中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
摘要：随着我国经济的持续快速发展，全国各地的工程建设如火如荼，呈现出欣欣向荣的景象。在各种工程建设中，特别是地铁、高层建筑物等的建设，涌现出越来越多的基坑工程。基坑开挖的安全性已成为目前研究的重点，对于城市区域的深、大基坑而言，基坑降排水已成为必不可少的施工措施之一。本文结合西安市地铁二号线北延段深基坑施工，结合一系列降水的设计及施工等，简要阐述了深厚砂层中深基坑降水的技术，对今后类似工程有一定的参考意义。
关键词：地铁；深基坑；降水；深厚砂层
在城市地下轨道建设工程中，地下环境千差万别，水文地质、工程地质参数相差较大，这对于地铁深基坑施工是一个极大的考验，尤其在深厚砂层环境下进行地铁明挖修建。分析历年的深基坑安全事故，基坑漏水、管涌及基底突涌是导致基坑发生安全事故的主要原因之一，这就要求我们对基坑降排水技术不断地进行改进和改革。根据工程实际制定合理的降水设计方案对确保基坑开挖的经济性与安全性至关重要。
针对强透水砂性土层的工程地质及水文地质条件，结合西安市地铁二号线北延段明挖基坑降水设计及施工经验，本文对深厚砂层中深基坑降水技术进行了研究阐述，为今后的类似工程提供可借鉴的经验。
1 项目概况
西安市地铁二号线一期工程北起北客站，南至韦曲南站，目前已全线通车；本次工程为西安市地铁二号线二期工程，分为北延伸段及南延伸段，其中北延伸段范围为北客站至草滩北华山分厂，线路南起草滩北站，沿尚稷路敷设至正阳大道站，下穿地铁公司车辆基地至一期工程起点北客站。北延段路线总长3.529km，全线为地下线，北起草滩北站，南至北客站，全线包含两站三区间，设草滩北站、正阳大道站两座车站。
2 工程地质与水文地质
2.1 地层岩性特征
工程场地地形起伏较小，地面高程介于365.902~374.703，地貌单元属于渭河高漫滩区。地质分层按照地层年代、地层成因、地层工程特性，从上到下依次为第四系全新统人工填土（杂填土、素填土）、粉土、细砂、中砂、粗砂、粉质黏土、中砂、砾砂，局部有粉砂夹层。
2.2 水文地质特征
根据钻探揭露的信息，场地地下水属冲积层孔隙潜水，潜水含水层为冲积砂土，富水性极强，下部的隔水层多不连续且不完整，地下水相互渗透，承压水发育的水文条件并不完全具备。孔内量测的潜水稳定水位埋深5.8~14.0m，标高357.902~363.268m，高差5.366m。潜水的补给主要为大气降水入渗、灌溉水入渗、渠道渗漏的侧向补给等，拟建区间的潜水水位年变幅1.35~2.80m，一般年内5月至8月为枯水期，地下水埋深较大，11月至次年2月为丰水期，地下水埋深较小，上升期略滞后降水的季节。
2.3 水文地质参数确定
本工程位于渭河高漫滩且工程地质层差别不大，勘察阶段在具有较好的水文代表性的位置进行了现场抽水试验。抽水试验抽水孔及观测孔采用L型布置，单线上1抽2观，抽水孔及观测孔深度均为40m，管径300mm。抽水试验场地地表33m以下存在灰黑色的粉质黏土层，为相对隔水层，模型采用潜水完整井进行抽水试验。本次试验共完成3次单井综合降深、3次降深对应的抽水井涌水量、抽水井及观测孔降深、影响半径、综合渗透系数范围值。
根据现场抽水试验及《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB 50307-2012）条文说明10.3.5表7，并结合地区相关经验，最终综合确定地层渗透系数及混合渗透系数k=32.13。
3 降水方案设计
3.1 设计参数
1）k：渗透系数，根据现场抽水试验及地区相关经验，综合渗透系数k=32.13m/d
2）R：影响半径，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）7.3.11：
另外，考虑到西安地区的经验R值为250m~300m，最终确定影响半径为300m。
6）q：单井出水量，本次设计单井出水量按480m3/d计算
