时还能够提高整个项目的施工效率，缩短施工工期，缓解施工压力，最重要的是能够对施工过程中的人员安全予以保障。1工程概况1 1工程概况本文以马滩站为兰州市城市轨道交通 1 号线一期工程深基坑降水工程为作为研究案例，该项目内的车站起止桩号设计为:YDK15+056 513 YDK15+355 713，车站设计采用的是单柱双跨箱型框架结构形式，车站的主体结构长度设计为 299 20m，其中，标准段的宽度设计为 20 3m，高度设计为 20 84m，结构底板的底部埋深为 24 867m，中心里程部位的顶板覆土厚度大概为 3 717m。该项目中的施工范围内存在丰富的地下水，地下水水位保持8 5 9 1m 之间，结合前期勘察数据以及地质资料来看，施工所在地的含水层主要分布在卵石层中，卵石层的厚度超过 200m。该区域的潜水补给主要是源于黄河水、上游的地下水、农田灌溉水等等。区域内的地下水流向与地形基本上是保持一致的，由西南方向流向东北方向，最终排放至下游的黄河流域中。结合施工现场的含水层具体情况，地下水水位的变化主要是受到降雨、地下水开采、蒸发等因素的影响，通常情况下，该地区的地下水水位波动保持在 (1 1 5)m。1 2地质概况(1)下水的补给、径流及排泄。经过前期的勘察以后发现，施工所在地的地下水水位埋深大概为 8 59 1m，水位的高程保持在 1 518 35 1 518 47m 之间，卵石层的厚度超过 200m。该区域的潜水补给主要是源于黄河水、上游的地下水、农田灌溉水等等。区域内的地下水流向与地形基本上是保持一致的，由西南方向流向东北方向，最终排放至下游的黄河流域中1。(2)基坑涌水量预测。该项目中的车站底板的埋设深度大概为 24 8m，该部位的高程大概为 1 502 98m，施工所在地的地下水水位埋深大概为 8 5 9 1m，水位的高程保持在 1 518 35 1 518 47m 之间，水位上浮按照 2m 进行计算，水位降低至深基坑的底板以下1m 时，地下水降低的深度大概为 19 45m，具体的情况可以参照表 1 中信息所示。表 1车站主体基坑涌水量估算降水部位含水层类型引用半径/m含水层厚度/m降深/m渗透系数(m/d)河岸距基坑中心距离/m排水量(m3/d)车站主体潜水含水层81 7200 30019 45601 08024 49512表 1 中所提供的涌水量全部为估算值，因施工现场的水文条件与地质条件具备一定的复杂性，加之施工过程中，可能会对施工工艺进行调整，从而对涌水量造成比较大的影响，在实际施工过程中，需要对深基坑的涌水量进行合理的调整。2降水设计结合施工兰州市的地质条件、水文条件以及市政降水施工经验来看，该项目中的车站应该将降水井设52置在深基坑的外侧比较合适，降水井的深度设置为30m。深基坑降水过程中，应该设置观测孔，及时掌握地下水的变化状况。2 1降水布置及数量根据设计文件、现场实际情况及计算，降水井间距按照 8 15m/口，井中心与基坑外侧墙间距不小于3m，梅花状布置。2 2降水井结构降水井的直径设置为 800mm。降水井结构具体情况可以参照图 1 中信息所示。图 1降水井构造图2 2 1水位观测及备用井设计水位观测井的作用是用来观察深基坑降水过程中地下水的水位变化。(1)基坑内部地下水水位观测、备用井:在对基坑内进行降水时，可以选择 23 口井作为观测井，及时控制降水的深度，同时在施工的后期阶段将使用备用井进行补水。(2)坑外水位观测井:降水过程中，如若围护结构的隔水作用不理想，那么可以在基坑内侧进行抽水，同时对基坑外侧进行抽水，保证基坑的内外侧地下水的水位保持一致，避免地面出现沉降现象。所以，应该在基坑的外侧设置潜水观测井，密切的关注基坑外侧地下水位的变化，观测井的深度设置为23 0m，可以选择使用无砂水泥管，总计需要布设 20口降水井，降水井的间距设置为 25 9 36 9m，降水井距离基坑边缘的距离设置为 25 4 0m。管井及深井的数量。对于采用管井及深井降水，应考虑抽水井的相互干扰作用，必须用群井干扰理论验算单井的干扰出水量。基坑降水设计n=mQ/q;Q=1 366K(2H S)S/lg(1+/r)式中:m为井点备用系数可取 1 1;Q基坑涌水量;K土壤的渗透系数，取 K=6m/d;H潜水含水层厚度;S基坑水位降深;降水影响半径，根据当地经验和岩土勘察情况;r基坑等效半径;q管井出水量。2 2 2疏干井设计疏干井的作用是为保证降水井的设置符合设计图纸及管理规范的要求。为了确保深基坑开挖过程中的安全性，同时保证基坑开挖顺利完成，施工人员应该降低深基坑内土体的含水量，对开挖区域内的潜水进行疏干处理。结合项目的实际情况而言，每一个疏干井的疏干面积大概为 200m2。