【软弱富水地层地铁车站基坑降水施工探讨】 地铁车站基坑施工方法
摘要:本文主要围绕软弱富水地层地铁车站基坑设计和施工以及降水工程设计和施工中的一些重要点进行了分析和论证。包括地铁车站施工中管涌和流沙现象的防治以及软弱富水地层地铁施工水土压的计算及应用。
关键词:软弱富水地层；地铁车站；基坑降水；设计施工
Abstract: this paper, focusing on weak rich water formation subway station, the design and construction of foundation pit and precipitation engineering design and construction of some of the important points are analyzed and demonstrated. Including subway station in the construction of the piping and prevention and control of the phenomenon of quicksand weak rich water formation of soil and water pressure in the subway construction calculation and application.
Keywords: weak rich water formation; The subway station; Foundation pit dewatering; Design and construction
中图分类号： U231+.4 文献标识码： A 文章编号：
地铁基坑降水一般分坑内降水、坑外降水及坑内外结合。降水方案的设计一般分为制定阶段、优化阶段、运行阶段。在降水方案的制定阶段，应搜集已有的地质、水文资料，根据基坑情况（面积、深度、支护形式、施工时间和周期）、周边环境（周边建筑物情况、管线、排水等）、并结合临近工区类似降水情况制定降水方案 ，进入优化和实施方案阶段应通过现场抽水实验取得实测的水文地质参数。一般采用单孔抽水或布置一个和多个观测孔的非稳定流抽水实验来获取含水层的参数，作为优化的设计依据[1]。根据优化的设计方案，进行部分降水井的群井抽水，将实测资料和设计资料比较，调整参数，并根据群井抽水的环境监测资料，制定运行方案。重要工程一般经过降水实验取得相关参数。
一、地铁车站基坑降水施工常见问题及建议对策
本人根据自身参与的地铁工程以及对一些地铁工程的了解,发现了一些常见的问题,如南京莫愁湖地铁车站中的下列问题。
1、降水井完成后，口井，地表沉降比较大，最大沉降4.6mm/日,最大累计沉降4.2cm，基坑南测水泥硬化路面开裂，降水停止。多次召开专家会议，进行降水实验。 2、基坑开挖过程中，端头轴力值报警，部分地段钢支撑曾出现变形。 3、基底两处出现管涌，其中一处整治贯穿整个车站主体施工过程
4、南侧距基坑40米建筑物附属结构出现开裂，地板出现错台，2楼整体式大块玻璃开裂，建筑物基础累计沉降4.8cm。 5、部分冠梁开裂，部分地段基坑渗水较严重，较为严重的一处出现抢险。 针对上述问题，我们要认真研究分析。
前面讲过莫愁湖车站在完成后出现地表沉降过大，日最大沉降4.6mm，累计最大沉降4.2cm，在没有开挖及降水井没有完成的情况下，说明地层非常敏感，为此要召开专家会议，并进行降水沉降实验，对原因进行分析，并采取必要的措施。 1、井深的探讨 莫愁湖车站止水帷幕（三轴搅拌桩）和围护结构等长均为26m，基坑深17m，降水井设计23m。由于降水井深度比帷幕略浅，帷幕对渗流场造成的影响很小，坑外水位降深较大，由于地层敏感，失水后地表沉降较大。专家意见井深减少2m。 2、坑内水位降深的控制 在整个降水运行过程中根据开挖的进度，保证水位下降的幅度，即始终将地下水位控制在开挖面以下2.00m左右。
3地基加固的建议：
针对上述情况建议先施工抗拔桩及立柱桩，原因是在临近钻孔桩的位置，搅拌桩扩径，或者放样不当，使钻孔桩成桩困难或者偏位倾斜。抗拔桩的平面位置、垂直度、标高要严格控制，因为桩头钢筋和上下翻的梁体钢筋连接在一起。过轨电缆通道及积水井位置地基加固，要适当的变更。若设计积水井有紧邻连续墙的现象，建议变更为至少距离1.0m。、降水井设计时应距搅拌桩至少50cm。
4．基坑支撑 因两座车站均设计倒撑，需认真审图，以防支撑牛腿位置影响钢筋甩茬，提前考虑好墙板的施工方案。斜撑位置围檩要做好防滑措施，同时要和拐角相垂直的围懔焊死，以防加力时围懔滑移及基坑变形时支撑失效。常有支撑掉落现象，建议支撑下施工拖架。
