强透水砂层地质地铁车站降水施工技术应用研究

刘海东

（中铁十六局集团第一工程有限公司，北京 101300）

因地铁行驶的路线主要为全封闭的独立运行线路，其运载能力强，且基本不受其他运输系统和天气的影响，是准点率较高的运输交通工具，可以满足现代城市快速发展的需要。在以节能减排为主要目标的环境下，地铁已成为人们出行最便捷的交通工具之一。因此，随着现代社会的高速发展和大众对于出行效率的需求提升，全国有能力、有条件的城市都加快修建地铁的进程。但是，由于地铁线路和车站主要位于城市地下，因此相关的施工环境较易受到地质条件和其他因素的影响。对此，本文以阿尔山路站为例，详细地介绍并分析了地铁车站建设在强透水砂层地质条件下所采用的降水、排水施工工艺和施工技术，以期更好地为同等地质施工环境的项目提供参考。

1 工程概述

阿尔山路车站为地下2 层的11 m 岛式站台车站，车站总长379.9 m，有效站台长118 m，左右线间距14 m，为牵引降压混合变电所车站。标准段主体结构采用单柱双跨双层框架结构，纵向柱距8.5 m，标准段宽度19.7 m。西侧端头井基坑宽度为24.1 m，深度为18.7 m。基坑安全等级为一级，采用明挖法进行施工。阿尔山路站1 层为站厅，2 层为站台。根据钻孔样发现，沿岩层的上下顺序是第四系全新统人工填土、全新统和上更新统湖积粉土、粉砂、细砂、粗砂、圆砾、中更新统湖积粉质土、细砂、粉砂。地下水位埋深4.9 m～8.1 m，地下水位高程约1 043.070 m～1 045.650 m。

2 施工难点分析

阿尔山路站按图纸开挖17 m 深，开挖深度大，开挖及结构施工的安全风险大。地形图标高1 023.93 m～1 042.44 m 处为细纱层、中砂、粗砂、砾砂层，该层底板透水性强，地下连续墙成槽时容易塌陷，对泥浆比重条件要求较高，此外透水性强意味着造浆要求高，泥浆循环利用率低，地质条件对地下连续墙施工影响较大，同时由于工程地质条件差，砂层和圆砾层透水性好，容易塌陷，在地下连续墙成槽期间及随后的基坑降水、开挖过程中，极易造成建筑物沉降、倾斜等不良后果[1]。

3 基坑降水施工工艺

结合项目地勘报告资料，场地地下水位年变化幅度按1.5 m～2.0 m 考虑，地下水位较高，基坑深度范围内土层渗透系数较大，采用降水方案抽水量较多，具有一定的技术难度，结合实际情况，本站采用基坑围护结构止水方案，基坑内设置降水井对基坑内进行降水。根据计算，阿尔山路车站主体施工需要布置38 口降水井，车站附属施工需要布置48 口降水井。

3.1 降水井结构设计

根据呼和浩特市的相关降水经验和综合因素分析拟定车站降水采用大口井井点降水，设置2 排井点，井点在基坑范围内均匀布置，并保证每个井点降水范围≤150 m2。井点埋设深度为：

式（1）中，H 为井点深度，m；H1为井点处的基坑深度，m；4 为补偿深度，m。

3.2 降水井施工技术

3.2.1 放样

根据施工图纸和测量单位提供的坐标点, 井位的偏差不得＞45 mm，如果有特殊情况可经过分析计算后调整，应保证降水井和基坑的边缘＞1.7 m。同时，确定井位后应人工挖入1 m～3 m，确定是否有地下管线和其他干扰井位施工的设施，以便确定是否需要进行井位调整规避障碍物。

3.2.2 探坑

在进行降水井钻孔施工前，需要人工进行井探坑，以确定地下是否存在管线等障碍物。人工挖掘的深度不得＜2 m，需见原状土，人工挖掘的井点直径应＞护筒直径，保证作业人员在井下的安全作业。如果在人工挖掘的过程中遇到地下管线等情况，应弃坑回填，作出调整后另开探坑进行挖掘。探坑挖到要求深度后，需要经技术人员验收合格后才可进行下一步钻机作业。探坑挖掘产生的土方，应及时清理，不可污染路面和现场[2]。

3.2.3 设置泥浆池

根据施工现场的实际情况在降水井2 m～4 m内就地定点，每2 口～4 口降水井设置1 口泥浆池，利用沙袋和塑料布进行泥浆池挖掘或围堰施工，以保证泥浆不泄露，在钻机进行井点施工作业时，如果有泥浆泄露污染现场和路面，应及时的封闭泥浆池泄露处，保证泥浆不再泄露，及时清理泥浆，避免污染现场，做好文明施工。

3.2.4 埋入护筒

为防止在钻井施工时的循环水流大量损失和冲塌孔壁导致塌孔，需要在人工探孔后下入护筒进行保护，护筒另一侧用粘土进行填实，护筒中心应和井点中心一致，同时应保证护筒垂直，且高于路面20 cm 以上，以免泥浆发生外溢。

3.2.5 钻机掘进

为保证降水质量和减小洗井难度，降水井的孔径应≥设计值，孔深应符合设计要求，在钻机开孔前，应检查大钩钢丝绳是否牢靠，采用轻压慢转的方式进行，以保证井孔的垂直度。在钻进过程中要保持泥浆液面，以防止塌孔。

