摘要：深基坑通常就是开挖深度超过6m的基坑，而在二十世纪八十年代，国内基坑开挖工程项目的深度都不超过5m，只要采用普通的施工技术设备与降水控制技术就可以满足实际的使用需求。但是，在建筑工程项目需求不断变化的基础上，施工技术也随之进步，因而不同类型的开挖深基坑工程项目数量也更多。而在地铁施工建设中，深基坑施工的作用不容替代。而深基坑降水则是开挖施工的关键性技术，对水分予以充分利用以更好地使土体固结，同时，土体强度也能够得以增强。为此，必须要深入研究地铁深基坑降水控制技术的相关问题。
关键词：地铁深基坑；降水技术；应用
1地铁深基坑降水控制技术的特点阐述
与其他类型的建筑工程项目比较，地铁的施工作业，特别是深基坑降水方面，要比普通建筑深基坑降水控制技术的要求更加复杂。其中，最明显的特点可以表现在以下几点：
（1）难度相对较大。地铁工程实际施工中，由于地铁施工的区域处于地下深处，所以，交叉地点接近的问题很容易出现，使得深基坑降水施工难度随之增加。
（2）降水控制技术含量较高。对于地铁深基坑降水控制技术而言，在实际施工当中经常会遇到多层潜水的问题，如果工程的降水区域相对较厚且管道相对复杂，那么将直接干扰深基坑降水控制的施工作业效果。在这种情况下，必须要合理地运用高技术含量的施工技术。
（3）风险系数较高。对于地下深度较深的地区，施工地质环境也更加复杂。其中，在施工的整个过程中，安全风险的种类也更多，对深基坑降水控制技术的应用产生了一定程度的影响。
2地下水对基坑工程的危害
对地下水处置不当是多数地质灾害或岩土工程中事故发生的主要原因之一。基坑施工时，地下水的处置不当造成施工场地大量积水，引起土的含水率提高，会导致非饱和土的基质吸力减少。土中部分矿物遇水软化，土体结构破坏；产生孔隙水压力导致有效应力减少，强度降低，可能出现基坑边坡失稳等问题。地下水对基坑工程产生危害的主要表现形式为:渗透破坏，包括流砂、流土导致的地层损坏，管涌、潜蚀现象引起的地层损坏；坑底突涌导致的基底土层破坏等。
2.1渗透破坏
渗透破坏（seepagefailure）也称为渗透变形（seepagedeformation）或渗透失稳（instabilityduetoSeepage），关于渗透破坏及其基本形式包括流砂、流土、管涌、潜蚀现象等概念的表述，国内外岩土工程界仍存在差异。其实无论从哪个角度定义，分析起来可以得出，造成此类破坏的原因都是有水渗流时对土体的稳定性造成危害。
（1）流砂、流土。流砂和流土的概念平常容易混淆，片面理解为砂土的流失即为流砂，事实上两者还是有区别的，流砂的含义更为广泛。流砂指的是土体被地下水饱和后，因为水头差的存在，在动水压力作用下使得土体中的松散颗粒悬浮或随水流动的现象。流土普遍接受的定义是指在方向为向上的渗透水流作用下，一定范围内的表层土体或颗粒同时悬浮移动的现象。流砂与流土的区别在于流土出现的渗流情况为垂直方向上，但是流砂可以发生在任何方向上。流砂发生区域其土质为砂性土并且多为级配均匀颗粒较细的粉细砂。其现象为松散颗粒同时从类似管状的通道中被流动的水带走，可能引发的危害有基础发生滑移和不均匀沉降、基坑坍塌、基础悬浮等。
（2）管涌。管涌指的是水力梯度较大时，地下水达到一定渗流速度后，土体中粗颗粒间的细粒土被渗流力冲走，使得土体内逐渐形成贯通的渗流管道，最终导致土体塌陷，地基土变形、失稳的现象。管涌是沿着渗流的方向发生的，渗流力不一定向上。管涌破坏有一定的发展过程，可以发生在土体的表面位置，也可以是土体的内部，这也是与流砂的简单区别，流砂一般发生在土体的表面溢出处。为了防止管涌的发生，一方面可以通过降水，减小水头差降低水力梯度另一方面也可以在水流溢出处设置反滤层。
