摘要：地铁施工，解决地下水问题是确保工程建设安全的关键点。遇粉细砂地层，采用常规管井或旋喷注浆止水帷幕虽可解决大范围的地下水，但是在粉细砂与粘土层等弱透水层间仍存在残留界面水。本文通过对实例进行分析总结，解决了明挖基坑粉细砂地层常规降水不能有效疏干地层界面水问题，提高了施工效率，保证了基坑安全，为同等或类似地质条件下的地下工程研究及施工提供借鉴和参考。
关键词：富水粉细砂；界面水；真空泵；涌水涌砂
前言：北京地区处于砂卵石层集中地带，且水位较高，一般在地下6米左右。基坑开挖采用坑外管井降水不能将地下水完全疏干，透水层与不透水层界面时仍出现界面水。基坑桩间土开挖后使粉细砂液化流失，容易很快形成空洞，影响土方开挖和喷混作业，形成安全风险。
采用基坑内水平真空排水方案，能有效解决粉细砂层界面水问题，避免由于桩间涌砂造成空洞，降低基坑坍塌风险，确保土方开挖及喷混正常施工，节省喷射混凝土，缩短工期。
1.工程概况
1.1工程简介
北京地铁17号线工程土建施工02合同段为一区间：天通苑东站~天未区间盾构井（不含）区间。1号风井采用明挖法施工，采用φ1000@1400钻孔灌注桩+钢内支撑体系围护结构，共设3道钢支撑1道换撑；主体为2层钢筋混凝土框架结构，结构尺寸长77.9m，宽23.9m，盾构井段基坑开挖深度21.3m，标准段基坑开挖深度19.8m。采用基坑外降水，降水井采用φ600@6000管井，井深31m。
1.2地质情况
本区间自然地面下至55m深度范围内地层以粘性土、粉土及砂土层为主，分布有连续的卵砾石层。一般自上而下可分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类，表层主要以厚2m人工堆积的粉土素填土、杂填土为主；地面以下2m～10m为粉细砂及砂卵石层，向下至基底为第四纪沉积粘性土、粉土，该组地层土质结构较好，土质均匀，物理力学性质较好。
地质水文剖面图
1.3水文情况
本工程赋存五层地下水，地下水类型分别为上层滞水（一）、潜水（二）、层间水（三）、承压水（四）和承压水（五）。本标段潜水（二）主要接受大气降水及侧向径流补给，以侧向径流、越流和人工开采的方式排泄；层间水（三）、承压水（四）和承压水（五）主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、向下越流补给的方式排泄。地下水位位于地下6m处。
2 降水方案
基坑降水采用管井封闭降水方案，降水井在基坑外沿围护结构外轮廓3m布置，降水井井径600mm，井管外径400mm，壁厚50mm，井深31m，共41眼。
3.工程施工情况
前期2个月进行降水井施工。5个月后基坑开挖至地面以下约10m，标高约22.1m（第二道钢支撑位置）。围护桩间存在层间界面水，从基坑侧壁渗流，影响土方开挖。
（1）桩间网喷施工的时在渗漏水位置采用小导管加滤网进行导流，汇至水管集中排出基坑。
安设引流管 更换水泵
（2）检查降水井降水效果，对出水量不大的降水井重新洗井，对水位较高的降水井更换大功率水泵。
（3）土方开挖至地面下14.5m，因受天气寒冷以及层间水量影响设置引流管多，且喷混面渗流水现象严重。邀请专家及参建单位与降水队伍就降水问题再次进行研讨，决定在渗流水最严重的A8-A10喷混面对应的基坑外打设引渗井。
降水问题研讨 打设引渗井
（4）随后打设引渗井3眼，深度均为22m，基坑内出水量控制效果不明显，停止打设引渗井。
4.施工工艺
4.1技术原理
水平多孔真空抽水技术在基坑内围护结构侧壁上向含水层与隔水层间斜向下钻孔打设井管，井管底端深入不透水层并封闭，上部井管钻孔并使用滤网包裹，使用水泥砂浆将管周密封，将分井管集中连接至真空泵，分别在每路井管上安装阀门，使用压力表检查真空压力，调节每路井管阀门大小，利用真空泵叶轮转动在地层外侧形成负压，使地层中的界面水主动排出，达到疏干地下水的目的。工艺流程见下图。
