中铁二十局集团第五工程有限公司 云南省 昆明市 650200
摘要：随着我国现代化城市建设逐渐完善，城市地铁建设也逐渐成熟起来。针对于此，本人根据多年的相关行业工作经验，在此文中以西安地铁4号线大明宫北站为例，从黄土地质条件为分析出发点，通过对不同结构深度的黄土地质进行分析，采用不同方法进行施工。根据降水设计与计算的结果分析可知，如何使用更好的措施，在本文中有所阐述，希望此文能够为与本地区地质条件相同的地区的降水设计与施工提供帮助。
关键词：降水；分析与研究；施工；提供帮助；深基坑；地铁建设
根据设计深度不同，进而选择适合的降水方法，以地质条件作为基础，经过一段时间的投入使用发现降水效果良好。大明宫北，这一站在基坑开挖这一块真正达到了预期的目标。
一、黄土地层深基坑特点
1.1黄土深基坑特点
黄土深基坑具有以下的特点。第一，此站深度可达十七米左右，而前一站的基坑深度更是达到了二十二米左右。由此可见，黄土深基坑普遍深度比较大。第二，经过调查可知，此站的地下水位大约在九米左右，而前一站地下水位在十五米左右，而普遍的水位大约都在十米左右。第三，非咬合灌注桩与钢管内支撑共同作为此站的基坑围护系统，在这个围护系统中不包括无止水帷幕。第四，基坑变形的原因有很多，其中最为突出的就是黄土具有湿陷性这一特质。其对深基坑的影响可见一斑。别的地层其深基坑稳定程度，与黄土地质下，深基坑稳定程度相比较而言，还是后者占据一大部分优势。前提是没有水因素的影响，一经水那么黄土就会立刻变得湿陷起来。所以说，在有水的影响下，黄土地质就不能够很好的作为深基坑的地质。
1.2工程地质
首先从此项工程的地质出发，进行分析与研究。此站的地理位置属于渭河的1、2级阶地。拟建场地地基土的组成为：人工填土、新黄土、残积古土壤、老黄土、粉质粘土及砂类土等。
大明宫北站地层分布图
接下来以水文地质为出发点。此站附近的地层属于潜水富水区域，这片区域内的粗砂的含水层厚度在三十米左右。此区域附近的地下水位埋深在十四米作用。其中砂层部分属于强透水层。通过大气降水还有地表水的供应，地下水才得以满足。通过下表可知，中砂层的强透水性很高。各土层渗透系数见表1。
表1 地层渗透系数表
二、基坑工程与地下水
2.1地下水的概念
所谓的地下水就是存在于地表以下的水。第一，我们从水层与隔水层进行分析与研究。所谓的隔水层就是土与岩石之间的缝隙。缝隙比较大的岩石，其透水性能相比于其他的，效果最佳。同时，地下水也非常容易进入这个缝隙。所以岩层与土层我们又称之为含水层。透水性能不高的我们称之为隔水层。第二，在隔水层附近，在一定的压力之下的地下水，我们称之为承压水。其供应地方非常偏远，地下水的开采，尤其是在承压区，就会使地下水位不断下降，最后形成了一个漏斗形状的地区。这更加增大了供水的难度。与此同时，给当地的环境也造成了很大的破坏。比如使一部分土地严重变形，甚至出现裂缝。
2.2基坑工程与地下水
地下水与土地的关系非常密切。我们在进行基坑的开挖工程中，避免不了的是与地下水会面。所以，就需要提前做好防水的措施，只有提前预防才能够有效令基坑开挖工作顺利开展。在预防之前，首先要了解当地的地质条件，与地下水位的深度，还有含水层的数据等等。最后通过分析，确定地下水的动态特性之后再结合人工降水的方法，最后研究出一套最实用的的降水施工方案。
2.3地下水对基坑工程的影响
经过这几年对地下工程事故的分析与研究可知，百分之五十以上的事故都离不开地下水的因素。作为地下工程最重要的因素之一，一定要做好地下水的处理工作。就在前几年，我国某个地区的地铁基坑出现滑坡事故，给无数个家庭带来了不可挽回的伤害。
三、降水设计
3.1基坑降水主要作用
以下将对基坑的主要意义进行分析。第一，能够很好的将作业条件提升一个档次。使开挖工作顺利的进行下去。第二，将存于基坑内部土体的刚度与强度提升一个档次。第三，使土体的抗碱能力进一步提升，同时将土层的含水率降到合格标准以下。第四，便于在进行基坑开挖工作时减少坡面的角度。第五，给侧装支护工作提供一个良好的环境。第六，增加基底的使用时间等等。综上所述，降水对于施工来说，是必不可少的条件之一。如果能够有效降低水位，还能够增加土体的效应能力，这对增加基坑的强度有很好的积极作用，
降水前与降水后的实测侧压力变化图
3.2降水设计的依据