（3）潜蚀。除了人们工程活动可能引发的渗透破坏以外，自然界中在上述类似管涌发生的条件下也可能发生渗透破坏，为以示区分，通常称为潜蚀（又称溶蚀）。潜蚀大致可以分为两种，一种是机械潜蚀，另一种是化学潜蚀。机械潜蚀指的是渗流力把较细的土颗粒冲走而形成的管道，是物理变化；化学潜蚀指的是土体中含有易溶盐或胶结物的土颗粒在地下水作用下被溶解，使得土体松散形成管道，两种潜蚀通常是同时发生的。长期潜蚀作用会导致地下通道的形成，而且会越来越大，形成通道群，以致土层塌陷、失稳。
2.2基坑突涌
突涌指的是当基坑所处位置存在承压水时，随着基坑开挖深度增加，承压水上方不透水层覆土厚度减少，当减小到覆土的自重应力小于或等于承压水的水头压力时，基坑底板被顶裂或冲毁的现象。
基坑突涌的表现形式有:地下水从坑底的缝隙中逐渐流出，缝隙越来越明显，而且水的流动会带走部分土颗粒；基坑底部发生流砂现象，导致边坡失稳；基坑出现类似“沸腾”的涌水现象，使得坑内出现积水，地基土受到扰动，围护结构产生变形甚至完全破坏，周围地面沉降量增大乃至塌陷，房屋歪斜、垮塌，管线被破坏等。
当基坑底部的不透水层较薄且承压水头较大时，验算发现不能满足坑底稳定性要求时，可采取以下措施:设置隔水挡墙或止水帷幕隔断承压水层；用井点法降低承压水水位，减小坑底水头压力；当基坑施工环境不允许降排水时，需要采取对坑底土层进行加固处理的方式，加固方式有化学注浆法、高压旋喷法等。
3基坑降水对地面沉降影响的机理分析
基坑降水引起的渗透固结与超载固结不同，可从受荷面积和应力、受载情况、变形机理、沉降结果等方面分类对比，分析如下:
（1）从受荷面积和应力变化看，降水引起的渗透固结影响范围大，其区域可达上千米，应力出现变化的区域一般都会有沉降发生；超载引起的固结受荷面积小，影响范围相对较小，应力随深度增加而减小。
（2）从受载情况看，前者作用力一段时间内逐渐增加，且变化幅度较大；后者荷载来源于建筑物，施工完成后基本不再变化。
（3）从变形机理看，前者土层的总应力一般不变，降水引起渗透压力的变化使得土体应力变化，隔水层中孔隙水压力降低，有效应力增加，土体更加密实，引起地表沉降；后者加载瞬间，荷载由孔隙水压力承担，转化为土体有效应力，产生沉降。
（4）从沉降结果看，因不同地层渗透能力有强有弱，降水引起地表发生沉降时弱透水层要比承压水头的变化慢，导致沉降发生的区域要比地下水头下降的区域小；超载固结一般有效应力和固结度都可达到最终值，超静水压力消散至平衡状态。
降水位置位于弱透水层上方时，其影响结果是浮托力降低，当该透水层上方为砂和水覆盖时，一般会引起浮托力消失。比如采用浅层井点法进行降水，伴随潜水位的降低，浮重度变为饱和重度，这部分重量差即为有效应力的增量。基坑降水长期作用会促使地下水降落漏斗的形成。承压水被抽取后引起含水层组中孔隙水压力的降低，有效应力随之增加，从而土体变得更加密实，也就出现了基坑周边的地面产生沉降的情况。沉降的范围、大小和速率受地质条件、含水层水力联系、基坑隔水帷幕插入含水层的位置、抽水时间、水头降深和抽水量等因素的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆某些情况下地下水位的下降对不同地层影响效果不同，表现为各地层沉降的速率不一致，这些问题都是当前研究的热点。
4地铁深基坑降水技术
4.1降水井施工的准备
4.1.1施工技术的准备
（1）向设计单位和监理工程师提供详细的图纸和补充图纸的计划。
（2）在规定的时间内向监理工程师报送施工进度表和施工机械设备表。
（3）备齐施工过程需要的表格，包括开工申请表、设备和材料报验单、施工记录表、水位观测记录表，此外要对各种检测仪器和设备进行标定。