基坑总面积约 7 182m2，拟布置 36 口疏干深井，考虑 10%的应急备用井，共设置 40 口疏干深井，排距 10 3 106m，间距 15 0 15 7m，距基坑边缘 4 16 2m。根据基坑平面内不同区域开挖深度的差异，端头井位置疏干井深度为310m，标准段部分为300m。2 3抽水水泵抽水井的流量控制在 42 50m3/h，抽水井的扬程至少要达到 40m。2 4排水管路排水 管 路 选 择 使 用 钢 管，钢 管 的 直 径 为400mm，支管选择使用 100mm 钢管。3降水施工3 1成井设备选型考虑到降水井成孔的垂直度及地层原因，选用旋挖钻进进行成孔作业。机械采用山河智能 SWDM28旋挖钻机进行钻进作业。其在卵石层中因扭矩大，移动便捷，操作方便，成孔速度较快，且垂直度可控制在 3以内，故成孔作业机械选择旋挖钻机。钻头选用截齿捞砂斗，钻头的直径结合设计图纸进行确定，成孔选择使用泥浆护壁方式进行作业。确保钻头运行过程中的稳定性，同时保证成孔质量满足设计及规范62要求2。3 2成井施工技术要求(1)准备工作:严格的按照施工方案提前配备施工机械设备及施工班组，施工单位应该与建设单位保持密切的交流。(2)材料到位:委派专人负责原材料采购及运输，保证施工现场使用的所有原材料的质量符合设计及规范要求。如若原材料准备不充足，不得进行钻孔作业。(3)进出场、定位、埋设护孔管:当钻孔的位置确定以后，应该由监理工程师签字确认，为了保证基础的牢固性，钻机应该放置在碎石道渣上。护孔管埋设必须垂直，外围的土体需要作夯实处理，井管与回填料运输至施工现场以后即可开始钻孔作业。钻孔的倾斜度偏差不得超过 3，如若钻杆的垂直度不达标，则不得应用在钻孔作业中3。(4)钻进清孔:钻孔过程中，泥浆的比重保持在108 1 15 之间，尽可能的选择使用自然造浆。钻进作业过程中，待吊钩加固以后，缓慢的钻进，避免钻具出现弯曲现象，此外，需保证钻杆接头部位不会产生较大的摆动。每钻进一定距离以后，应该进行扫孔处理，孔内的泥渣清理干净以后，对钻杆进行接长。终孔以后进行清孔作业，保证孔口溢出的泥浆含沙量12%后开始提钻作业。(5)下井管及滤管:严格的按照设计图纸排列井管，下管过程中，严格的控制井管的底部标高。每节井管安装完成以后立即进行找平处理，井管的端部焊接过程中应该对称进行焊接，保证焊接作业的垂直度，且焊接部位不得出现缝隙，避免因焊接强度不够而出现脱落现象。圆孔过滤器的孔径控制在 10 15mm，外侧需要设置过滤网。(6)填砂:在井壁的周围回填一层粗砂，回填的过程中控制回填砂表面的标高，不得出现标高过大现象。水平方向的填砂厚度不得低于 150mm。(7)洗井:使用空压机对疏干井进行清洗，当压缩空气流动至排水管的下侧时，应该保证排水管内的气水混合物的密度不得低于泥水混合物的密度，在这种情况下，井管中的混合物就变成为了三种:水、气、土。三相混合物会持续性的排出管外，同时泥土中的含砂率1/1 000。洗井作业结束以后，进行试抽，如若试抽成功，则说明洗井完成4。(8)抽水:将潜水泵与泵管安装在距离井底上侧1 5 2 0m 部位，正式施工之前，抽水时间不得小于30d。正式抽水过程中，由于出水量非常大，为了保证管网的排水能力满足实际需求，可以采用间隔方式启动抽水泵。抽水作业应该具备连续性，非特殊原因不得间断。3 3降水效果分析结合地下水水位的观测数据了解到:深基坑最初的平均水位为 1 518 41m，在经过降水处理 15d 以后，区域内的地下水水位降低至 75324m;15 日内的地下水水位降低量大概为 16 84m 左右，相对比深基坑底部标高(1 502 98)低 1 41m，由此可以发现降水量完全符合实际施工需求。整体而言，上述降水措施具备良好的技术可行性。4结语本文以马滩站为兰州市城市轨道交通 1 号线一期工程深基坑降水工程为作为研究案例，对复杂地质条件下的降水方法进行深入、全面的研究分析。该项目中的基坑开挖区域内为潜水含水层，可使用疏干井、观测井对降水施工进行密切的关注。在经过实践以后得出，此次研究的降水方案具备良好的可行性。参考文献:1 杨彬 承压粉细砂层地下车站深基坑降水方案设计 J 科技创新导报，2022，(6):559 560 2 陈小羊，徐桃，张浩，等 改进型管井降水技术的研究与应用 J 隧道建设(中英文)，2020，(3):1416 3 刘俊杰，张晓婷，戴小倩，等 富水地层地铁车站深基坑自动降水方法探讨与实测研究 J 青岛理工大学学报，2020，(3):87 88 4 金建申 富水砂层区地铁车站基坑变形过大原因分析 J 水利与建筑工程学报，2018，(6):36 3972