基于不同地質單元地鐵基坑地下水控制方法分析

謝俊

摘要 基坑工程中，地下水控制是重中之重，其中，地貌單元決定了宏觀水文地質特征的地域性，地層時代決定了含水層透水性和地層固結程度，地層組合決定了地下水類型、分布及相互關系。文章針對地鐵基坑工程中常見的地貌地質單元，結合所遇工程問題，總結提出了地鐵基坑工程中不同類型地下水的控制措施，通過案例分析進一步說明了地鐵基坑采取地下水控制時，應先從地貌地質單元入手，在區分地層（含水層與隔水層）時代和地層組合及其水文地質特點的基礎上，按照地下水類型分別或統一采取地下水控制措施。該研究為地鐵基坑工程高效設計與安全施工提供了技術參考。

關鍵詞 地鐵；基坑；地下水；地質地貌；降水

中圖分類號 U213.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0035-04

0 引言

隨著國內地鐵工程的快速建設，地鐵基坑的深度及規模不斷擴大，呈現出“深、大、緊、近”的特點[1-3]。當前基坑工程事故多與地下水處理措施存在不足有關，地下水已成為影響基坑穩定的重要因素，地下水的控制措施也成為基坑設計的關鍵工作。地下水對基坑工程的危害，除了水壓力對支護結構的作用、引起土的物理力學性能指標降低外[4-5]，更重要的是基坑涌水、滲流破壞（流砂、管涌、坑底突涌）[6]引起的地面沉陷和抽（排）水引起地層固結沉降[7]等?；又ёo結構設計應高度重視地下水的控制方法，根據場地工程地質、水文地質的具體特點，進行針對性基坑止水、坑內降水方案設計，避免因地下水處理不當引起基坑失穩破壞[8-9]。地下水控制的成敗決定了基坑支護及其土方開挖的成敗。

1 不同地貌地質單元地下水控制方法

巖土工程地下水控制存在較多的不確定性，降水方案需根據地質條件、已建類似工程經驗進行針對設計。地鐵基坑工程地下水控制方法也需要結合已有工程的建設經驗，方可設計出可靠的地下水控制方案。為此，文章總結全國不同流域部分典型城市地質、地貌單元的水文地質條件和常見地下水控制的推薦方案，詳見表1[10-16]。

2 長江流域工程案例分析

2.1 長江上游沖積平原

2.1.1 工程地質條件

以成都6號線建設北路站基坑工程為例，車站長度364.5 m，標準段寬度20.7 m，覆土厚度約3.4 m，底板埋深16.98～17.66 m?；又ёo結構采用鉆孔灌注樁+內支撐方案，支護結構橫斷面詳見圖1。

場地地貌單元為岷江水系沖積平原I，場地土層從上到下依次為填土、粉質黏土、黏質粉土、細砂、中砂及卵石，地層分布詳見表2。

2.1.2 水文地質條件

上層滯水儲存于黏性土層之上的填土層中，水量變化大且不穩定，呈透鏡體狀分布狀態；孔隙潛水在第四系沖洪積細砂、中砂及卵石層地層中連續分布，該層地質結構松散，含水量豐富。該地區雨量充沛，大氣降水為地下水的主要補給方式，最高地下水位埋深約2 m。

2.1.3 地下水控制方案

車站開挖揭露范圍內砂土、卵石土地層之間無隔水層，地層相互之間存在水力聯系，可將這3層土作為一個共同含水層對待，地下水以孔隙潛水形式賦存該地層中，基坑開挖期間涌水量主要位于砂卵石地層中。根據車站詳勘報告，計算基坑涌水量地下水埋深取8.3 m，采用潛水完整井公式計算基坑涌水量。根據計算，車站主體基坑設置57口坑外降水井，井深28～34 m，井徑800 mm，管徑300 mm，降水井沿車站縱向間距12～17 m，沿基坑分兩排布置，降水井距離基坑邊緣5 m，深井與淺井間隔布置。

2.1.4 地下水控制效果

基坑開挖期間地下水位采用動態控制方法，確保地下水位始終低于開挖面以下1 m。當基坑開挖深度為0～8.3 m，基坑地下水控制處于第一階段，主要采取坑內集水明排。當開挖深度超過8.3 m時，地下水控制處于第二階段，動態開啟降水井并根據觀測數據調整。降水期間實測基坑周邊地面的最大沉降量為18 mm，未引起周邊管線和建構筑物變形超限。

2.2 長江中游沖積平原

2.2.1 工程地質條件

以武漢地鐵金色雅園站基坑工程為例，所建車站為地下二層島式站臺車站，車站長581 m，標準段寬20.7 m，頂板覆土約3 m，底板埋深約16.43 m，基坑支護采用地下連續墻+內支撐設計方案，支護結構橫斷面詳見圖2。

