地铁车站深基坑降水回灌关键技术

焦念辉

（中铁十局集团第一工程有限公司，山东济南250000）

0 引言

在深基坑施工中，基坑内降水与基坑外回灌是矛盾的，因此，必须合理选择降水回灌方案，在保证基坑施工安全的前提下增强回灌施工效果，保护地下水资源，同时减少由于地下水位下降造成的地面不均匀沉降甚至塌陷，避免地下水回灌可能引发的基坑涌水、渗流破坏，防止基坑失稳。

1 工程概况

某地下车站位于济南市槐荫区齐鲁大道上，处于聊城路与青岛路之间，沿齐鲁大道南北向设置。车站为地下两层，采用明挖法施工。

本站基坑总体长度为359.6m，基坑开挖深度为16.51m，端头井段开挖深度为17.76m。围护桩采用φ1000钻孔灌注桩；四周设置封闭的止水帷幕，止水帷幕采用φ0.8m三管高压旋喷桩的形式，止水帷幕底标高为基坑底以下2.5m。

车站地层自上而下依次为杂填土、黄土、粉质粘土、粘土层、细砂层、粉质粘土层。车站范围内地下水水位高，补给速度快。其地层中主要存在两层地下水，分别为第四系松散层孔隙潜水和承压水。潜水层埋深于地下5~8m，承压水主要富含于细砂层、粉质粘土层，埋深约6~8m。

车站底板设置于粉质粘土层，低于承压水地下水位。

2 工艺原理

首先进行基坑围护桩以及基坑周边止水帷幕施工，通过止水帷幕降低基坑内外侧水力联系。在止水帷幕封闭后，通过抽水试验和回灌试验确定在有止水帷幕条件下的降水与回灌施工所需的相关参数，包括综合地层渗透系数、降水影响半径等，估算基坑日涌水量、单井出水量、单井回灌量，确定所需的降水井、回灌井数量。

同时，对基坑开挖及回灌施工的全过程进行监控，掌握抽水量、回灌量，监控基坑内外水位变化，控制地下水水位相对稳定，减少地表沉降，监视基坑的稳定，保证整个车站施工的顺利进行。

3 施工工艺流程及施工要点

3.1 施工工艺流程

施工准备→施工基坑支护结构以及止水帷幕→施工降水及回灌试验井→抽水试验及会馆实验→施工正式降水井、回灌井→基坑降水以及回灌施工→监控量测→车站基坑开挖以及结构施工

3.2 降水与回灌施工要点

3.2.1 降水试验井施工

止水帷幕封闭后，在基坑两端及中部打设三眼抽水试验井，分别进行单井抽水和群井抽水，纪录抽水参数。

降水井井深度根据需要降水的深度、含水层的位置与分布、过滤器管材以及现场施工环境等因素综合而定。本工程中，依据经验，试验降水井的井底标高低于基坑底标高10m。

通过降水试验井抽水试验及数据分析，掌握在有止水帷幕条件下的地层的综合渗透系数、降水影响半径等重要参数。

3.2.2 基坑总涌水量估算

在本工程中，由于济南地区粉质黏土层固有特点，在长期受下层承压水竖向补给下，粉质黏土层存在天然裂隙，竖向补给速度超过水平补给。基坑止水帷幕隔断了上部潜水含水层，但是粉质黏土层存在的天然裂隙，使下部深层地下水通过裂隙向上补给，故可认为止水帷幕没有完全隔断含水层。结合基坑止水帷幕形式、地下水类型、补给条件、降水井的完整性等因素，采用《建筑基坑支护技术规程（JGJ 120—2012）》中（E.0.2公式）对基坑降水总涌水量进行计算：

式中：Q-估算基坑降水总量（m3/d）；K-渗透系数（m/d），通过前述抽水试验求的，并与勘察报告给出的各含水层渗透系数加权平均取得的综合渗透系数相互验证，本基坑取30m/d；H0-含水层厚度，m，含水层厚度取基坑底部以下全部粉质粘土厚度；SW=工程施工需要的水位降深，m，取地下水初始水位至基坑底下1.0m之差；R-降水影响半径，通过前述抽水试验求的；r0-降水井分布范围的等效半径其中，A可近似认为为基坑总面积。

