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摘要：目前城市在建或拟建新的地铁项目，位于第三系泥质粉砂岩地层的地铁项目占有一定比例，而在该地质条件下的施工受地下水的影响很大， 本文结合青秀山站工程实例，介绍在富含水的第三系泥质粉砂岩深基坑工程中的综合降水技术与施工过程，供类似工程降水施工参考与借鉴。
关键词：地铁车站，深基坑，泥质粉砂岩，综合降水，施工技术
0引言
目前我国很多城市已经或正在兴建轨道交通，在轨道交通发展过程中遇到的深基坑工程越逐渐增多。为了确保基坑施工过程的安全，所以必须在考虑地下水对地基、基础、基坑的影响。本文采用降水井降水的方法，即在基坑内部以及其周边一定的范围内布置抽水井，采用在布置的抽水井抽水的方法来达到降低基坑施工范围内的地下水水位，并且将水位降到开挖面以下，避免出现流砂、突水溃沙、管涌等工程地质与水文地质问题，从而为基坑创造安全的施工条件。
1工程概况
1.1车站概况
青秀山站是南宁轨道交通3号线从北到南的第17个站，站位位于凤岭南路与青山路交叉口东侧约180m，站位南侧为青秀山公园景区，北侧为金汇如意坊和秀山花园小区，横跨凤岭南路布置。车站与凤岭南路斜交，凤岭南路为市区主干道路，道路宽度约为40m～50m，交通繁忙由于车站与凤岭南路斜交，后期暗挖法施工时，暗挖车站位于凤岭南路下侧，道路中间无法布设降水井，对降水施工影响很大。
1.2工程地质及水文地质特征
工程地质
根据详细勘察报告》，场地范围内主要揭露第四系、古近系地层，包括填土层①、黏性土层②、粉土层③、砂土层④、古近系半成岩的泥岩、砂岩地层⑦。
水文地质
本车站工程影响范围内的地下水主要为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水。
根据详勘报告测得的地下水位埋深为1.00～7.80m，水位高程98.10～117.50m，平均埋深3.90m，平均高程109.70m。受地势高低起伏影响，水位埋深差异大。根据详勘报告抽水试验成果，承压水稳定水位按高程89.22m考虑。
2青秀山站降水方法的选择
2.1常见的降水方法
根据各站具体的地质、水文地质条件，尤其各含水层涌水量的大小不同，所采用的降水方法也不同。目前主要的降水方法有：真空井点、喷射井点、电渗井点、引渗井、管井、福射井、潜埋井等。现分别举例说明如下。
表2-1 常用降水方法及其使用条件
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2.2青秀山站降水方法的确定
降水方法根据水文地质资料和规范要求进行确定，一般从含水层岩性、渗透系数、降水深度三个方面综合考虑。
根据补勘期间测得的地下水位埋深为9.20～37.80m，水位高程为71.11～102.13m，平均高程89.50m，测量水位由于受钻探工艺的因素及周边环境的影响，离散性较大，补充勘查抽水试验钻探MC23-QXS-BS02测量稳定水位埋深为29.33m，高程81.62m；MCZ3-QXS-BS20测量稳定水位埋深为35.92m，高程81.28m，本阶段建议承压水头标高按高程82.00m考虑。结合表2-1及以上所述，根据本车站地质条件、施工环境、水位降深要求等因素，采用深井管井降水为主（基坑开挖施工前）、集水井明排为辅（基坑开挖施工期间）的综合降水方法)最终确定青秀山站采用管井进行降水。
3降水设计
3.1计算车站总排水量
青秀山站车站总长为184.7m，标准段总宽为41.8m，车站主隧道底面埋深约58m。根据勘查资料及施工阶段实际的钻探结果可知，隧道底面以上土层自上而下依次为：杂填土（0～4m）、粉砂（4～5m）、黏土（5～10m）、粉砂质黏土（10～12m）、黏土（12～19m）、粉细砂（19～33m）、粉砂质泥岩（33～50m）、泥岩（50～52m）、泥质粉砂岩（52～63m），新增竖井、北侧1号风亭组基坑开挖深度58米，处于富水性地层。
根据国家标准《地下铁道!轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）中表8.5.8-2，地下水流向切穿含水层的条形基础计算公式，估算基坑涌水量为：
Q=
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+
