薛永斌

（中電建鐵路建設投資集團有限公司，北京 100000）

在快速城鎮(zhèn)化背景下，城市交通壓力越來越大，修建地鐵成為提高出行效率、解決城市交通擁堵的有效手段。但是在地鐵車站建設中，地上建（構）筑物密集，加上地質條件復雜，給車站基坑施工增加了難度。在基坑工程中，降水處理是一項重要步驟，保證地下水位低于基坑底板才能防止基坑開挖作業(yè)期間發(fā)生地下水突涌等情況。同時，基坑土體開挖還應盡量減少對地面的破壞，這種情況下科學選擇開挖方法也十分必要。

1 工程概況

某車站總長度為209.8 m，標準段寬度為19.0 m，為地下雙層10 m 島式車站。該車站的總建筑面積8 553 m2，基坑最大深度18.66 m，車站頂板覆土厚度約2.0 m。根據(jù)初步勘察，該車站所在地區(qū)屬于侵蝕沖積地帶。地表雜填土的平均厚度2.60 m，主要包括黏性土、砂土以及部分建筑物垃圾；在雜填土下方，依次是粉質黏土（平均厚度5.00 m）、粗砂（平均厚度2.40 m）、卵石（平均厚度5.85 m）。地下巖層為強風化泥質粉砂巖和中風化礫巖。地下水類型以孔隙潛水為主，含水層位于地表以下5.1～9.0 m。常年水位變化幅度5～10 m。因此，在該車站的基坑施工中，需要采取基坑降水措施，以保障基坑施工順利進行，并提高車站基礎的抗?jié)B性和穩(wěn)定性。

2 基坑降水措施

2.1 基坑疏干降水方法的選擇

所謂疏干降水，就是不僅要將開挖深度范圍內的地下水降低至標高以內，而且還要降低被開挖土體的含水量，從而達到增強邊坡穩(wěn)定性、方便機械開挖作業(yè)目的。其作用對象主要為基坑有效開挖深度內的上層滯水、潛水[1]。根據(jù)圍護結構不同，疏干降水又可以分為3 種常見形式，即封閉型疏干降水、半封閉型疏干降水和敞開型疏干降水。結合本次車站工程的地質條件和地下水文特點，決定選擇封閉型疏干降水方案。具體設計方法為：在基坑邊緣位置布置隔水帷幕，同時發(fā)揮阻水、擋土的作用。這樣就能隔斷基坑內外含水層之間的水力聯(lián)系，形成了一個相對封閉的空間。然后在基坑內采取降水措施，達到坑內疏干降水的效果?；觾鹊氖韪山邓椒ㄓ卸喾N，比較常見的有明溝排水、井點降水等。其中，井點降水又可分為噴射井點、電滲井點、管井等若干種類型。這些降水方法的適用范圍見表1。管井降水是利用鉆機從地面向下鉆至一定深度后，形成多個直徑在600～1 000 mm不等的豎向管井，然后在重力作用下讓封閉基坑內的地下水向管井內匯聚，最后使用抽水泵將井內積水抽出，達到疏干降水效果的一種方法[2]。其優(yōu)勢在于設備組裝簡單、降水深度較深，排水量大，適用范圍廣，因此在本次車站基坑降水施工中選擇了管井降水方案。

表1 常用降水方法及其適用范圍

2.2 基坑降水方案的設計

2.2.1 基坑涌水量的計算

如上文所述，本次車站基坑降水工程采用的是封閉型疏干降水。對于封閉基坑，其涌水量計算公式如下：

式中：Q 表示基坑涌水量；S 表示基坑開挖面積；H 表示基坑開挖至設計深度時疏干層中平均水位降深；η表示疏干含水層的給水度。其中，η 與地層巖性相關，例如黏質粉土的η 值為0.05～0.06，粉砂的η 值為0.10～0.15，粗砂的η 值為0.25～0.35[3]。根據(jù)水文測量結果，該工程基坑降水前地下水位標高為36.6 m，降水后地下水位要低于基坑底部1.0 m，降水深度為15 m。本次車站基坑的設計開挖面積為4 060 m2，綜合給水度取0.15，將數(shù)據(jù)帶入式（1），則：

