張新偉

?

北京地鐵X站暗挖段干擾降水降深預(yù)測(cè)與應(yīng)用

張新偉

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京100048）

以北京地鐵某線X站為例，研究由于該站受施工工法（兩端明挖中部暗挖）限制及交通和地下管線的影響，無(wú)場(chǎng)地實(shí)施封閉式管井井點(diǎn)降水，利用現(xiàn)有場(chǎng)地條件，在無(wú)法實(shí)施降水井封閉的區(qū)域周邊布設(shè)降水井，進(jìn)行干擾降水的方法對(duì)該區(qū)域地下水進(jìn)行控制的問(wèn)題。本文通過(guò)計(jì)算基坑涌水量，并運(yùn)用等值線預(yù)測(cè)地下水降深的方法，對(duì)暗挖段地下水位降深進(jìn)行計(jì)算與預(yù)測(cè)，結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果并綜合考慮周邊環(huán)境和場(chǎng)地實(shí)際情況等因素，優(yōu)化降水井布置，合理選擇降水井泵量，通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果，既解決了由于無(wú)法實(shí)施封閉式管井井點(diǎn)區(qū)域的地下水控制問(wèn)題，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，又節(jié)約了施工成本。

地鐵站；深基坑；干擾降水；降深預(yù)測(cè)

地鐵作為解決超大城市交通擁堵問(wèn)題的重要手段這一典型特點(diǎn)，決定了地鐵線路必須穿行于城市的繁華區(qū)域，因此地鐵車(chē)站在該些區(qū)域的施工就難免受既有建筑物、交通道路及地下管線的影響，無(wú)法采用常規(guī)的施工手段。這其中就包括對(duì)地鐵車(chē)站施工范圍內(nèi)地下水控制的問(wèn)題，在無(wú)法采用傳統(tǒng)封閉式管井井點(diǎn)降水方法的區(qū)域，如何有效的對(duì)地下水進(jìn)行控制，保證地鐵結(jié)構(gòu)安全施工，降低由于地下水滲流問(wèn)題對(duì)周邊環(huán)境的影響就顯得尤為重要（張?jiān)诿鳎?001；王杰等，2008；張波等，2011；江科，2010）。

1　工程背景

1.1工程概況

地鐵X站站中軌面標(biāo)高約為22.017m，位于美術(shù)館東街、王府井大街、五四大街、東四西大街路口處，車(chē)站西北角為中國(guó)美術(shù)館，街角為約4000m2的市政綠地，西南角為空地；東北角為民航計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)大樓及民航總局；東南角為華僑大廈。車(chē)站所處交叉路口的東四西大街和美術(shù)館東街現(xiàn)狀均為雙向三車(chē)道，五四大街和王府井為雙向兩車(chē)道，美術(shù)館東街、東四西大街車(chē)流量較多，交通繁忙。

車(chē)站主站體采用站體兩端明挖法結(jié)合過(guò)路段雙洞暗挖法施工。

1.2場(chǎng)區(qū)地下水情況

場(chǎng)區(qū)內(nèi)主要賦存兩層地下水，自上至下：第一層為上層滯水，僅部分鉆孔揭露，第二層為潛水。

第一層：上層滯水，含水層為填土①層、粉土③2層、細(xì)粉砂③3層，靜止水位埋深2.30～9.0m，絕對(duì)標(biāo)高36.00～43.12m。

第二層：潛水，主要含水層為粉細(xì)砂⑧4層、中砂⑧5層、卵石⑧9層、細(xì)砂⑨4層、中細(xì)砂⑩4層、卵石⑩9層，靜止水位埋深22.40～24.30m，絕對(duì)標(biāo)高20.60～22.67m。

2　降水設(shè)計(jì)方案研究

2.1地下水影響分析

主站體暗挖段結(jié)構(gòu)底標(biāo)高為19.116m。場(chǎng)區(qū)內(nèi)第二層地下水，水位標(biāo)高約為21.12m，高出結(jié)構(gòu)底板約2m。暗挖段結(jié)構(gòu)底部地層巖性以細(xì)砂層為主，滲透系數(shù)大，地下水徑流條件好，如不采用降水措施，在地下水作用下，施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)底板易產(chǎn)生涌水、底鼓，發(fā)生潛蝕、流砂、坍塌等（涂曉芳，2005），對(duì)結(jié)構(gòu)施工安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。主體與地層關(guān)系見(jiàn)圖1：