3.2.6 清孔

钻机在掘进到设计深度后，将钻杆抬离至孔底0.5 m～0.8 m 处进行清孔作业，直到孔内的泥浆浓稠度＜1，且沉淀液距孔底＜15 cm，同时涌出的泥浆不再含有沉淀物为宜。

3.2.7 下井管

井管由透水管和混凝土管组成，使用0.2 mm孔径的尼龙网包裹水位下的井管后缓慢放入井中，在距井口20 cm 处接上节井管并用尼龙网包裹严实，以防止泥沙堵塞井管，竖向可用竹条固定。下放时需要注意井管和井口中心点应保持垂直一致，井管需要高于地面20 cm 以上，防止雨水、泥沙落入，井口应加盖防水雨布或井盖。

3.2.8 填滤料

下入井管后立即填充滤料，选用直径为2 cm左右的滤料，滤料投放前先用清水冲洗干净夹杂的灰尘和泥沙，以保证滤料的洁净。从井管外侧均匀连续地投入，从而将泥浆挤出。不可使用手推车直接大体积堆料填入，以防止不均匀冲击孔壁或出现搭桥现象，应使用人工铁锹填入的方式均匀连续地填入。填料过程中应随时监测填入量和设计量是否存在偏差，如果偏差过大，应及时查明原因，方可继续填入[3]。

3.2.9 洗井

反循环钻机进行泵水，同时直接放入潜水泵进行抽水洗井，排出的水清、无杂质淤泥、上下层水质一致即可，在洗井作业时，应安排专人观察水量和水位情况。洗井过程中，如果造成井管外的滤料下降需要补填滤料至井下3 m 处后用粘土进行填盖。

3.2.10 降水

将潜水泵下至离井底1.5 m 处后接通潜水泵电路，降水设施的电路设计应考虑1 井1 控制，同时设置漏电开关等安全系统。连通抽水时应连续地进行，如果潜水泵发生故障，需要维修或更换时，不可全部停止，应单一进行。刚启动抽水作业时，考虑到排水管的排水能力，应按井号逐个启动，并逐个检查单口降水井的出水量和出水水质情况，排出的淤泥较多时可将潜水泵上提，如果上提后情况依旧，则需要重新进行洗井作业。

3.3 明沟排水施工

降水作业不可能将所有地下水都抽干，所以在施工时应辅助基坑内的明沟进行排水。根据工程地质、水文地质及相关工程经验，为最大限度地减少周边建筑物受到影响，车站基坑采用明沟排水，为此需要在基坑内设置排水沟，每20 m 设置1个0.8 m×0.8 m 的集水井，集水井应视基坑开挖情况同步进行，基坑周边设截水沟与集水井，防止地表水流入基坑，基坑外侧设置砖墙作为挡水墙。同时，为每1 个集水井配置抽水泵和备用水泵，避免排水溢出从而返流至基坑，做到集水的同时随时排水，另外在雨季施工时配备好足够的排水设备以应对突发事件。基坑周围地表设截水沟、集水井。排出的积水需经沉淀处理后方可排入到市政管网中。

4 降水施工质量关键点总结

针对降水施工中容易出现的问题，提出相应的质量控制关键点，总结如下：

1）对沿路排水设施和基础进行全面疏通清理，以便大雨或暴雨造成的地面水能迅速排走，保证地面水不流入基坑，防止积水浸泡基坑。

2）雨季需要对排水沟和集水井进行扩充，防止排水沟和集水井因为雨水超出排水能力而造成基坑浸泡。

3）降水过程应有专人负责并记录反馈出水量和抽水等情况。

4）排水管需要设置单向止逆阀，以防止排水倒灌入井内。

5）降水井深需要预留一定的深度，以应对出现淤井情况时可以上提抽水泵。

6）滤料回填不得用装载机或手推车直接填料，应安排人工手动进行填料，以防不均匀或冲击井壁和搭桥现象。

7）如排水管和井经过路面，应使用暗排方式进行布置，以避免管线破损导致漏水。

8）降水井施工作业前应探明是否存在地下管线或其他干扰施工的设施。

9）降水井护筒外壁应使用粘土进行封闭，以免渗水造成塌井。

10）降水井指定深度后，需要经过技术人员验收确认，合格后方可进行下一步施工操作。

5 结论

综上所述，地铁建设面临的地下环境千变万化，每一处的地质和水文参数都不尽相同，基坑施工质量是影响地铁整体质量的关键因素，是确定地铁车站施工安全的保障，特别是在富水砂层、强透水地质环境下，基坑开挖容易引起地表沉降、地下连续墙和基坑坍塌等一系列的风险，所以为了保障项目正常安全的施工，降水处理是基坑开挖的重要手段。通过对项目地下水位进行实际监测发现，本文采用的降水设计和施工方案在项目实际应用中取得了良好的效果，可以为类似工程提供相关参考，但在实际施工中需要注意：①井点数量需要根据工程实际潜水量和出水量进行确定，并通过试验反算降水范围；②为了确保基坑开挖施工的顺利进行，降水施工应在基坑开挖前20 d 进行，并且井内水位应始终控制在基坑开挖面的1 m 以下；③在强透水砂层地质下进行降水井成孔施工时，应采用调配泥浆进行护壁，初始泥浆浓稠度为1.3，并根据实际情况调整以保持液面稳定，如果泥浆渗漏损失严重，应及时监测沉降情况。