西安地铁二号线北苑站降水技术研究

张坚

摘要:结合西安地铁二号线北苑站工程地质及水文地质条件，对该车站深基坑施工进行了降水设计，并根据降水施工过程中降水水相关数据对降水方案进行了优化，优化后的降水效果达到了预期降水要求，为西安地铁及深基坑工程在类似条件下的降水设计及施工积累了经验。

关键词：地铁 基坑 降水设计 计算分析

Abstract Combined with engineering geology and hydrology geology conditions of Beiyuan station of Xian Subway Line 2, dewatering has been designed in the construction of deep foundation pit of this station. On the bases of the correlative data during the dewatering courses, dewatering method has been optimized and prospective dewatering demand has been achieved, experience has been accumulated for design and construction of dewatering under similar condations Xian Subway and some other deep foundation pit projects.

KeywordsSubwayFoundation PitDewatering Design Calculation and Analysis

中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：

1、 概述

地铁车站施工过程中，地下水对基坑的整体稳定、坑底隆起稳定、基坑管涌、流砂以及承压水对基坑底部突涌都将产生一定的影响。地铁车站降排水就是在基坑开挖和基坑施工过程中采用集水明排、降水、截水、回灌等方法控制地下水对基坑的渗透变形和渗透破坏，在可控范围内使地下水对周边环境影响控制在允许范围内，避免造成破坏性后果。车站基坑降水目的是通过降水施工与车站主体支护体系共同作用，确保深基坑工程的稳定与安全，确保基坑干槽作业和后续工作的正常进行。降水技术主要包括降排水方案设计、降水施工组织管理、降水监测方案制定和实施等。

2、 北苑站施工条件

该车站位于北绕城高速南侧，车站范围现为农田，车站周边无建筑物，现场范围内无相关管线。

2.1 地形地貌

西安市位于关中平原中部渭河南岸，地形平缓开阔。北苑车站场地地貌单元为渭河一级阶地，地形平坦，现为农田，地面标高374.27～375.37，高差1.2m。

2.2 地层岩性特征

场地地层自上而下划分为9个工程地质层：○1杂填土（Q4ml）：杂色，松散，以建筑垃圾为主，含少量粘性土，厚度变化不大。○2素填土（Q4ml）：以褐黄、黄褐色为主，主要成分为粘性土加少量碎砖渣、植物根系等，松散～稍密。岩性不均。局部地段为杂填土和建筑垃圾。本层厚度1.2～2.9m,层底深度1.2～2.9m,层底高程374.61～372.66m。○3黄土状土（Q4al）：褐黄色，稍湿，可塑。针状孔及虫孔状发育，有铁锰质及钙质条纹，含蜗牛壳，云母片等，局部加有中砂薄层。本层厚度4.9～6.7m,层底深度6.3～8.6m,层底高程369.51～366.87m。○4粉质粘土（Q4al）：灰色，可塑。针孔状发育，含铁锰质，云母片等，本层分布不稳定，局部地段缺失，一般厚度0～3.2m,局部地段渐变为粉土或粉砂,层底高程366.84～364.68m。○5粉细砂（Q4al）：灰色，潮湿—饱和，密实。主要矿物成份为石英、长石、云母及少量暗色矿物。本层分布不连续，多以透镜状存在，厚度0.3～3.0m不等。○6中砂（Q4al）：灰色，砂质纯净，密实，饱和，主要成分为石英、长石、云母等。局部地段为粉细砂或粗砂。本层厚度2.0～4.8m,层底深度11.80～15.40m,层底高程363.54～359.88m。○7粗砂（Q4al）：灰色，密实，饱和。砂质纯净，级配较好，主要成份为石英、长石、云母及暗色矿物，含少量砾石或圆砾，局部地段渐变为砾砂或圆砾。本层厚度8.6～14.6m,层底深度22.0～25.0m，层底高程348.94～353.83m。○8粉质粘土（Q3al）：灰色，可塑。针孔状发育，含铁锰质，云母片，土质均匀。该层分布不稳定，厚度变化大，局部地段缺失，在本场地分布厚度0.00～6.70m。○9中砂（Q3al）:灰色，密实，砂质纯净，主要成分为石英、长石、云母及暗色物质。含少量砾石或圆砾，局部地段为粗砂或细砂。最大厚度14.00m,高程335.81m。

2.3 地下水位、地下水类型及含水层分布

钻孔测得地下水位埋深10.80～11.80m,地下水位高程364.02～364.62m。同期在周围民井测得地下水埋深11.29～11.40m,相应高程365.53～365.02m。实测民用井水位可视为本车站的真实水位。

场地地下水按其埋藏条件划分属第四系孔隙潜水,主要含水层为第四系冲积砂层。含水层厚度40～80m。其中含水层中的粉质粘土层形成了相对的隔水层。

车站场地潜水含水层的补给主要来自大气降水渗透、农田灌溉的入渗以及侧向径流的补给。

2.4 地下水补给径流与排泄方式

地下水的径流方向与区域内总体地形趋势一致，由南向北。地下水最大流速9.6m/d,平均流速5.64m/d。地下水的排泄方式主要有侧向径流、人工开采、自然蒸发等形式。

3、降水方案研究

3.1 基坑降水特点

车站基坑深度大，砂层厚度大，水位降深大，基坑范围内地表下8-10m开始直至基坑底(基坑底标高359.87)以下6-9米均为砂层，且地下水位在地表以下10.8m,坑内水位需降至坑底1m以下，需降低8-10m。