Q=4060×15×0.15=9135m3

故本次工程中采用封閉型疏干降水時，基坑涌水量為9 135 m3。

2.2.2 基坑疏干井的設計

參考以往的降水經(jīng)驗，相似地質條件下每口井的影響范圍大概在300 m2。該車站基坑的開挖面積為4 060 m2，故施工現(xiàn)場需要布置14 口降水管井。具體參數(shù)如下：降水管井的直徑為680 mm，井深統(tǒng)一設定為18.5 m，管徑與過濾器的口徑為280 mm。其中，過濾器埋藏在含水層處，并且在管徑的底部設置長度為1.2 m 的沉淀管，外側包覆40 目濾網(wǎng)，起到過濾雜質的作用。14 口降水管井以基坑中軸線為標準，對稱布置。單側降水管井之間的間隔距離為12.4 m。

2.3 基坑降水管井的施工

本次工程中基坑降水管井的施工機具主要為1 臺QJ200 型反循環(huán)工程鉆機，另外包括護筒等配套材料，整個施工流程見圖1。

降水管井施工前，要提前勘探基坑區(qū)域內是否有其他地下管線，如果有通信管線、燃氣管道等要注意避讓，防止施工期間對既有管線造成破壞。另外，提前開挖一處深度不低于3 m 的探坑，如有必要可在探坑的四周布置臨時圍擋，營造安全的作業(yè)環(huán)境。砌筑泥漿池，內部鋪設復合土工膜，降水管井施工期間產(chǎn)生的泥漿全部排入泥漿池，避免泥漿流出圍擋、污染基坑外側的路面。鉆機進場以后，需要調節(jié)鉆機的鉆頭，保證對位偏差不超過30 mm，鉆進過程中也要密切觀察鉆孔垂直度偏差，最大不得超過1%。鉆至設計深度后，反旋鉆頭并向上提出，注入泥漿將鉆孔內的雜物置換出來，觀察到返出泥漿中不含有碎石等沉淀物后即可停止沖洗。本次工程中所用的濾料為青石子，提前使用清水沖洗，濾料應沿著降水管井的周圍均勻放置，可進一步提高過濾效果。上述操作結束后，使用空壓機抽水洗井，等到返出水清澈不含砂以后，即可停止[4]。最后使用潛水泵抽出井內剩余的水，即可完成降水管井的施工。

2.4 水位監(jiān)測

本次車站工程施工采用的是連續(xù)墻止水結構。由于連續(xù)墻較長，對各處的止水、擋土效果均提出了較高的要求。一旦某處出現(xiàn)的滲漏，導致基坑外側地下水大量滲透，必然會造成基坑承載能力下降，進而出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。因此，為了切實保障基坑穩(wěn)定性，還需要進行基坑內外側的水位監(jiān)測，保持地下水位穩(wěn)定，并且維持在安全可控的狀態(tài)。施工現(xiàn)場使用的水位監(jiān)測系統(tǒng)見圖2。

在PVC 管內放置水位計，可以實時采集水位情況，判斷基坑內土體的降水效果。設定基坑內外側最大水位差為20 cm，如果實測值超過20 cm，則需要采取降水措施，保證基坑內外側水位差維持在20 cm 以內。

3 基坑土體開挖施工技術

土方工程是車站基坑施工中的核心部分，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇恰當?shù)耐练介_挖方式，對提高施工效率、保證基坑整體穩(wěn)定均有積極幫助。另外，考慮到本次車站工程所在地區(qū)屬于富水砂卵地層，因此在土方開挖時還必須重點考慮地下水可能導致的開挖面滑塌等問題。在設計基坑開挖方案時，有分段開挖、分層開挖以及盆式開挖、中心島式開挖等多種選擇。由于本次工程所在地區(qū)屬于建筑密集區(qū)，因此在選擇開挖施工技術時，還必須最大程度上降低對地上建（構）筑物的破壞。