5．基坑渗漏 对于较小的渗漏，可以采用双快水泥、堵漏王封堵，较大渗水可用先无纺布或绵纱塞实安放引流管，引流管前绑扎滤网，周围用双快水泥封实，确保流出清水，最后墙外采取双液注浆。对于变形较小的基坑，可以采取打入注浆管，注入聚氨脂止水。
二、软土层管涌和流沙现象的防治
软土地层地下水位高、含水量高、强度低、土体空隙水处于饱和状态、多为流塑淤泥质粉质粘土、粉土和粉细砂层。地层敏感、降水沉降大、施工引起的变形大。如宁波轨道交通1号线海晏北路站初始水位为2 ～ 3m，标准段基底主要位于1层灰色粉砂层中，西端头基底也位于1灰色粉砂层和2粉质粘土夹粉砂层中，换乘站基底位于1-2灰色粉质粘土层，东端头基底位于1灰色粉砂层和2粉质粘土夹粉砂层中，无锡市轨道交通1号线1号线建17标大学城站地铁车站潜水位埋深约1.15～1.45m，地层主要为粉土、粉土加粉质粘土。属于典型富水软土地层，易产生流砂、管涌、基地隆起等病害[2]。
管涌多发生非黏性土中，其特征是颗粒大小差别大，往往缺少某种颗粒，空隙直径大而且互相连通。颗粒多由相对密度较小的矿物组成，易随水流动。其主要表现为：（1）土中粗细颗粒直径比D/d>10（2）土中不均匀系数d60/d10>10（3）两种互相接触的土层渗透系数K1/K2>2~3 从已有的经验来看,管涌出现的原因大多是由于坑底以下部分的围护桩出现断桩、未打到深度、排桩净距较大、止水帷幕出现断桩、漏桩或孔洞。流砂成因则主要是基坑存在粉细砂层，开挖低于地下水位0.5m以下时，坑底的土产生流动状态，随地下水一起涌入坑内。
为防止流沙,要增加坑内排降水措施，将水位降低至开挖面下1m以上，基坑开挖后，加速垫层浇注或加厚垫层。而防止管涌的对策则是降低坑内水位，增加土体被动抗力,同时对止水帷幕漏点要补强加固,采用注浆、旋喷或钢板桩等方式。
三、软弱富水地层地铁施工水土压计算及应用
地铁施工中一定要做好土压力的计算。土压力计算理论对土压力值影响很大，另一个对土压力值影响大的是墙体的变位，它直接关系到土压力简化图式的取定。测试和实践表明：基坑支挡结构变位小于坑深的2‰时为静止土压力；变位为坑深的2～7‰时为主动土压力；向土体侧变位为坑深的1～5％时为被动土压力。 作用于支挡结构上的荷载，除了土压力之外，还有地下水位以下的水压力。该水压力是土颗粒间的孔隙水压力，它与水平支撑及墙板刚度无关，但与地下水的补给数量、季节变化、土质类别、施工开挖期间的扰动情况、支挡结构的入土深度、排水处理方法等多种因素有关。在上海这种淤泥质粘土和夹砂粘土中，其平均地下水压力不到整个侧压力的20%，并且，也不足静止土压力的三分之一。 根据经验类比及有关资料综合分析认为： 在粘性土中，绝大多数情况下不发生渗流，即水压力的计算与土压力的计算共同考虑，即水土合算。在砂土或粉土等无粘性土中，土体本身渗流较好，再加上施工中的扰动，在无其它降水措施及无支挡结构漏水或泄水情况下，水、土压力宜采用分算。施工阶段，由于不可避免的支挡结构间漏水，因而水位要下降，应有折减。在使用阶段，由于结构形成，土层又重趋稳定，地下水的情况又渐渐回复。因此，不宜折减。但对于在车站底板上设置泄水措施的情形，应有折减。如图1
广州地铁一号线施工中，根据在芳村、西门口车站现场测试的结果，加以分析研究后，提出了如下分析结果及建议： 1）作用于地下连续墙和矩型挖孔桩结构界面上的孔隙水压力，由于开挖的扰动，而不同于原始土层中的分布状态，即与原始土层的渗透性基本无关。同时，该孔隙水压力在支护结构所受到的侧向荷载中占了相当大的比例(70%以上)。因此，在荷载取值上应充分考虑作用于结构界面上的孔隙水压力的上述特性，水、土压力宜分别考虑。 2）作用于地下连续墙和矩型挖孔桩结构界面上的孔隙水压力基本按静止水压力分布，其水压力系数基本在0.9以上。 最终考虑到地铁工程的重要性，支护结构背后的水压力不宜折减。 3)从粘土层全土压力（水土合算）的测试结果来看， 在整个施工阶段土压力总值的变化相当大，在开挖阶段将平均下降到开挖前的50%以下，主体封顶时又回升到开挖前的70%左右。但其中的浅层土压力(在–3～–5m以上，大致相当于地下水位以上的部分)在整个施工阶段则变化很小。因此，当按水土合算来计算荷载时，对于粘土及粉质粘土地层以及基坑深度在16、17m以内的荷载分布图式可以考虑为：基坑开挖阶段，上层土压力按静止土压力的三角形分布，高度为4～6m(相当于基坑最大开挖深度的1/4～1/3)，下层土压力按矩形图式分布。计算与实测表明，采用这种荷载图式计算的位移值与实测值比较接近；使用阶段，基底以上按静止土压力的三角形分布，基底以下的土压力可按矩形分布，也可不考虑。
参考文献：
[1] 上海峰.地铁深基坑降水技术探讨[J].科学之友,2010,(11):64-66.
[2] 樊红卫.地铁基坑设计风险控制[J].施工技术,2011,40(18):6-8.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。