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式中，L为车站长度，L=184.7m，B为车站宽度，B=41.8m，Q为基坑出水量（m3/d），k为渗透系数（m/d），H为静止水位至含水层底板的距离（m），R为影响半径（m），S为设计水位降深，设计底板标高以下1.0m，S=29.0m。
3.2群井试验数值模拟与参数反演
群井抽水试验采用三维渗流计软件《VisualMODFLOW》计算、反演分析以下参数值：渗透系数k。
对整个渗流区进行离散后，采用向后差分法将上述数学模型进行离散，就可得到数值模型，根据抽水井、观测井数据资料，采用地下水三维非稳定流有限差分法反演求取相关水文地质参数。
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图3.2-1 Visual ModFlow 4.2示意图
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图3.2-2离散模型网络三维图
根据已有的岩土工程勘察报告、水文地质条件、钻孔资料，模拟区平面范围按下述原则确定：以基坑为中心，边界布置在降水井影响半径以外。
根据研究区的含水层结构特征、模型参数、水力特征，模拟区可概化成非均质水平向各向同性的三维非稳定地下水渗流系统。模拟区水文地质渗流系统通过概化、单元剖分，即可形成为地下水三维非稳定渗流模型。
本次数值模拟的模拟期3天，将整个模拟期划分为9个计算周期。在每个计算周期中，所有外部源汇项的强度保持不变。
降水井处理——在《 Visual Modflow》中，减压井可以设置过滤器长度、出水量等参数，与实际数据具有很强对比性。根据已有抽水试验观测成果，抽水井出水量不变。试验井设置如图3.2-3所示
根据本工程的群井抽水试验结果，对抽水井的实测资料进行整理，在三维计算模型中设置抽水井，将抽水井涌水量代入三维数值模型中，进行群井抽水试验的数值模拟计算。对比计算结果和实测的观测井水位变化，不断调整并化相关水文地质参数，得到合理的承压水分析参数。通过群井抽水试验基坑内4口观测井的实测埋深曲线与数值模拟取得的计算埋深曲线进行对比分析，各观测井水位对比见图3.2-4～3.2-6。
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图3.2-3 井模型示意图
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图3.2-4 GC1井实测降深曲线与模拟降深曲线对比图
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图3.2-5 GC2井实测降深曲线与模拟降深曲线对比图
从群井抽水试验的模拟分析结果可以看出，各观测井点的数值模拟水头降深和实测水头降深规律基本一致，数值模拟结果反映了群井抽水试验降水过程中的观测井水位的变化，可以看到两者的偏差很小，满足工程精度要求。
通过以上三维数值计算分析，获取的模型参数参见表3.2-1
表3.2-1 反演参数表
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根据规范中有关公式，结合勘察场地的实际边界条件，按拟建车站基坑开挖形状，预计基坑涌水量，见表3-1。
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图3.2-6 SY1井实测降深曲线与模拟降深曲线对比图
表3.2-2 车站基坑涌水量预测表
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注：表中L车站长度、B基坑宽度依据设计提供的车站设计图纸的尺寸，附属结构未考虑；渗透系数值及影响半径根据前期降水试验得出。
3.3单井出水量计算
根据施工经验和现场的降水效果，观测井井管直径为38mm，沉淀管长度为1m，滤水管长度为8m，剩余部分长为井壁管。
3.3.1单井最大允许出水量
q=102Dl×
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式中，D为井管外径;L为漏管长度，l=8m；K为渗透系数，k=0.93m/d。
计算q=1060m3/d。
3.3.2抽水试验得出的单井出水量
根据前期8口试验降水井的抽水试验及水位恢复试验，对其中五口的抽水量做了统计，抽水量变化如图3-1所示，数据统计表如下：
表3.3-1抽水井出水量统计表