3.2 设计计算
1）基坑涌水量计算
3）降水井间距确定
降水井距离基坑边距离为2m，按每15m一个井布置时，共布置29口降水井，基坑两侧各布置2口观测井，实际布置详见下图2所示。
4）降水井井深确定
Hw =Hw1+ Hw2+ Hw3+ Hw4+ Hw5+ Hw6
式中：Hw ——降水井深度（m）；Hw1——基坑深度（m）；Hw2——降水水位距离基坑底要求的深度（m）；Hw3——ir0；i水力坡度1/10---1/15，r0降水井排间距的或大井概化半径的1/2（m）；Hw4——降水期间地下水位变幅（m）；Hw5——降水井过滤器工作长度（m）；Hw6-——沉砂管长度（m）经计算，降水井井深最终确定为28m。
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图2 降水井平面布置图
3.3 降水井结构设计
降水井裸孔直径800mm，井管选用φ500无砂砼滤水管，滤水管外采用尼龙滤网及土工布两层包滤，井底采用预制混凝土底座封闭，并填入0.5m厚砾石。降水井井管采用托盘式下管法，井管与孔壁之间用砾料充填，粒径2~3mm。管井结构详见下图3。
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图3 管井结构图
4 降水井施工及注意事项
4.1 降水井施工
降水管径施工前首先进行人工探井作业，探井深度不小于3.0m，3.0m以下采用洛阳铲探明地下障碍，确保顺利成孔。降水井成井施工根据土建进度进行，土建开挖前20~25天应启动降水运行，确保开挖前地下水位位于设计水位标高。成井采用反循环回转钻进工艺，过程中孔壁稳定，未因孔壁坍塌对基坑及周边环境造成次生灾害。井管下入至设计标高后进行砾料填充，填充完成后采用排污泵洗井，洗井结束后，含砂量不得大于万分之一。
井口封填采用封闭效果较好的黏土材料，确保下入井管后2h内进行洗井，防止因泥浆板结影响洗井效果。
4.2 施工过程维护
基坑降水工程开始施工后，是较长时间的维持降水阶段，整个工程需延续到主体结构施工完毕后才可结束，降排水的围护与动态观测是该阶段的工作重点。
施工过程中安排专人按时对降排水系统进行巡视，观察系统运行情况，及时发现和处理运行过程中出现的故障和隐患，且注意对井口的防护、检查，防止杂物、行人等掉入井内。
施工现场发生停电等状况时，应及时更换电源，应急发电机组定期进行检查，随时处于准备发电的状态，尽量缩短因断电而引起的抽水停止时间，避免地下水位上涨造成基坑内涌水涌砂，从而带来的一系列不可挽回的后果。
本次施工过程中，对周边环境及地下水进行了动态监测，未发生异常，基坑开挖过程中基坑侧壁保持稳固，未发生边坡失稳和坑壁坍塌的现象，同时从始至终保证了基坑底部干燥的施工环境，未对施工造成不良影响，目前该段部分结构已顺利进行封顶。
5 结语
本文以西安市地铁二号线一期北延段草滩北站~正阳大道站区间明挖段基坑为例，着重研究了深厚砂层地层中深基坑降水设计与施工技术，主要结论如下：
1）在进行降水设计前必须详细研究施工场地内的工程地质与水文地质情况，经抽水试验确定渗透系数等参数，经理论计算进一步确定降水井的结构形式、平面布置等。此类深基坑围护结构多为围护桩，可在桩基钻孔施工过程中做好记录，确定各层土壤类型，分层厚度及分层位置，确定地下水位置，复核实际地质与地勘提供资料是否相吻合，及时调整相应降水设计参数，保证达到预期的设计效果。
2）降水井的施工质量直接决定降水效果。由于本基坑位于深厚砂层中，因此考虑采用无砂砼管，井管外形圆直、博厚均匀，表面无残缺，滤水部分孔隙应均匀，不得有泥浆糊孔现象。对无砂砼管应做井管渗透试验，要求渗透率大于10%~15%为宜。
本文在解决刺裂深厚砂层深基坑工程降水问题的基础上，为其他的相似工程提供了解决策略，具有一定的参考意义。
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