下面几条是对黄土地质的降水工程设计依据进行分析。第一，土的种类、透水层位置。第二，地下水分布和埋藏条件，动水压力及流线的分布。第三，地层渗透性，补给源及补给边界资料。第四，基坑设计方案（要求降深）、开挖施工方案 。第五，基坑外围环境（邻近建筑物、管线情况）。第六，工程特点。第七，场地及设备条件。第八，施工技术水平等情况。
3.3降水设计要求
在降水方面，有着严格的标准，具体体现在以下几个方面。第一，总水量要在符合降水目标之后达到事先规定的量。第二，在基坑内部，水位的要求是在基底一米以下的位置。第三，对止水帷幕的设计要与降水设计相结合。第四，对应急措施的设计要准确可靠。第五，对于施工的工艺要求必须符合国际一般水准。
四、基坑主要降水方法
下面将对基坑主要的降水方法进行分析。在正式开始基坑的开挖工作之前，提前在基坑附近放一些滤水管，再通过抽水设备，最后能够将水位降到坑底以下的部分。这就是井点降水法。通过使用这种方法，使土体一直处于干燥，大大减少了流砂事故的出现。除此之外，还令边坡角度提升到最佳。在基坑附近，间隔一段就设置一个井点管。通过抽水设备，把地下的水不断的从地下抽出来。抽出工作要一直进行下去，中间不能够停断。
轻型井点主要由井点管（包括过滤器）、集水总管、抽水泵，真空泵等组成。基坑边上到井点管的距离在一米左右。集水总管要在地面上面铺设。最后将这二者连接起来，抽水装置设置在总管中。
在深基坑的附近设置比基坑还深的井管，令泵将地下水不断地抽出来，最后使坑底的水位高于地下水位，这就是深井井点降水。深井井点降水有很多优点，比如不受吸程限制，排水效果好、井距大、对平面布置的干扰小、可用于各种情况、不受土层限制、成孔（打井）用人工或机械均可、井点制作、降水设备及操作工艺、维护均较简单、施工速度快。如果井点管采用钢管、塑料管，可以整根拔出重复使用等优点。这种方法也有一定的要求，比如成孔的质量一定要符合标准。并且在降水工作完成之后，比较难以拔出井管等等。最适用的土质是砂土。
通过利用钻孔，使深井成为一个井。抽水方式属于那种，一个井配一个泵类型的。适用于降低潜水或者承压能力比较小的地下水。目前，我国在深基坑降水方法的采用上面，最常用的就是深井井点。其效率极高。
降水深度一旦达到八米，就可以应用喷射井点，这种井点的降水深度可以达到二十米左右。在一些粉砂的土质中，最适合应用喷射井点。真空深井适用于那些出水量比较大的砂粒。
将负压力水与压缩空气作为工作流体的喷气井点其实，原理都差不多。通过喷射装置，将高压水射出，这时管内部的压力为负。最后使含水地层中的水朝着管里面进入。工作水与地下水混合之后，进入扩散室。这两种水受压力的作用，最后从地面出来。被低压泵排放或者被高压泵通入到井管外管内，当做工作水使用。降水深度正是通过这样的方式，使地下水持续从井点管内被排走。
各种井点使用范围参考表
五、黄土基坑降水
在我国的黄土地区，一般采用的降水法是深井井管降水，这种方法在我国已经比较完善。
管井构造示意图
降水效率最高的还是坑内降水，这种方法把降水点分布在基坑附近，除了边坡不稳定之外，没有特别大的缺点。通过对降水漏斗原理的应用，将降水井设置在基坑的外侧，能够有效的将水位下降到挖面下面的一到两米左右。基本上对施工没有影响。
通过对无砂混凝土管还有螺旋钢管的使用。滤水管的孔隙率大约在百分之三十左右。直径为十毫米的开孔，五十毫米的孔间距。
西安地铁一号线浐河站：八百毫米的井孔直径，选择六百毫米的砼滤管。回填砾石在地下一米左右。用粘土将上孔口封住。
5.1黄土基坑降水井布置
降水方案基本上可以分为3种。其中最主要的一种是明排水。其需要的设备并不是很多，施工起来也比较方便，不需要很多的资金投入。在那些土质是粘性土还有砂土可以利用。在那些基坑开挖难度比较大的工程中，应用这种方法并不是最佳。有可能引起流砂等等现象。但是，土质为黄土时，其降水工程就是另外一种方式了。其降水难度大并且需要标准的水位，不能超过二十米。
5.2四号线试验段降水井布置
在桩线外面一米的位置，设置基坑围护。处于中间部分的井深，选择那些三十米，以供布置十三口井。剩下南北部分，分别设置二十三米，七口井、二十二米，六口井。将降水方案与换乘节点去区优化方案整合到一起，最后需要设置二十四口降水井。十三口设置在换乘节点基坑内。基坑附近设置十一口井。三十五米作为井的深度。
5.3降水井布置
距离基坑围护桩线两米的位置，设置深管降水井。车站主体基坑共布置28口降水井，避开出入口、风亭等位置。西北两端头基坑边各设置1口管井。