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综上，四个抽水井在同一层位中设置了相同长度的过滤器，单井出水量略有差异，单井稳定出水量约3.8～6.2m3/h，约91～149m3/d，得出q=120m3/d，小于允许的单井出水量，因此取q=120m3/d。
3.3.3井点数量的确定
井点数量的确定公式为：
n=1.1×Q/q
式中，n为降水井数量；Q为车站涌水量8342m3/d；q为单井稳定出水量120m3/d；
所需降水井数量为：n=1.1×Q/q=76。
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图3-1抽水试验持续抽水期间出水量随时间变化曲线
3.3降水井结构
施工降水井按照功能划分主要分两种类型：水位观测井、抽水降水井，具体结构详见下表3.3-1及图3.3-1所示，降水井回填材料见表.3-2。
表3.3-1降水井结构列表
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图3.3-1降水井结构示意图
表3.3-2降水井材料使用列表
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施工降水井有3口作为观测井，用于在降水井运行管理阶段对周边水位进行动态监测，通过观测井的水位标高，基本可以客观反映周边区域的水位标高，观测井井底标高在隧道底板以下1m，当观测井内水位降至最低时，则可以说明附近施工区域水位降低至隧道底板以下，水位未超出预警线，因水位观测存在一定的外界客观因素的干扰，故3口观测井应均匀分布于施工场地，便于对不同的施工区域进行水位观测。
4降水井施工工艺及技术要求
青秀山站管井施工采用旋挖钻机钻进成孔，气体反循环法洗井进行施工。
4.1工艺流程
井点测量定位——钻机就位——钻进——安放护筒——钻进成孔——清孔——下放井管——绿豆沙回填——气体反循环二次洗井——黏土回填——安泵试抽。
4.2关键技术要求
（1）成孔：整孔采用一径到底，钻进过程注意观测返浆，记录地层情况，钻到设计孔深后，一般需超钻50cm左右，成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.10～1.15，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。
（2）清孔：成孔清孔（第一次洗井），当钻孔钻至含水层顶板位置时即开始加清水调浆。钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，进行冲孔，清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至接近1.05，孔底沉淤小于30cm，返出的泥浆内不含泥为止。
（3）井管下放：滤水管外侧采用60～80目密目网绑扎密实，井管宜下放至孔内的中心位置，保证井管周围滤料厚度均匀。
（4）滤料回填：绿豆砂选用粒径3mm左右的中粗砂，且含泥量应小于1.5%，填滤料工序也应连续进行，不得中途终止，直至滤料下入预定位置为止。最终滤料回填高度应至少超过滤水管与井壁管交界处4m。
（5）洗井：压缩空气法洗井，其原理是压缩空气流经进气管通到排水管的下部，此时排水管中的流体状态变成气液相状态，它的密度比排水管外的泥水混合物密度要小，这样就使得管内外产生一定的压力差，泥水混合物由压力高的地方流向压力低的地方，进入排水管，此时经过混合作用成为气、水、土三相混合物，三相混合体因为掺气量因素使得其密度降低，三相混合物持续地被带出井外面，滤料中的泥土成分逐渐减少，当含泥量、含砂率低于0.1%时，结束二次洗井过程。
（6）黏土回填：二次洗井结束后，应尽快回填黏土，防止塌孔，黏土应选用含沙量较少的粘性土回填密实。
（7）安泵试抽：黏土回填后，及时下泵醒井试抽，避免因黏土回填过程中，部分泥土和孔内细沙进入井管板结成块，影响降水效果。
5结束语
本工程降水方案设计及施工工艺研究，充分考虑现场的施工环境、工程地质条件和应用新技术成果及现有的技术水平、施工经验等情况，在进行降水施工前，进行了试验降水井的施工和抽水试验论证，总结和分析试验数据，为本工程特殊的地质条件下的降水井施工提供了数据支持和理论依据，降水施工取得了良好的效果，保证了基坑、暗挖隧道的顺利开挖，降低了工程成本和施工风险，保证了施工的顺利进行。
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