圖1　主體與地層關(guān)系圖Fig.1 The Structure of the Subway Station and Stratum

2.2降水工程設(shè)計(jì)思路

本站位于十字路口，車(chē)流量較多，交通繁忙，并且路口下方存在一條D=2.4m的雨水管溝及一條3.6m×2.5m熱力管溝，所以車(chē)站中部采用暗挖法施工跨路。

本車(chē)站兩端采用明挖施工，有場(chǎng)地條件布設(shè)降水井進(jìn)行基坑外降水。該站結(jié)構(gòu)底以下含水層厚度較大（≥14m），因此可考慮采用干擾降水對(duì)暗挖段地下水進(jìn)行控制。明挖段降水方案采用常規(guī)基坑外側(cè)布井方式及計(jì)算方法，因此本文對(duì)此不做詳細(xì)論述。明挖段降水井參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　明挖段降水井參數(shù)表Tab.1 Parameter of Dewatering Wells in the Cut and Cover Section

暗挖段由于受交通及地下管線等條件的制約，采用常規(guī)基坑外側(cè)布設(shè)降水井的方案難以實(shí)施，由于本站地質(zhì)情況有采用干擾降水的條件，因此，暗挖段可采用借用兩端明挖段降水井進(jìn)行干擾降水，以達(dá)到對(duì)暗挖段地下水進(jìn)行控制的目的。為利于對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，擬采用以下三種降水井借用方案：方案一：在暗挖段四象限借用明挖基坑處降水井共16眼，每象限4眼。方案二：在暗挖段四象限借用明挖基坑處降水井共24眼，每象限6眼。方案三：在暗挖段四象限借用明挖基坑處降水井共32眼，每象限8眼。

2.3降深控制要求

潛水：潛水位要求降至結(jié)構(gòu)底0.5m 以下。

2.4基坑涌水量計(jì)算

暗挖段涌水量采用面狀基坑潛水完整井公式（13計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

式中：Q——涌水量（m3/d）；H——含水層厚度（m）；K——滲透系數(shù)（m/d）；S——基坑水位降深（m）；R——降水井影響半徑（m）；r0——基坑等效半徑（m）。

表2　暗挖段涌水量計(jì)算參數(shù)表Tab.2 Parameter of Discharge Calculation in the Underground Excavation Section

3　降水水位的預(yù)測(cè)

3.1預(yù)測(cè)要求

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果對(duì)暗挖段降水水位進(jìn)行預(yù)測(cè)，降水水位的預(yù)測(cè)計(jì)算應(yīng)符合下列要求：①預(yù)測(cè)計(jì)算降水區(qū)的任意點(diǎn)地下水位，均能滿足降水深度的要求；②設(shè)計(jì)采用的滲透系數(shù)K 值應(yīng)接近設(shè)計(jì)降水深度水位降深資料計(jì)算的K 值。暗挖段各點(diǎn)水位降深按面狀基坑潛水完整井穩(wěn)定流公式（23計(jì)算，在暗挖段內(nèi)任意選取多個(gè)點(diǎn)作為水位降深驗(yàn)算點(diǎn)（圖2）。

圖2　水位降深驗(yàn)算點(diǎn)布置Fig.2 The Arrangement of Drawdown Checking Points

式中：S 為任意點(diǎn)水位降深（m）；H 為含水層厚度（m）；ri為r1、r2、r3、…、rn降水井至任意計(jì)算點(diǎn)的距離（m）。

3.2降水水位預(yù)測(cè)參數(shù)

根據(jù)上述分析選取降水水位的預(yù)測(cè)計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。降水井井點(diǎn)與驗(yàn)算點(diǎn)間距按下列公式（33計(jì)算：以降深≥ 2.5m 為控制條件，各方案井?dāng)?shù)確定的前提下，計(jì)算得各方案所需泵量及驗(yàn)算點(diǎn)干擾降深值見(jiàn)表4。

式中：xj為任意點(diǎn)降水井x 軸坐標(biāo)，xi為任意點(diǎn)驗(yàn)算點(diǎn)x 軸坐標(biāo)，xj為任意點(diǎn)降水井y軸坐標(biāo)，yj為任意點(diǎn)驗(yàn)算點(diǎn)y軸坐標(biāo)。

表3　降水水位預(yù)測(cè)計(jì)算參數(shù)表Tab. 3 Parameter of Calculation of Dewatering Prediction

