地鐵車站施工降水技術研究摘 要:結合北京地鐵十號線黃莊站降水施工,介紹了降水施工中的管井和引滲井的施工工藝,并對其施工過程及應急措施做了相應的總結,為類似工程的施工提供方案支持。關鍵詞:降水,施工,管井,引滲井1 工程概況1.1車站概況 北京地鐵黃莊站位于中關村與知春路交叉口,為地下兩層暗挖車站。四號線與十號線斜交,十號線在上,四號線在下,為上側下島的換乘站,兩線在該站同期施工。四號線黃莊站位于中關村大街下,呈南北走向。車站中心里程為Ｋ20+484,總長216.2ｍ,車站寬23.10ｍ,站中軌面高程為30.529ｍ。十號線黃莊站在知春路下,呈近東西走向。車站中心里程為Ｋ2+310,總長156.908ｍ,車站寬23.20ｍ,站中軌面高程為37.339ｍ。車站主體采用暗挖法施工,十號線站體端頭設蓋挖豎井。1.2 工程水文地質條件 1)地層50ｍ范圍內,地層層序自上而下依次為:人工填土層(Ｑｍｌ),新近沉積層(Ｑ42+3ｐｌ),第四紀全新世沖洪積層(Ｑ4ａｌ+ｐｌ),第四紀晚更新世沖洪積層(Ｑ3ａｌ+ｐｌ)。2)地下水:場內存在三層地下水,即上層滯水、潛水及承壓水。上層滯水,水位標高為42.16ｍ～47.00ｍ,埋深4.80ｍ～9.50ｍ;潛水,水位標高為35.39ｍ～31.53ｍ,埋深16.10ｍ～20.10ｍ;承壓水,水位標高27.10ｍ～24.47ｍ,埋深25.10ｍ～27.20ｍ。2 降水施工設計2.1 管井參數計算2.1.1 參數取值 潛水及承壓水含水層的地層主要為卵石圓礫層,滲透系數取Ｋ=80ｍ/ｄ;水位埋深潛水取16.4ｍ,承壓水取26.0ｍ;井位處水位降深Ｓ的取值,按要求將承壓水位降至結構底板以下1ｍ～2ｍ,故對于四號線取9.1ｍ,對于十號線取10.3ｍ;含水層厚度取13.6ｍ;影響半徑Ｒ=1ｍ。2.1.2 涌水量計算 先計算引用半徑ｒ0,對矩形基坑,根據長度Ａ與寬度Ｂ之比,可將其平面形狀化成一個引用半徑為ｒ0的圓井按下式進行計算。當Ａ/Ｂ<2/3時,
當Ａ/Ｂ>2/3或基坑呈不規則形狀時,ｒ0=Ｐ/2π。其中,Ｆ為井點系統包圍的基坑面積,ｍ2;Ｐ為不規則基坑的周長,ｍ。 其中,Ｑ為基坑潛水涌水量,ｍ3/ｄ;ｋ為含水層滲透系數,5ｍ/ｄ;Ｈ為含水層厚度,4.6ｍ;Ｓ為降深,2.5ｍ;Ｒ為影響半徑;ｒ0為基坑換算半徑;Ｒ0為引用影響半徑。2.1.3 降水井數量及間距確定2.1.4降水參數 經上述分析,確定本標段共設降水井720眼,其中管井175眼,滲井545眼。管井井徑1000ｍｍ,井深31.5ｍ;濾水管管徑Φ700ｍｍ,濾料Φ3ｍｍ～Φ7ｍｍ,沿車站結構施工邊墻外側2ｍ～3ｍ布置,間距5ｍ～7ｍ。2.2 管井、引滲井施工2.2.1 管井、引滲井施工工藝流程 測量放點→定井位→圍擋→切割路面(井位及管線)→埋設鋼護筒、壘砌泥漿池→鉆機就位、調整→鉆孔至設計孔深→換漿、驗孔→下井管、填濾料→洗井、補濾料、上部封井→埋設排水聯絡管線及配電→水泵安裝、試抽水→恢復路面(地面)→清理施工現場→降排水管理與服務。