浅析富水砂层中的深基坑降水技术

摘要：随着我国经济的快速发展，各地区工程建设越来越频繁，在富水砂层中通过明挖的方法进行地铁修建，对于地下水的处理非常重要。本文结合南昌地铁深基坑施工，结合一系列降水的试验、深化设计及实施等，简要阐述了富水砂层深基坑降水设计技术。

关键词：富水厚砂层；深基坑；降水

中图分类号：TV551.4+1 文献标识码：A

介于城市地下轨道所面临的地下环境各不相同，水文地质差异较大，由此也给地铁深基坑施工带来不小的挑战。特别是对于富水砂层中进行地铁的修建，地下水处理自然更是重难点。降水作为最好的方法，一方面能够有效地维护基坑边坡与坑壁土体稳固，另一方面还能保持基坑底部的干燥，为施工创造理想的环境。

一、工程概况

1、工程地理环境

南昌地铁某站位于某河流以东约800m，沿顺平辅线东西向设置，主体结构长度258.2m，宽22.3m，站西端设置盾构井及站前渡线，站东设站后明挖区间，同槽明挖法施工，采用钻孔桩桩加钢管内支撑支护。

2、水文地质条件

地下砂层深厚且均匀分布，地下赋存潜水层与河流有直接水力联系，地层渗透系数高、补给迅速，为典型富水深厚砂层。场区地质水文情况见图1，地下水特征见表1。

图1工程地质水文概化断面图

表1场区地下水特征表

二、确定水文地质参数

1、确定抽水试验

勘探场地深为赋存细中砂②2层、圆砾②5层的潜水及赋存于粉细砂⑦2层、⑦层及粉细砂⑨2层的承压水(层间水)，影响基坑开挖的是潜水，所以本次对潜水含水层作抽水试验。本次抽水试验实施1组多孔抽水试验，布设抽水井1眼、观测井6眼，井位沿东西向布置，为试验河流对降水补给影响，观测井在抽水井两侧对称设置。为避开抽水时三维流对观测孔的影响，距抽水孔较近的观测井与抽水井的距离为6m；为保证每个观测孔内都有一定的水位下降值，距抽水孔较远的观测孔不宜太远，设计距离为16m；另外，在距抽水井40m的地方布置了一个观测孔。抽水试验井布置见图2。

图2试验井布里平面图

2、要求

l)试验井严格按照管井施工技术要求施工，确保成井及洗井质量。

2)单井抽水试验共进行三个降深及恢复水位的观测。每次降深都要抽至稳定并延续8h。试验泵量选择依据单井出水量计算

式中：Q为涌水量，m，/d；K为渗透系数，耐d；H为潜水含水层厚度，m；R为抽水影响半径，m；s为设计降水深度，m；r为引用半径。

计算结果见表2。

表2预估单井出水量计算表

依据计算结果，抽降过程是首先选用不小于70m3/h的深水泵进行最大降深，其次是50m3/h，最后是30m3/h。每次降深都要抽至稳定并延续8h。

3、准备

l)试验仪器。抽水设备：选用30，50，70m3/h的3种泵型分别完成三个降深的抽降。流量计：水表两块或电磁流量计1台，型号满足3种泵型的流量要求。

水位计：电磁水位计7套。

2)试验管井施工。采用反循环钻机成孔，人工下管、填滤料，试验井参数见表3。

表3试验井参数表

3)安排好排水管道，并连接好流量计。

4)准备好水位计及测井口标高。

4、抽水试验

洗井、试抽和试验设备安装完毕后进行抽水前的稳定水位观测，当经24h观测结果变化幅度2cm，且无连续升降时认为稳定。正式抽水前，要检查电源、水泵完好，排水途径畅通，校正测线，人员及设备到位，统一时间起点。抽水观测。在主孔抽水开始的同一时间采集水位，时间间隔按抽水开始后第1，2，3，4，6，8，9，10，15，20，25，30，40，50，60，80，100，120min进行，以后每隔lh采集l次，同时记录每次采集水位的时间，抽水孔的水位应与观测孔水位同时采集；抽水水量观测。采用流量表读数。实验前记录流量初始读数，从第30min开始记录流量，观测次数与地下水位观测同步。在整个抽水试验的过程中，抽水井的出水量应保持常量；抽水稳定判定。抽水试验的出水量口，应保持常量，如有变化，其允许波动率应小于3%。抽水试验稳定水位判定，主抽水井水位波动主孔超不过3cm，最远观测孔波动小于1cm；采集精度。出水量采用水表或电磁流量计量，应读到小数点后两位；水位的观测，抽水孔的水位测量应读到cm，观测孔的水位测量应读到mm。停止抽水后水位自然恢复，此时水位观测尤为重要，在抽水停止的同一瞬间测定恢复水位，观测频率按抽水时一样直到稳定为止。稳定标准以最后观测至水位lh内上升不得超过1cm可视为静止。试验前，把观测孔，抽水孔的具体坐标及标高落实下来，便于科学计算。记录表要制定好，观测员要签名负责。电子数据及时存盘。现场绘制了抽水井的Q一S关系曲线、q一S关系曲线、S一t时间关系曲线，Q一t时间关系曲线见图3。