（4）技术负责人需向施工人员进行技术和安全交底。
（5）将施工方案中的两表三图（包括工期横道计划、地层剖面图、井身结构图、场区平面图、岗位职责表等有关图表），放在办公区域的醒目位置。
4.1.2降水施工的现场准备
（1）充分了解地平以下的障碍物和管线。
（2）根据设计内容进行点位放线，测量井的位置，并将井位放线测量表及时向有关部门报送进行核验。
（3）若将施工用水引至现场，必须选好排水口并确定好排渣场地及运输车辆。
（4）安排好人员做好设备进场前检查和验收，材料样品应及时报验，设备的停放和材料的堆放场地应妥善安排。
4.1.3劳动和组织的准备
（1）施工现场必须配备足够的施工技术人员、特殊工种施工人员和现场工程师。
（2）技术部门的相关人员负责降水工程中的成孔、下管、填砾等技术工作。
（3）降水工程中电工、电焊、吊车工、司机、钻机操作等关键工种的工作应由特殊工种施人员负责。
（4）现场施工的成井质量、降水效果、工程洽商、资料收集、协助降水竣工报告的编写应由现场工程师负责。
（5）应对施工技术人员和特殊工种在进场前进行技术培训，在培训考核合格后方可进入工作岗位。
4.1.4设备和物资的准备
（1）对施工设备进行全面检修，确保设备完好比达到1:1；并依据施工机械工器具的数量和特点，在施工前准备充足的备用机械和工器具，确保工程施工的连续进行。
（2）应与信誉良好的材料供应厂商签定合同，对于需要实验检验的材料应及时送有关部门进行检测鉴定，通过筛选取优质材料，坚决杜绝不合格的材料进入施工现场，对于需要报验的材料应及时报送给监理，并确定供货的厂家和规格品种。
4.2降水井的施工
（1）放位。按照设计的要求和井位平面图的布设置井的位置并测量地面的标高，井位与设计要求的偏差最大不超过100mm，如遇到井位遇有地下障碍物需进行破碎的情况时，若因障碍物影响而与设计要求的偏差过大时，应及时与设计人员协商。确定井的位置应由专业的测量施工人员进行，井的位置应设置显著的标志，以便观察，必要时应采用钢钎打入地面以下300mm，同时灌入石灰粉，定位完毕后请监理工程师进行验收。
（2）挖设泥浆池。根据现场施工场地的条件在基坑内部距降水井3m处挖设泥浆池，每2～3口井需共用一个泥浆池。局部加深区域使用的泥浆池尽量做止水帷幕。废浆则应及时运出场外并将其妥善处理，力保现场环境卫生整洁。
（3）挖设探孔。在井位处挖探孔以便于清理井底的障碍物，探孔直径为800mm，深度在1.0～1.5m之间，当井口土质松散时，必须设置护筒以避免因泥浆浸泡和冲刷而导致的孔口坍塌。
（4）成井孔。管井采用反循环钻机成孔，底层自造浆护壁。井的直径不小于600mm，井孔形状应保持圆正且垂直，孔的深度与设计井的深度偏差在500mm范围内。施工过程中应严格控制水压和钻进速度等施工工艺参数。
（5）井内换浆。在井管下入之前，应注入清水来置换泥浆，并用水泵、捞砂管将沉渣抽出，使井内泥浆的密度保持在1.05～1.10g/cm3的范围内。
（6）放井管。井管（井管采用无砂硷管）放置在混凝土预制托底上，在井管底部中间设置导中器，四周栓设8号铁丝，下放时速度要缓慢，在下放至管口与井口相差200mm时，将上节井管连接，并用尼龙纱在接头处缠裹，以免挤进泥砂导淤塞致井管，竖直方向用2-4条30mm宽的竹条来固定井管。然后在下管前将井管依方向立直以防止上下节错位。吊放时要注意井管垂直，并保证井管在井孔中心，井管要高出地面200mm，井口加盖，以防止雨水泥砂或异物流入井中。
（7）填滤料。首先吊装井管就位，然后及时填充过滤材料，含水层的滤料为直径在3～7mm之间的碎石，将碎石均匀填满管的四周，为防止架空填料大于等于设计填料量的95%。