2.2.2 管井(引滲井)施工方法及技術要求 1)定井位:根據降水設計方案提供的井位圖、地下管線分布圖及坐標控制點,并參照車站永中線控制點施放降水井井位。2)埋設護筒:當采用正(反)循環方式成孔時,為避免鉆進過程中循環水流將孔口回填土沖塌,鉆孔前必須埋設鋼護筒。護筒外徑1000ｍｍ(引滲井600ｍｍ),深度視地層情況而定。在護筒上口設進水口,并用粘土將護筒外側填實。護筒必須安放平整,護筒中心即為降水井中心點。3)壘砌泥漿池:為保證鉆進過程中水流循環及保存鉆孔出渣,并且不破壞現狀路面,占路臨時施工圍擋內泥漿池,在路面壘砌單井體積1.5倍的泥漿池,泥漿池底部鋪墊塑料布防止滲水,使用完畢后用渣土車將泥漿拉走,恢復現場原貌;結構施工圍擋內泥漿池盡量設置在土方開挖范圍內,沉淀干燥后隨土方開挖拉走;結構施工圍擋內如需恢復場地原貌的,則泥漿池做法同占路臨時施工圍擋內泥漿池做法。4)鉆機就位、調整:鉆機就位時需調整鉆機的平整度和鉆塔的垂直度,對位后用機臺木墊實,以保證鉆機安放平穩。鉆機對位偏差應小于20ｍｍ,鉆孔垂直度偏差1%。5)鉆孔:若采用泥漿護壁鉆孔,在鉆孔過程中應保證孔內泥漿液面高度與孔口平,嚴防塌孔。6)換漿:鉆孔至設計深度以下0.5ｍ左右,將鉆頭提高0.5ｍ,然后用清水繼續反循環操作替換泥漿,直到泥漿粘度約為20ｓ為止。7)下管:下管前應檢查井管是否已按設計要求包纏尼龍紗網;無砂水泥管接口處要用塑料布包嚴,鋼管(施作于侵入結構的降水井點,可以起到支撐的效果)上下段焊接時要保證垂直度并焊接嚴實。井管必須確保在井孔居中。8)填濾料:填料必須從井四周均勻緩慢填入,避免造成孔內架橋現象或折斷ＰＶＣ管,洗井后若發現濾料下沉應及時補充濾料,填料高度必須嚴格按設計要求執行。9)封井:施工結束后,將ＰＶＣ管截斷至地平高度,用鋼帽蓋住ＰＶＣ管后恢復路面。2.3 異常水處理措施 為了有效預防這種異常水給工程帶來損失,應采取如下處理措施:1)當隧道或基坑開挖遇到突然出現的不明外來水時,應立即停止開挖,做引流回填,控制因出水帶出地層顆粒形成地層擾動坍塌,然后查明外來水補給源,采取尋源斷流措施;2)對出水范圍的基坑壁或隧道頂部,必須采用特殊加固措施,比如小導管注漿、局部土釘補強等方法,穩定后再繼續下步開挖。 潛水含水層殘留水處理:車站降水基本都要將開挖范圍內的潛水含水層疏干,由于受潛水含水層底板凹凸不平的影響,以及含水層中存在不透水或弱透水粘性土夾層的影響,要完全疏干潛水實際上是不可能的,在局部粘性土夾層或潛水含水層底板處會出現潛水殘留滲水面,這部分水若處理不好將帶出地層中大量細顆粒物質,使車站或隧道開挖面地層土擾動并可能發生坍塌。出現這種情況時,應放慢挖土速度,及時在坑壁做盲管導流,并在槽邊挖盲溝集水,再將集水排走。導流盲管一般采用長0.5ｍ的Φ25ｍｍ塑料管,做成花管并纏80目尼龍紗網。盲溝一般貼坑壁挖,寬300ｍｍ,深300ｍｍ。