1、湿陷性黄土地区地铁车站降水设计浅谈摘要：地铁车站多位于繁华的市区，周边建筑物众多，交通环境较为复杂。地铁车站在基坑开挖以及后期结构施工中必须保证无水作业，合理的降水设计能够保证车站基坑施工安全，并且使降水引起的地表、建筑物沉降在可控范围内。 关键词：地铁车站；降水设计 Abstract: Metro station located in the bustling downtown, many surrounding buildings, traffic environment is more complex. Subway station in excavation of foundation
2、 pit and later construction must be ensured in anhydrous operation, reasonable design can ensure the precipitation station foundation pit construction safety, and makes the precipitation induced by the ground settlement of buildings, in the controllable range. Key words: metro station; dewatering de
3、sign 中图分类号：TU2 献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02 1 工程概况 西安市地铁三号线延兴门车站，位于东二环（金花南路） 、南二环、建工路和规划的新安东街十字路口处，沿东二环（金花南路）呈“一”字形布置在东二环立交桥旁。路口西北侧为东方家园建材超市、北沙庄园住宅小区，东北侧为铁路信号厂办公楼及住宅小区，南侧大片用地为陕西省西安监狱及其家属区，本站采用明挖顺筑法施工。延兴门站长为190.4m，标准段宽度为 19.2m，扩大段宽度为 24.8m，基坑标准段深17.4m,扩大段 18.84m。 延兴门站区域勘察期间(2010.5.72010.7.4，201
4、0.9.282010.12.8)，场地地下水位埋深介于 3.305.50m，地下水位高程介于 417.86419.91m 之间。属赋存于第四系松散层中的孔隙潜水类型，主要含水层为 3-1-3 饱和软黄土、3-2 古土壤、4-1-2-1 老黄土(水下)、4-1-2-2 老黄土(水下)及 4-2 古土壤中。以上含水层组中无明显隔水层，也无明显具承压性的含水层。据收集场地附近资料，本地区第四系空隙潜水含水层厚度约 2080m，地下水位年变化幅度约 1.002.00m。 2 降水方案设计 2.1 降水设计基本参数 根据勘察报告提供的渗透系数，同时结合多年在黄土地区的降水经验综合分析，考虑到延兴门站区域
5、地质条件，该区间计算时采用的综合渗透系数取 7m/d。 根据本区间结构特征、周边建筑物情况、地层地质特点，周围水文地质条件及降深，同时结合地铁隧道施工降水的特点，本区间降深做如下考虑。 根据区间开挖深度范围内含水层的分布情况及地下水赋存特征，本区间涌水量计算采用模型为潜水完整井，基坑远离边界,见右图。 2.2 降水设计（降水、沉降）计算原理 （一）确定井深 降水井的深度按工程地质手册 （第四版）公式（9-5-3）确定 其中： H/轨道底埋深； i降水漏斗的水力坡降，计算中取 0.1； h其值= i*r0。r0 取降水井间距的一半； sw设计要求降水水位距离基坑底的深度，本设计中取 1.5m；
6、hw降水期间地下水位变幅，取 2m； h沉砂管长度，取 3m； L降水井过滤器工作长度； 经计算并结合实际工程经验井深取 40m。 （二）降水计算 根据地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范 （GB50307-1999）条型基坑出水量计算公式： n=1.1Q/q0 r0=0.25（L+B） 式中： Q涌水量（m3/d） ； R影响半径（m） ； H含水层厚度（m） ； 系数，计算方法参见工程地质手册 （第三版）第 955 页表 9-5-3，线性插入； r0 降水等效半径（m） ； B条形基坑宽度 m； S基坑（降水井壁外侧）水位降深（m） ； L条型基坑长度（m） ； q0单井出水量（m3/d）
7、； n降水井数量（个） 。 2.3 管井构造参数及布置原则 2.3.1 管井参数 （1）管井基本参数 综合管井降水计算结果，初步确定各段基坑管井降水的基本参数如下： 降水井、观测井平面布置图 （2）管井其它参数 管井成孔可由施工单位根据其施工经验及现场实际施工条件综合确定，井管安装后必须洗井。静水位以下采用砼滤水管，要求其孔隙率在30%以上，采用砼托盘下管，下管采用四支竹条固定管身，管间接头部位0.20m 范围采用土工布包封。成井后井中填入 0.30m 厚砾石封底，滤料采用磨圆度较好的砾石(直径 510mm)，从井底填至井口下 2m 左右，上部用粘土封闭。管径、管接头部位用棕绳垫起，以形成井管