表4　干擾降深預(yù)測(cè)結(jié)果參數(shù)表Tab.4 Parameter of Prediction of Interfering Drawdown

由表4可知，采用相應(yīng)井?dāng)?shù)及泵量均可達(dá)到降深要求（降深≥2.5m）。因此可根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地情況，先確定降水井井?dāng)?shù)，通過(guò)預(yù)測(cè)選取相應(yīng)的泵量，以滿足相應(yīng)降深要求。

由前節(jié)可知，明挖段降水井采用泵量為25m3/h，因此暗挖段優(yōu)選采用相同泵量潛水泵，以免在降水過(guò)程中需更換不同型號(hào)潛水泵。由此并結(jié)合場(chǎng)地周邊實(shí)際情況，選取方案二為降水方案。借用明挖段降水井及水位降深等值線見(jiàn)圖3、圖4、圖5，借用明挖段降水井設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5。

圖3　降水井布置圖Fig.3 The Arrangement of Dewatering Wells

圖4　暗挖段水位降深等值線圖Fig.4 Isogram of Drawdown in the Underground Excavation Section

圖5　暗挖段水位降深三維曲面圖Fig.5 3D Surface of Drawdown in the Underground Excavation Section

表5　降水井設(shè)計(jì)參數(shù)表Tab.5 Parameter of the Design of Dewatering Wells

4　結(jié)論

（1）該地鐵車(chē)站采用上述地下水控制方法已順利完成結(jié)構(gòu)施工，由計(jì)算結(jié)果及實(shí)踐檢驗(yàn)可知，對(duì)于結(jié)構(gòu)底板下含水層厚度較大，滲透性較好的場(chǎng)區(qū)，在無(wú)場(chǎng)地條件實(shí)施封閉式管井井點(diǎn)降水的條件下，采用區(qū)域干擾降水方式進(jìn)行地下水控制的方法是可行的，而且是有效的。

（2）采用干擾降水設(shè)計(jì)除需計(jì)算基坑涌水量外，還需進(jìn)行相應(yīng)降深預(yù)測(cè)，結(jié)合場(chǎng)地條件及經(jīng)濟(jì)條件，確定相應(yīng)的降水井井?dāng)?shù)及泵量。

（3）預(yù)測(cè)計(jì)算降水區(qū)內(nèi)的任意點(diǎn)地下水位，均需滿足降水深度的要求。

（4）基坑涌水量計(jì)算應(yīng)考慮地下水類(lèi)型、補(bǔ)給條件，降水井的完整性、以及布井方式等因素，計(jì)算過(guò)程中應(yīng)注意選擇合理的基坑涌水量及水位預(yù)測(cè)計(jì)算公式。

［1］張?jiān)诿? 地下水與建筑基礎(chǔ)工程［M］. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

［2］王杰，張飛，揚(yáng)洪. 深基坑降水的水位控制［J］.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，24（5）：748～752.

［3］張波，鄭繼強(qiáng). 地鐵淺埋暗挖法降水施工技術(shù)研究［J］. 現(xiàn)代隧道施工技術(shù)，2011，48（S）：6～10.

［4］江科. 建筑深基坑降水方案研究［J］. 山西建筑，2010，36（15）：100～101.

［5］涂曉方. 北京地鐵五號(hào)線張自忠路站降水設(shè)計(jì)優(yōu)化研究［D］. 吉林：吉林大學(xué)，2005.

The Prediction and Application of Interfering Dewatering and Drawdown in the Underground Excavation Section of a Beijing Subway Station

ZHANG Xinwei
（Beijing Institute of Geological Engineering， Beijing 102600）

This paper aims to research the underground water control through interfering dewatering in a Beijing subway station where the closed tubular wells can not be arranged because of the construction method （cut and cover at the both ends and underground excavation in the middle） and underground pipelines. By calculating discharge of the foundation pit and applying isogram prediction drawdown， the arrangement of dewatering wells was optimized to achieve the expected result with the consideration of the pump capacity and the environment of the construction site. With the application this method， the problem of underground water control in the region is solved. Moreover， the construction risk is decreased and the cost was saved.

A subway station； Deep foundation pit； Interfering dewatering； Drawdown prediction

TU463

A

1007-1903（2016）02-0089-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.018

張新偉（1982- ），男，碩士，研究方向：巖土工程，Email：7899009@qq.com