為了防止土塊掉落將導流盲溝堵塞,防止水流將基坑底細顆粒物質帶走造成基底土擾動,應在盲溝中填Φ4ｍｍ～Φ6ｍｍ礫石,并在溝底做防水處理。 對于局部加深部分的承壓水,若設計的周邊降水井能力已無法滿足加深部分的降水要求時,可對加深的部位專門設計降水井,抽水結束后對降水井必須進行封堵處理。3結語 降水施工是隧道開挖前期準備的一個必要工作,基坑開挖表明,降水效果良好,坑道干燥,降水對周邊建筑物及環境沒有造成不良影響。因此,本單位在北京地鐵黃莊車站的施工降水施工是在掌握施工現場水文地質條件,分析現有的機械設備、參照以前的類似工程所采用的一個較為有效的降水方法,充分解決了施工中的水問題,為后續工程的順利開展奠定了基礎。參考文獻:[1]沈春林.防水工程手冊[Ｍ].北京:中國建筑工業出版社,1975.89 91.[2]朱永全,宋玉香,劉 勇,等.地下鐵道[Ｊ].石家莊鐵道學院學報,2003.112 114.[3]郭勇剛,董春靈.南京地鐵深基坑降排水施工技術[Ｊ].鐵道建筑技術,2004(4):36 39.
當Ａ/Ｂ>2/3或基坑呈不規則形狀時,ｒ0=Ｐ/2π。其中,Ｆ為井點系統包圍的基坑面積,ｍ2;Ｐ為不規則基坑的周長,ｍ。 其中,Ｑ為基坑潛水涌水量,ｍ3/ｄ;ｋ為含水層滲透系數,5ｍ/ｄ;Ｈ為含水層厚度,4.6ｍ;Ｓ為降深,2.5ｍ;Ｒ為影響半徑;ｒ0為基坑換算半徑;Ｒ0為引用影響半徑。2.1.3 降水井數量及間距確定2.1.4降水參數 經上述分析,確定本標段共設降水井720眼,其中管井175眼,滲井545眼。管井井徑1000ｍｍ,井深31.5ｍ;濾水管管徑Φ700ｍｍ,濾料Φ3ｍｍ～Φ7ｍｍ,沿車站結構施工邊墻外側2ｍ～3ｍ布置,間距5ｍ～7ｍ。2.2 管井、引滲井施工2.2.1 管井、引滲井施工工藝流程 測量放點→定井位→圍擋→切割路面(井位及管線)→埋設鋼護筒、壘砌泥漿池→鉆機就位、調整→鉆孔至設計孔深→換漿、驗孔→下井管、填濾料→洗井、補濾料、上部封井→埋設排水聯絡管線及配電→水泵安裝、試抽水→恢復路面(地面)→清理施工現場→降排水管理與服務。2.2.2 管井(引滲井)施工方法及技術要求 1)定井位:根據降水設計方案提供的井位圖、地下管線分布圖及坐標控制點,并參照車站永中線控制點施放降水井井位。2)埋設護筒:當采用正(反)循環方式成孔時,為避免鉆進過程中循環水流將孔口回填土沖塌,鉆孔前必須埋設鋼護筒。護筒外徑1000ｍｍ(引滲井600ｍｍ),深度視地層情況而定。在護筒上口設進水口,并用粘土將護筒外側填實。護筒必須安放平整,護筒中心即為降水井中心點。3)壘砌泥漿池:為保證鉆進過程中水流循環及保存鉆孔出渣,并且不破壞現狀路面,占路臨時施工圍擋內泥漿池,在路面壘砌單井體積1.5倍的泥漿池,泥漿池底部鋪墊塑料布防止滲水,使用完畢后用渣土車將泥漿拉走,恢復現場原貌;結構施工圍擋內泥漿池盡量設置在土方開挖范圍內,沉淀干燥后隨土方開挖拉走;結構施工圍擋內如需恢復場地原貌的,則泥漿池做法同占路臨時施工圍擋內泥漿池做法。