8、间的柔性连接。2.3.2 降水管井布置原则 根据区间结构尺寸等因素综合考虑确定降水井的位置。考虑地下结构施工操作空间及尽量避免降水井置于结构中（以免与结构施工发生矛盾） 。因此，初步确定如下布井原则： （1）采用坑内布井方式，降水井中心距离结构内边缘 1.5m。 （2）降水井位置现场布设时可局部移动，原则上不能超过降水井平均间距的 20%，同时保证相邻降水井间距，且应将调整的降水井位置及时通知设计单位，待其确认后方可实施。 3 降水运行步骤 为减小基坑降水对周边环境的影响，尽量减小降水引起周边建筑附加沉降，本项目基坑降水采用分阶段降水设计运行方案。根据以往类似工程经验，结合本项目降水特征，拟定
9、本工程降水起始时间为围护结构施工前两周，并初步确定执行三阶段降水： 第一阶段提前两周开始降水，水位降至 1/3 总降深，待周边建筑物沉降稳定； 第二阶段水位降至 2/3 总降深，待周边建筑物沉降稳定； 第三阶段水位降至设计要求水位。 降水期间应严密监测周边建筑物变形情况，第二、三阶段降水起始时间由设计单位等有关单位根据周边建筑沉降监测资料来定。 随着施工的进行，结构逐渐成形，此时降水井还处于运行阶段，待防渗结构施工完成并形成强度后可考虑停止降水。 4 降水沉降分析与监测 4.1 降水沉降预测 降水过程中当地下水被疏干时，处于地下水之下的土体浮力消失，所消失浮力转化为自重应力，其自重应力增加值相
10、当于浮力消失值，并可视等同于原始状态下土体附加应力增加值。土体在附加应力作用下产生压缩变形。根据西安市地铁降水工程沉降监测资料，以及类似场地建筑基坑降水工程沉降监测资料，预测本项目降水沉降如下： （1）地面沉降 1020mm； （2）建（构）筑物沉降 1030mm； （3）建筑物、地下管线差异沉降小于 2。 根据阶段降水及沉降观测资料，当沉降变形超出限制时，应停止降水，查明原因，采取相应措施后，方可继续降水。 4.2 降水沉降监测 为了掌握降水情况，避免或降低降水引起的建筑物、构筑物及地下管线等附加沉降，应沿降水影响范围布设沉降观测点。监测单位应及时向有关方提交监测成果资料。 （1）布点原则及
11、观测方法 每个区段埋设 3 个永久性的沉降观测点，此 3 个点布设于远离变形区的稳定区内，采用混凝土标，用混凝土灌注 100cm 左右的钢标，并保证水准基点在沉降观测期间稳定可靠。 在相邻建筑物角点及各边中点布置沉降监测点。 沉降观测按照国家一、二等水准测量规范 、 建筑物变形测量规范等相应内容进行。 （2）观测周期 抽水期间每天观测一次，如观测期间数据变化不大，趋于稳定状态，可每周测一次，如观测期间数据变化较大，再随时加测。 因故停工，复工前加测一次，期间仍按常规(每周一次)监测。 （3）其它要求 对基准点和观测点采取必要的保护措施，确保水准点和沉降点不被破坏，保证沉降观测顺利进行。 4.3
12、 降水动态观测 1、建立地下水动态监测网，确定监测井的位置及数量，一般应选定降水井总数的 20%作为观测井，其位置平均分布于降水区域内。 2、降水井施工完毕，抽水开始后，水位未达到设计降深之前（一般为前 30 天） ，每天观测 1 次水位、水量；当水位达到设计降深后，每 5天观测 1 次。 3、对监测记录应及时整理，绘制 Qt 与 st 的过程曲线，分析水位下降趋势，预测掘进掌子面的地下水位，并根据水位变化情况调整开泵地段和开泵数量，在保证掌子面无水掘进的同时，减少地下水资源无谓排放。 4、根据观测记录，及时分析降水过程中不正常状况及产生原因，提出调整及补充措施，确保达到设计降水深度。 5 控
13、制地面沉降、确保地下管线及周围建筑物安全的措施 大面积区域沉降的危害，短期内显现不明显，危害较大的地方是由于不均匀沉降造成的，降水引起周围建筑物及地面不均匀沉降来自以下几个方面：水位下降，引起土层有效应力增加导致土体压缩变形；降水井反滤层失效导致地层颗粒流失过大，出现地面沉降。 通过对沉降产生的原因进行分析，对症下药，使降水引起的地面建筑的不均匀沉降得到有效控制。 （1）防止水位下降导致的地面沉降的措施 降水分阶段进行，降水分三阶段；降水过程中，对周边建筑物及管线进行沉降位移观测，降至阶段控制水位时应加强对周边建筑及管线的沉降观测，待沉降基本稳定后再进行下阶段降水；延长降水时间。重要的建筑物可
14、采用设置回灌井的措施。 （2）防止降水井反滤失效导致的地层土颗粒的流失的措施 如果降水井反滤层没有处理好，易导致土层中颗粒的流失，随着降水的时间延长，有可能导致地面沉降，进而破坏邻近建筑物的基础，导致建筑物产生不均匀沉降。 根据多年来的工程实践经验，在黄土层中的降水，因反滤层质量导致的土颗粒的流失情况较少发生，但在砂层，因反滤层质量导致的土颗粒的流失情况时有发生，进而导致地面沉降。因此，对于本工程采取以下措施对此类问题加以控制： 、在成井施工时，严格控制降水井的滤料粒径(510mm 砾石)，提高滤料的过滤作用。为防止涌砂，成孔时做好地层描述，井底填入 0.5m厚砾石。 、在抽水时，注意观测水中的含泥砂量，大于 1/10000 时应停止抽水，查找原因。