图4.1 施工工艺流程图
4.2操作要点
4.2.1施工准备
挖掘机平整基坑内护坡土开挖面，搭设脚手架，在渗水层位置上方搭设施工平台。选择管路铺设位置，考虑真空泵的功率，计算水管的长度，确定抽水水流方向及出水口位置。
4.2.2井管定位
在网喷面上精确定位围护桩间位置，避免将井位打在围护桩上，在含水层上方测放井位，使用钢钉及彩旗固定在网喷面上做好标识。
4.2.3钻机成孔
使用手持钻机在施工平台上向桩间斜向下钻孔，钻进方向与垂直方向夹角宜为20°～45°，钻杆采用Φ25mm不锈钢管，成孔孔径约7-8cm。钻孔过程中根据芯样及钻进翻浆判断地层分界面位置，具体深度根据地层确定，伸入不透水层1m。见下图。
图4.2 真空降水剖面示意图
4.2.4井管制作
井管为32mm直径PVC管，井管底部封闭，距离底部0.5m处钻孔，钻孔长度0.5m，每间隔5cm钻φ6mm对应两排螺旋状滤孔。为避免滤孔堵塞及砂土流失，管壁外包两层100目尼龙布作为滤网。如图“图4.3 井管制作示意图”。
图4.3 井管制作示意图
4.2.5下放井管
根据钻孔深度，将滤管缓慢插入井孔中，使有滤孔部分全部进入粘土层，如遇塌孔采用水冲法将孔疏通。井管露出网喷面长度满足连接真空泵距离。
4.2.6井点密封
井管安装就位后在管与井壁间回填2-4mm滤料，井口最上端10cm使用水泥砂浆进行封闭。
4.2.7连接真空泵
每8根井管集中连接至1台真空泵，连接真空泵前分别在每路井管上安装阀门，确保井管、阀门、真空泵间连接密闭不漏气。
4.2.8安装压力表
在真空泵主管上安装-0.1MPa压力表，使用压力表检查真空压力。
4.2.9调试抽水
井管与集水管连接完成后需进行试抽，检查管路是否漏气。抽水真空度宜控制-0.06MPa～-0.08MPa。如管路密闭即可开始抽水。真空泵自备集水箱，集水箱内水量增加后自留至集水桶，每3-4台真空泵汇集至1处集水桶内，通过集水桶内潜水泵将水抽至排水沟排出。见图4.4。调节每路井管阀门大小，确保真空泵集水箱不溢流，漏气井管应关闭阀门后重新打设，避免影响其他管路抽水。
通过水平真空排水，基坑侧壁无湿渍，基坑开挖无水作业。真空排水效果见图4.5。
图4.4 集水桶安放示意图
图4.5 真空抽水效果
5关于界面水处理的进一步思考与研究
5.1施工总结
水平多孔集成真空排水施工占用空间较小，对周边环境影响小，操作简便，施工效率高，一台真空泵可连接多根管，既能满足排水效果，又减少了投入，降低了成本。
井管内不需设潜水泵，仅利用外接真空泵形成的负压，将水从不透水层界面上吸出。降水机具材料可以循环利用，节能减排。
水平多孔集成真空排水避免了由于桩间出现空洞造成涌砂，降低了基坑坍塌风险，确保了土方开挖及网喷正常施工，降低了网喷回弹量，节省了预拌混凝土，缩短了工期。
该施工技术处理不同地层间界面水直接有效，取代了管井降水对地下水的大量抽取，减少了降水量及水资源的采取。
5.2技术水平及推广前景
随着全国地铁市场的快速发展，明挖法基坑较多，地层间界面水普遍存在且难以疏干。目前该技术已在北京地铁17号线逐渐推广应用，其前景将十分广阔。同理，该技术适用性较广，暗挖施工中遇到类似地质时，运用该技术亦能取得良好效果。
参考文献：
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[6]牛运君，郭宝君《洞内真空降水在地铁隧道粉细砂地层疏干界面水中的应用》《建筑技术》，2017，48（6）：603-605
论文作者:孙阳阳,张海岩,孔白雪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
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