六、降水施工
6.1施工流程
具体详细施工流程见下图。
七、降水管理
在降水管理方面，一定要用几名专业的工作人员在岗。其工作内容主要就是间隔一段时间检查降水流量等等数据。除此之外，将记录的数据技术汇报给自己的上级。做到问题第一时间提出，第一时间处理。按照水泵的最大流量进行降水。每天的检查工作还需要记录降水井端部砂层沉淀的厚度。及时进行清理工作。抽水也要及时记录。开始降水与停止降水的顺序是不一样的，首先降低降水井的出水流量，进而再一次关上降水井。使其逐渐停止降水工作。井口要一直被遮住，因为外界有很多杂质，避免污染水源。基坑降水之前，在基坑的四角外15m处各设一个沉降观测点。以四等水准测量的精度确定出沉降点的原始标高，做好记录，往返测量的高程误差为±1.0mm。
降水施工流程图
八、降水质量控制要点
第一，降水施工方案的设计一定要以工程的特点作为出发点。争取制作一个合理的可靠的方案。第二，若想保证井壁管围填砂等等质量过关，就务必让专业的人员进行检测。第三，对于工作人员要第一时间告知他们工程的性质，与关键点。使他们在施工时能够有的放矢。只有这样才能够保证最后的成井质量。
九、结束语
根据地铁近几年来发生的事故显示，地下水的问题是隧道和深基坑施工时常遇到的，近几年来据地铁事故调查，其中设计原因导致的事故和施工的原因导致的事故占比例分别是百分之四十六和百分之四十一，因为水害引发的这些事故占百分之七十以上。事故发生的主要原因就是因为地下水的存在，这就容易导致土体的物理力学参数发生改变，设计的不确定性因素增大了；如果我们在施工当中不能很好的解决水的问题，很容易产生这些事故：流砂、管涌、坑底隆起、边坡失稳、坑壁坍塌等。尤其是特殊的黄土本身物理力学性质，黄土中的柱状节理发育，较差的粉粒吸水性，因此导致黄土在竖向具有较好的渗透性，它的地表水份迅速下渗，但是它的水平方向渗透性比较差，水平向渗透系数又较小，并且具有湿陷性、水敏性、结构性等这些特性。因此，我们对黄土地层降水设计及施工认真进行研究，所以要时刻总结黄土地层降水的方式方法，这对我们的施工有很大的帮助。集水明排、坑外降水和坑内降水三种为地铁明挖车站降水方案。基坑内的水比较容易用明排方式疏干。粘土适用于渗透系数比较低的土层使用，采用止水帷幕以后。但在基坑开挖深度较大时，采用集水明排法降水可能引起流砂、管涌、坑底隆起和边坡失稳等现象。将降水点布置在基坑范围以内属于坑内降水，所以降水的效率最高；形成动力水是将坑外水流向坑内，稳定边坡不利于。所以设置了围护结构和止水帷幕的基坑，坑内降水自然就不会影响坑外水位的变化，有利于环境保护，非常适合于建筑物和对沉降要求较高市政管线。设置一道或几道降水井是指坑外降水，坑外降水是在基坑外侧，它主要利用于降水漏斗原理，这是一种比较经济的方式方法，具有比较小的施工干扰，可以采用坑外降水方案的是针对环境保护要求不高的基坑工程或降水引起沉降不大的地区。黄土地层降水工程有着很大的特殊性，与其他地区降水工程相比，特别是黄土加砂地层，具有难度很大降水，尤其将水位降至到地下二十米以下，我们要不断加大在此的方面的力度。这就要求我们在选择方案时，一定要完全摸清楚当地的地质条件，进而设置一个完美的施工方案。除此之外，施工人员的经验也是很重要的，由于当地的地质条件复杂等等情况，这就需要交给那些专业性技术性比较强的施工队伍来完成。还有就是对于降水情况的检测，一定要及时到位。这样做能够极大程度的建设事故的发生。保证工程能够顺利进行下去。
参考文献
[1]杜磊；黄土地区深基坑降水引起的地面沉降规律研究[A]；铁道标准设计；2013，（02）
[2]范新明；西安地铁车站黄土地层深基坑施工降水技术[J]；城市轨道交通研究；2010年06期。
[3]李鸿宾；地铁车站深基坑开挖降水技术[J]；四川建筑；2011年06期
[4]于圣平.黄土地区深基坑降水对周边建筑物沉降分析[J].甘肃科学学报，2015（3）
[5]林卫东.西安地铁凤栖原车站深基坑施工降水技术研究[J].铁道工程学报，2013（01）
论文作者:刘珂
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/12
标签：基坑论文; 黄土论文; 地下水论文; 地层论文; 深基坑论文; 地质论文; 工程论文; 《防护工程》2017年第35期论文;