（8）洗井。一般采用压缩空气的方法进行洗井或者用吊筒反复上下取出泥渣的方法进行洗井，再或者综合压缩空气和潜水泵的方法进行洗井。应在成井后4～8小时内进行洗井，以免过长时间护壁的泥皮老化难以破坏，影响渗水的效果。洗井后可进行抽水试验，确定单井出水量和水位的降低能否满足设计的要求。
（9）水泵的安装。用绝缘材料绳吊放潜水泵。首先安装并接通电源，然后铺设电缆和电闸箱，保证单井单控电源，同时安装自动抽水装置和漏电保护系统。
（10）铺设排水系统管网。紧沿暗井内壁，埋设型号为中219mm的排水管，水力坡降为5%，埋于地下≥1600mm的深处，抽排水经过集水总管排入雨、污水口。
（11）抽降。首先联网抽降然后及时连续抽水，中途不得有间断，水泵、井管维修应按顺序逐一进行。在抽水初期，由于抽出水量比较大，为防止排水管网排水的能力有限，可以间隔一段时间逐一启动水泵。在抽水开始后，施工人员应做抽水试验，检验单井的出水量、出砂量以及含水层渗透系数。当出砂量过大时，可以将水泵上提，若出砂量仍然较大，则应重新洗井或停泵补井。
（12）水位的观测。应在每个工点设置水位观测孔。抽水前应观测静止水位，抽水开始一星期内每天早晚各一次观测水位，水位一星期后达到稳定则可以每天观测1次，直至基础施工完毕，每周观测1次基坑开挖至槽底后的水位。雨季期间和雨后需加强观测的特殊情况每周观测2次以上。
（13）抽降和维护。现场保证有≥10台备用降水泵，现场降水人员必须及时更换不能正常工作的水泵以保证抽降效果满足设计要求。降水人员应分为两班轮流值班。电工每天必须有电工记录，每天早晚分别检查现场的降水线路，以保证现场降水用电安全。按期清理降水管线和沉淀池里的泥沙，保证排水线路的畅通。
（14）封孔。降水管井完成使用目的后，应首先切断电源，拆除井下水泵、电缆和泵管。为防止潜水污染下层层间潜水，采用粘性土回填至井口2.0m处。应用C15素混凝土回填距井口2.0m以上的部分，并捣实，按原地貌恢复近地表部分。应在回填石屑后间隔3天再回填混凝土。
5降水施工质量的保证措施
为保证降水管井的质量，满足有效降水3～4年，应加强以下的内容:
（1）施工技术员要核查降水井孔位、孔径和垂直度，确保每眼井的位置都满足设计要求，特别是成孔的孔径大小、垂直度；成孔后应检查替浆效果（泥浆的稀释，沉渣的减少量和降低孔璧泥皮的厚度）。
（2）在成孔安装砂管之前，通知监理部门检验孔底标高、尺寸、土质和岩性进行，合格后应及时封底。如发现地质情况不符合设计时，要与设计和监理共同研究后再处理。
（3）砂管安装完成后，应立即洗井，直到满足设计和规范要求时方可结束。下管、填料后应及时进行洗井，如遇到特殊情况如上路施工，成井、洗井的间隔时间应小于8小时。应根据洗井效果确定洗井的时间，一般洗井时间应大于6小时，当抽上来全部是清水，且没有浑浊现象时可停止洗井。
（4）质检员应检查降水井施工的每一道工序，按技术交底要求、设计要求和施工规范要求严格监督施工作业人员施工。
结语：地铁深基坑降水技术的研究对工程项目具有的重要的意义，随着降水技术的不断改进，降水的控制措施更加完善，使得基坑工程质量更加的安全可靠。继续探索研究新的降水技术将对基坑工程的带来深远影响。
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论文作者:蒲梁竹
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/6
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