经计算求得：

基坑涌水量为Q=27181m3/d。

3.2.3 降水井的设置

降水井深度综合考虑工程施工需要的水位降深、水力坡度线影响、降水期间的水位变幅影响、施工期间沉沙厚度等综合确定。本项目中，参照工程以往经验，降水井深度较基坑底标高深10m。

单井涌水量按《建筑基坑支护技术规程（JBJ 120—2012）》式7.3.16计算：

式中：q-单井出水能力（m3/d）；rs-过滤器半径，m；l-过滤器进水部分的长度，m；k-地层综合渗透系数（m/d）。

实际运用中，考虑到成井质量、止水帷幕的挡水作用、群井抽水综合效应，单井出水量可以取计算值的80%。本项目经计算取1010m3/d。

在确定完基坑总涌水量及单晶出数量后，降水井数量采用涌水量法进行估算，并考虑10%的备用井进行布置，基坑共布设降水井30眼。

3.2.4 回灌井试验施工

基坑地下水控制采用基坑外侧管井回灌，确保基坑外部水位稳定。回灌井设置在基坑外侧，为避免加压回灌对于基坑围护结构以及基坑自身的不利影响，回灌井距离应尽量远离基坑。

回灌井施工前，先施工回灌试验井，回灌试验井可通过深度的不同来确认最佳回灌目标底层，通过调节回灌压力确认回灌井能承受的最大压力。考虑到基坑降水来源主要为下部地下水的竖向补给，地下水的流失也主要为下部地层的地下水，因此回灌目的层初步确认为下部承压含水层，针对该层设置回灌井。

根据单井回灌量与估算的基坑日涌水量，确定回灌井的数量，使回灌率符合要求。基坑回灌以常压回灌为主，必要时采用加压回灌。

单井回灌量参考《建筑与市政工程地下水控制技术规范（JGJ 111—2016）》公式7.2.4-2进行计算：

式中：q-单井回灌量（m3/d）；k-渗透系数（m/d）；R-影响半径，m；rw-回灌井半径，m；ho-井内回灌动水位，m；Ho-自然状态下含水层底板至井内水位高度，m；M-承压含水层厚度，m。

滤水管的位置根据承压含水层地层起伏情况进行精细化设置。回灌过程中采用全程监控，并根据回灌效果及时对回灌井数量、压力等进行调整，做到动态施工。本工程共设置常压回灌井24眼，加压回灌井6眼（依据现场条件，加压回灌井距离基坑边约30m）。

3.2.5 降水回灌控制措施

依据抽灌平衡的原则，及时调整回灌水量。防止回灌导致坑外水位大幅抬升，以至超过初始水位，回灌水量过大从而渗入基坑内，对基坑降水造成不利影响。

回灌过程中，每天采集回灌井周边水位观测井变化情况，准确及时记录回灌水量，基坑抽水量，定期对记录数据进行分析整理，及时掌握回灌运行情况，根据需要做出适当调整。

此外加强回灌区域地表沉降监测，加强对建筑物及周边管线的沉降监测，监测数据及时反馈给降水部门，降水部门结合基坑周边环境变化情况，针对不利情况的出现及时调整基坑降水与地下水回灌。

一般情况下，基坑回灌采用常回头自动控制回灌装置，即确保回灌井内水头始终处于初始水位位置，一旦地下水位下降，自动回灌装置便立刻启动，对其进行回灌补水，确保水头稳定。同时结合基坑周边观测井水位变化，如水头补偿不能满足要求时，可以考虑抬高回灌控制水头，如还不能满足要求，则需要考虑是否再用加压回灌。

4 工程结果评价

本项目施工中贯彻动态施工理念，将基坑内降水与基坑外回灌联系在一起，通过现场测量基坑止水帷幕施工完成后实际的土的渗透系数、降水影响半径，取得切合实际的降水井施工参数，保证基坑降水的效果。

地下水回灌技术通过回灌补源、恢复水位，借助回灌井方案极大程度上保护地下水资源，减少施工期间地下水位的扰动。为类似工程的施工提供了可借鉴的经验。