图3抽水井Q一S、q一S、S一z、Q一t曲线图

根据野外抽水试验观测记录，整理抽水试验成果统计见表4。

表4抽水试验成果统计表

5、水文地质参数计算

根据地质资料，抽水试验场区含水层岩性较均匀，厚度较稳定，地下水运动为层流，符合裘布依方程的使用条件。根据Q一S关系曲线图，曲线呈典型的潜水曲线类型，计算采用了潜水稳定流完整井公式，由于井损及水位波动较大，故采用观测井水位降深公式计算渗透系数K及影响半径R。

l)渗透系数K

参数计算采用了稳定流完整井公式，公式选择以GB50027一001《供水水文地质勘察规范》及《水文地质手册》为依据，其中潜水含水层渗透系数计算公式为：

式中：H为潜水含水层厚度，m；s为观测井降深值，m；r为观测井与抽水井距离，m；Q为抽水井出水量，m，/d。

2)影响半径R

潜水含水层影响半径计算公式为：

式中：H为潜水含水层厚度，m；s为抽水井降深值，m；K为渗透系数，而d。

依据现场抽水试验结果，利用上述公式计算出不同落程含水层影响半径。计算结果见表5。

表5水文地质参数计算统计表

6、试验结论

本次试验潜水含水层，岩性以新近沉积的细中砂②2层、圆砾②5层，为主，潜水含水层平均厚度11.800m，层底标高12.10-5.77m，水位标高24.87m，根据抽水试验结果，该层潜水渗透系数为130-262m/d，影响半径为924-1307m，单位涌水量2.27-2.73L/s.m。

三、降水设计方案

1、基坑涌水量计算

以站前渡线段为例计算。计算抽水影响半径，潜水影响半径采用下式：

式中：R为影响半径，m；S为水位降深，m；H为潜水含水层厚度，m；K为渗透系数，m/d。

基坑涌水量采用潜水完整井计算公式：

式中：口为基坑涌水量，m，/d；K为渗透系数，m/d，由试验结果得出砂卵层渗透系数为190m/d；H为潜水含水层厚度，m，细中砂和圆砾卵石含水层厚度分别为8.0m和3.8m；R为抽水影响半径，m；s为设计降水深度，m。r0=0.29(a+b)=0.29x(70.56+22.65)=27.03m。

根据基坑形状，按矩形计算。

地铁站渡线段基坑涌水量计算考虑水位变幅2m，结果见表6。

表6涌水量计算表

四、降水施工及降水效果

降水管井施工采用反循环回转钻进工艺，成井过程中孔壁稳定，未因孔壁坍塌对基坑及周围环境造成次生灾害。降水井采用过滤器的孔隙率满足规范要求，并保证孔隙均匀，外包2层80目尼龙网增加透水效果，包网均匀牢固。井口封填采用封闭效果好的粘土材料，能够确保下入井管后2h内洗井，防止因泥浆板结影响洗井效果。降水周期较长，过程中能够保持连续抽水，施工过程中抽水未发生中断，并对对周边环境及地下水进行动态监测，未发生异常。基坑开挖过程中边坡和坑壁保持稳固，未发生边坡失稳和坑壁坍塌的现象；同时满足了基坑底部干燥的施工环境，未对施工造成影响。

五、结论

经抽水试验及理论计算最终来确定水文地质参数，严格按设计及规范施工。同时，本文在解决此类富水砂层深基坑工程降水问题基础上，为其他的相类似工程提供了解决策略，供同行共鉴。

参考文献：

[1] 黄木田.地铁车站深基坑降水施工实践[J].现代城市轨道交通.2011(03)