3.1 土體開挖方案的設計

本次車站基坑的平面圖見圖3。基坑總長度為209.8 m，中間標準段的寬度為19.6 m，兩側端頭井的寬度為22.4 m。右側明挖順作段長度25.3 m，采用的是分層開挖方法；左側蓋挖逆作段長度為184.5 m，采用的是分層、分段開挖方法。

3.2 明挖法土方開挖

基坑逆作段頂板上方明挖土方的高度在2.6～3.0 m，根據(jù)施工方案需要從北向南依次開挖。開挖前需要參考施工圖紙做好圍護工作，并且現(xiàn)場測量地下水位降低至頂板標高以下1.0 m后，再開始土方開挖作業(yè)。開挖時，首先使用挖掘機進行表層土石的挖掘，可以提高作業(yè)效率；等到土坑底部距離設計標高不足20 cm 后，再替換成人工開挖，避免出現(xiàn)超挖、欠挖的情況。如果局部出現(xiàn)了超挖，要使用砂礫石回填[5]。需要注意的是，采用明挖法進行土方開挖，整個施工期間連續(xù)墻處于懸臂受力狀態(tài)，可能會出現(xiàn)不同程度的水平位移。如果位移過大，容易使連續(xù)墻出現(xiàn)開裂，進而應當阻水效果。因此，在頂板土方開挖作業(yè)期間，還應密切監(jiān)測連續(xù)墻的水位位移距離，如果位移較為明顯，應采取必要的支護措施。另外，明挖段分層開挖要保證混凝土支撐與開挖面一一對應，堅持“先撐后挖”的原則，保證頂板結構穩(wěn)定。

3.3 蓋挖法土方開挖

本次地鐵車站基坑土方工程的蓋挖段，分別在左右兩側各設置1 處出土進料口，在施工期間可用于清運土料，保證現(xiàn)場開挖作業(yè)高效率進行；在施工結束后，則將出土進料口修建為車站的1#和2#出入口，其布置形式見圖4。

結合圖4 可知，整個蓋挖逆作段共包含2 部分，即傳統(tǒng)推進式開挖段（68.1 m）和逆作通道式開挖段（116.4 m），為了進一步提高施工效率，兩段可同步施工。在標準段進行通道式開挖作業(yè)時，分別設置了頂板、中板和底板，將整個開挖作業(yè)面分成了4 層，見圖5。每層開挖時，均需要從南側出土進料口開挖出一條縱向的通道，將兩個出土進料口連接起來。同時，在保證施工現(xiàn)場設備可以正常運行的前提下，最大程度上保留通道兩側的土，防止基坑圍護結構發(fā)生變形或坍塌?，F(xiàn)場開挖產(chǎn)生的土石，集中堆放在南側出土進料口，然后用挖土機和自卸汽車配合將土石運出。推進式開挖和通道式開挖盡量保持同時施工且進度相等，通過流水化作業(yè)加快施工效率。北側端頭井蓋挖段施工時，應堅持分層開挖、對稱推進的原則，每向前開挖10 m，注意檢查一次上層樓板疊墻混凝土的強度，確保強度達標后方可繼續(xù)向前開挖。

4 結論

在地鐵車站的基坑工程中，需要采取降水措施保證地下水位低于基坑底板一定距離，從而避免地下水突涌影響施工進度或造成地基沉降。在富水砂卵地層環(huán)境下進行基坑施工，可選擇封閉式疏干降水措施，配合使用管井降水方法，能夠顯著降低基坑內的水位，為現(xiàn)場施工營造良好的環(huán)境。在本次工程中，基坑土體開挖選擇了明挖法和蓋挖法兩種方法，獨立施工不僅提高了效率，而且還能確?；訃o結構穩(wěn)定、安全。從本次工程的施工經(jīng)驗來看，在建筑密集區(qū)富水砂卵地層上進行地鐵基坑施工，首先采取基坑降水措施，然后再選擇明挖與蓋挖相結合的施工方法，能夠兼顧施工效率與工程質量，實現(xiàn)了效益的最大化。