場地貌屬于長江沖積一級階地，開挖范圍內地層由第四紀全新統人工堆積層（Q4ml）組成，主要為黏土、粉質黏土，基坑底主要位于粉質黏土層，開挖面之下粉質黏土夾砂、卵石地層透水強，且具有一定承壓性，場地范圍地層分布信息詳見表3。

2.2.2 水文地質條件

站址范圍內地下水類型主要為上層滯水、孔隙承壓水，上層滯水分布于雜填土、素填土地層，主要補給來源為大氣降水及生產、生活用水，分布不均?？紫冻袎核饕x存于粉質黏土、粉土、粉砂、粉細砂地層，由于該地層為I級階地第四系全新統沖積而成，與周邊河流存在較強的水力聯系。地下水位埋深為1.2～4.3 m。

2.2.3 地下水控制方案

根據工程地下水文地質特點，降水深度需保證坑底以下孔隙承壓水壓力小于上覆土重，故選用承壓降水井疏干降水?；訃o結構地連墻進入13-1含碎石粉質黏土地層中，形成落底式止水帷幕?；觾裙苍O置61口降水井，降水井縱向間距20 m，承壓降水井主要針對黏土層，使基坑施工期坑內承壓水頭保持在基底以下1 m。

2.2.4 地下水控制效果

基坑開挖盾構工作井時，由于降水措施未滿足設計要求，提前進行基坑開挖，造成基坑發生突涌事故，采取注漿封底措施解決突涌；按原設計方案重新施工降水井，后續基坑地下水控制及開挖過程較為順利。

2.3 長江下游三角洲濱海平原

2.3.1 案例工程地質條件

以上海地鐵政立路站基坑工程為例，所建車站為地下兩層三跨島式站臺車站，基坑標準段寬度22.6 m，底板埋深約19 m，基坑支護結構采用0.8 m厚度連續墻，內部設5道內支撐，支護結構橫斷面詳見圖3。

建設場地屬于濱海平原地貌類型，位于長江三角洲入?？诘臇|南部。詳勘報告揭露場地70 m深度范圍內為第四紀松散沉積物，該地層特點為成層性分布，主要由黏性土、粉性土以及砂土組成，場地范圍內土層分布信息詳見表4。

2.3.2 水文地質條件

場地范圍內表層地下水為潛水，以大氣降水及地表徑流為主要補給來源，蒸發消耗為主要排泄方式；潛水位埋深隨季節波動，水位埋深0.3～1.5 m。下部承壓含水層主要為7-11砂質粉土、7-12砂質粉土、9砂土地層，地下承壓水水位標高隨季節變化，承壓水頭埋深變幅為3～12 m。

2.3.3 地下水控制方案

（1）基坑支護結構采用地下連續墻設計，隔斷基坑內部潛水與外部潛水的水力聯系，基坑開挖過程中采用真空疏干降水方式，完成基坑表層潛水降水工作。

（2）對于砂質粉土層的承壓水，采用地下連續穿越該地層，隔斷該層地下水的補給來源，通過設置承壓降水井，消除其承壓性；基坑地下連續墻嵌固深度根據基坑受力及穩定性確定，當所需地連墻長度未能進入8-1粉質黏土時，可在下部設置一段素混凝土墻，僅作為隔斷承壓水使用。

（3）由于基坑外部管線、建筑物密集，基坑內部降水可能引起外部地表沉降，為此在基坑外側設置回灌井，根據監測數據指導回灌作業。

2.3.4 地下水控制效果

基坑開挖前進行為期30 d的預抽水，對淺部地層進行疏干工作，隨著基坑的開挖，開啟降壓井進行抽水，逐步增加降壓井的開啟個數，降壓井開啟時間8個月，最終坑外地表沉降約40 mm。

3 結語

基坑工程施工中地下水控制思路主要分為三類：降水、隔水（堵水）和回灌，三種處理方法往往不是單一的，多為綜合措施?；佑绊懛秶鷥鹊叵滤坏慕档涂颗潘髋牛┗虺樗ňc降水），對富水地區的地鐵基坑工程，設置降水井抽水為主要措施；止水帷幕的作用是改變抽排水過程中“水漏斗”形狀，減小基坑降水對周邊環境的影響；基坑外部地下水位下降，將引起地層沉降，影響周邊建筑安全，此時需在坑外設置回灌井，避免坑內降水引起坑外地下水位下降。

地鐵基坑采取地下水控制時，首先應從地貌地質單元入手，在區分地層（含水層與隔水層）時代和地層組合及其水文地質特點的基礎上，按照地下水類型分別或統一采取地下水控制措施。

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