4)鉆機就位、調整:鉆機就位時需調整鉆機的平整度和鉆塔的垂直度,對位后用機臺木墊實,以保證鉆機安放平穩。鉆機對位偏差應小于20ｍｍ,鉆孔垂直度偏差1%。5)鉆孔:若采用泥漿護壁鉆孔,在鉆孔過程中應保證孔內泥漿液面高度與孔口平,嚴防塌孔。6)換漿:鉆孔至設計深度以下0.5ｍ左右,將鉆頭提高0.5ｍ,然后用清水繼續反循環操作替換泥漿,直到泥漿粘度約為20ｓ為止。7)下管:下管前應檢查井管是否已按設計要求包纏尼龍紗網;無砂水泥管接口處要用塑料布包嚴,鋼管(施作于侵入結構的降水井點,可以起到支撐的效果)上下段焊接時要保證垂直度并焊接嚴實。井管必須確保在井孔居中。8)填濾料:填料必須從井四周均勻緩慢填入,避免造成孔內架橋現象或折斷ＰＶＣ管,洗井后若發現濾料下沉應及時補充濾料,填料高度必須嚴格按設計要求執行。9)封井:施工結束后,將ＰＶＣ管截斷至地平高度,用鋼帽蓋住ＰＶＣ管后恢復路面。2.3 異常水處理措施 為了有效預防這種異常水給工程帶來損失,應采取如下處理措施:1)當隧道或基坑開挖遇到突然出現的不明外來水時,應立即停止開挖,做引流回填,控制因出水帶出地層顆粒形成地層擾動坍塌,然后查明外來水補給源,采取尋源斷流措施;2)對出水范圍的基坑壁或隧道頂部,必須采用特殊加固措施,比如小導管注漿、局部土釘補強等方法,穩定后再繼續下步開挖。 潛水含水層殘留水處理:車站降水基本都要將開挖范圍內的潛水含水層疏干,由于受潛水含水層底板凹凸不平的影響,以及含水層中存在不透水或弱透水粘性土夾層的影響,要完全疏干潛水實際上是不可能的,在局部粘性土夾層或潛水含水層底板處會出現潛水殘留滲水面,這部分水若處理不好將帶出地層中大量細顆粒物質,使車站或隧道開挖面地層土擾動并可能發生坍塌。出現這種情況時,應放慢挖土速度,及時在坑壁做盲管導流,并在槽邊挖盲溝集水,再將集水排走。導流盲管一般采用長0.5ｍ的Φ25ｍｍ塑料管,做成花管并纏80目尼龍紗網。盲溝一般貼坑壁挖,寬300ｍｍ,深300ｍｍ。為了防止土塊掉落將導流盲溝堵塞,防止水流將基坑底細顆粒物質帶走造成基底土擾動,應在盲溝中填Φ4ｍｍ～Φ6ｍｍ礫石,并在溝底做防水處理。 對于局部加深部分的承壓水,若設計的周邊降水井能力已無法滿足加深部分的降水要求時,可對加深的部位專門設計降水井,抽水結束后對降水井必須進行封堵處理。3結語 降水施工是隧道開挖前期準備的一個必要工作,基坑開挖表明,降水效果良好,坑道干燥,降水對周邊建筑物及環境沒有造成不良影響。因此,本單位在北京地鐵黃莊車站的施工降水施工是在掌握施工現場水文地質條件,分析現有的機械設備、參照以前的類似工程所采用的一個較為有效的降水方法,充分解決了施工中的水問題,為后續工程的順利開展奠定了基礎。參考文獻:[1]沈春林.防水工程手冊[Ｍ].北京:中國建筑工業出版社,1975.89 91.[2]朱永全,宋玉香,劉 勇,等.地下鐵道[Ｊ].石家莊鐵道學院學報,2003.112 114.[3]郭勇剛,董春靈.南京地鐵深基坑降排水施工技術[Ｊ].鐵道建筑技術,2004(4):36 39.