3.2 设计参数的选取

自然地面以下地下水静止水位： 10.85m；管井设计半径：rw=d/2=0.25m；含水层厚度： H=18m；地下水渗透系数：K=55m/d；基坑全长176.2m、宽度18.5m；降水控制面积为：176.2×19.5＝3435.9㎡；基坑中心安全水位降深：

364.62-（358.87-1.5）＝7.25m;水位降深：S0=10m。

3.3 降水计算

○1抽水影响半径R：R=2s =2×10 =629.3m；

○2基坑等效半径r0：

r0=0.29×（a＋b）＝0.29×（176.2+18.5）=56.463m；

○3基坑涌水量Q：按照面状基坑无压完整井涌水量计算公式计算如下：

○4单井出水能力q：

单井出水量按600 m3/d考虑。

○5管井数量N：

N=1.1Q/q=1.1×18013.5/600=33.02；降水井数量按34口设计。

3.4 降水井结构设计与平面布设

根据计算结果及基坑周边条件，设计井深20米，平均井距13.2 米，降水井距基坑边距离为：东侧2.5米，西侧5.5米.布井时，靠南侧各井距缩短为12米，在基坑南侧距坑边5.5米、基坑南北轴线位置交汇点布设一口降水井。剩余井位延基坑周边平均分布。降水井裸孔直径600mm，井管选用Φ500mm无砂砼滤水管。滤层选用泾河级配豆石。砼井管接缝处采用两层宽度30cm的塑料编织布缠绕，并用14#铁丝绑扎4道，以防漏沙。

排水总管布设于基坑顶部距坑边1.5m外，管径为Φ500mm，管材选用钢管。排水总管向出水方向按照2-3‰设置坡度。

4、降水结果分析

经过对各降水井的出水量及降水深度监测，可知按照上述降水方案设计的出水量及布井数量是可以满足该基坑降水要求的，下面以1号井为例对降水情况进行分析。

1号井位于基坑东北角，地下潜水流向为东南向西北，故该井位于基坑迎水面上，降水速率相对较低，具有一定的代表性。

从2008年6月3日使用一台25方/小时，扬程26m的潜水泵开始试抽水，试抽水持续五天，根据抽水管上安装的水表显示，每天该井日均出水量为455m3，至6月7日结束，该井初始水位为地表以下11.2m，累计降水深度如表1及图1所示：

表11号井试抽水阶段降深分布表

从表1及图1中可以看出，1号井在试抽水阶段对该井的降水是明显的，故暂不需要加大出水量，根据降水井降深监测效果，再对降水方案进行优化调整。

图11号井试抽水阶段降深分布趋势图

6月8日开始正式抽水，持续 7天至6月14日，累计降深如表2及图2所示：

表21号井第6-12天抽水降深分布表

图21号井第1-12天降深分布趋势图

从表2及图2可以看出，随着1号井水位的不断降低，仅以现有出水量对于该井来说已趋于降水平衡，需再次加大该井抽水量，以确保能够将该井的水位降至设计水位以下，从而保证基坑下水位达到设计水位，在1号井中增减下一台40方/小时的泵同时抽水，经对抽水流量进行监测，测得该井日均出水量为1032方，小于该井的最大出水量。

从6月14日加泵开始抽水后至6月21日的累计降水情况如表3及图3所示：

表31号井第13-19天抽水降深分布表

图31号井第1-19天降深分布趋势图

从表3及图3可以看出，在增加1台40方/日潜水泵抽水后，降水效果非常理想，仅仅一周时间降深从3.86m达到8.72m，打破了之前已趋于平衡的降水情况，提高了降水效率，为下一步基坑开挖创造了有利条件。

5、 结论

（1）管井井点降水的方法对于西安地铁二号线北苑站砂层中潜水的疏干效果是非常明显的。

（2）由于该施工场地附近无高大建筑物及地下管线，故无需进行相关建构筑物的变形监测，可适当加大降水速率。

（3）基坑开挖表明，降水效果良好；基坑降水工程的设计，要在掌握施工场地水文地质条件、分析现有资料、做好设计前调研的基础上，合理设计与优选水文地质参数，确定优化的降水方案；在降水井施工中，要不断收集、积累成井资料，依现场实际条件解决工程中所出现的问题。在降水过程中，需根据降水监测情况，及时加泵，实现动态降水，在满足单井最大出水能力的前提下，增大单井出水量，以便达到较快降水的目的。

（4）初步设计由于渗透系数的取值往往是经验数据，工程实施要根据抽水试验结果对原初步设计方案进行调整，努力达到最优化。

（5）基坑开挖过程中，防止侧壁滞留水和由此引起的流失，防止由此引起的边坡变形。

（6）对于基坑周边有重要建构筑物及相应管线的情况，应在降水的同时加强周边情况的监测，控制好降水的速率，必要时应采取回灌措施，确保将周边建构筑物及管线沉降控制在预警值范围以内。

参考文献：

【1】 姚天强 石振华主编，《基坑降水手册》，北京：中国建筑出版社 2006

【2】 陈崇希，《地下水不稳定井流计算方法》，北京：地质出版社 1983

【3】 吴林高等主编，《渗流力学》，上海：上海科学技术文献出版社，1996

【4】 龚晓南，《深基坑工程设计施工手册》，北京：中国建筑工业出版社，1998

【5】 黄强，《建筑基坑支护技术规程应用手册》，北京：中国建筑工业出版社，1999

【6】 中交第一公路勘察设计院，《麻家什字站（主体工程）岩土工程勘察报告》，2007

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。