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摘要：针对上海轨道交通某地下三层“T”型超深换乘基坑工况及水文地质特点，考虑拟建场地位于古河道沉积区，受古河道侵切和冲击，缺失⑥层坚硬土。第⑤3-2层与⑦2层分布十分不均匀，且存在水力联系。本文以以地勘报告及水文详勘报告为依据，根据水位埋深及出水量，对车站换乘基坑降水井布置进行设计，根据抽水试验及时反馈优化方案，提出了深基坑最优地下水降水方案，制定基坑降水井应急预案。
关键词：超深基坑、基坑降水设计、抽水试验
一、工程概况
本工程为上海轨道交通工程某车站地下三层“T”型换乘基坑，长度为37.7m，宽度为27.2m。车站按双柱三跨框架结构设计，车站采用明挖法施工。换乘节点底板埋深约27m，采用1200mm厚地下连续墙+600mm厚双层衬砌结构，墙长55m(含7m素砼隔断承压水)，插入比为1：0.78。
二、工程地质概述
勘察成果表明，拟建场地位于古河道沉积区，缺失⑥层，对基坑开挖造成影响的土层为①1、②、③、③t、④、⑤1、⑤2、⑤3-1、⑤3t、⑤3-2、⑦2层，换乘结构底板底部位于⑤3t层。由于古河道的冲积影响，第⑤3-2层与⑦2层分布不均匀；
根据本次勘察，揭露的⑤2层、⑤3t层、⑤3-2层为微承压水含水层，⑦2层为承压含水层，⑤3-2层和⑦2层存在水力联系。根据上海市工程实践，(微)承压水水位埋深年呈周期变化，⑤2层、⑤3t层、⑤3-2层微承压水一般埋深变化范围为3.0m～11.0m，⑦2层承压水一般埋深变化范围为3.0m～12.0m。
三、基坑降水设计
1、基坑降水设计参数
本工程降水设计水文地质参数如下表：
表3.2-1 抽水试验参数表
结合本工程岩土工程勘察报告及水文地质专项勘察，本工程微承压水第⑤2层及第⑤3t层水头按照4.66m计算，第⑤3-2层及第⑦2层承压水水头均按7m考虑。
2、基坑稳定性分析
本工程基坑开挖深度较深面临承压水突涌危险，为保证基坑开挖安全必须对第⑤2层、第⑤3t层、第⑤3-2层微承压含水层及第⑦2层承压水进行基坑抗突涌验算。
第⑤2层承压水抗突涌验算
根据勘察报告，本车站坑底下伏第⑤2层承压含水层起伏较小，层顶最浅埋深为19.3m（钻孔S7XJ1)，当第⑤2层承压水水位埋深为4.66m，承压含水层顶板处上覆土压力等于承压水的顶托压力（安全系数为1.10）时，可计算出临界开挖深度（即需要开始降压的开挖深度），γs取18.0N/m3，详见下表3.3-1：
表3.3-1 第⑤2层基坑开挖深度与安全水头埋深对应关系表
第⑤3t层承压水抗突涌验算
根据勘察报告，本车站坑底下伏第⑤3t层承压含水层起伏较小，层顶最浅埋深为23.6m（钻孔S7XJ1)，当第⑤3t层承压水水位埋深为4.66m，承压含水层顶板处上覆土压力等于承压水的顶托压力（安全系数为1.10）时，可计算出临界开挖深度（即需要开始降压的开挖深度），γs取18.0N/m3，详见下表3.3-2：
表3.3-2 第⑤3t层基坑开挖深度与安全水头埋深对应关系表
第⑤3-2层和⑦2层承压水抗突涌验算
根据勘察报告，本车站坑底下伏第⑤3-2与下部⑦2层联通，降水方案中视其同一含水层考虑，⑤3-2层承压含水层层顶起伏较小，层顶最浅埋深为38.0m（钻孔S7XZ10)，当第⑤3-2层承压水水位埋深为7.00m，承压含水层顶板处上覆土压力等于承压水的顶托压力（安全系数为1.10）时，可计算出临界开挖深度（即需要开始降压的开挖深度），γs取18.0N/m3，详见下表3.3-3：
表3.3-3 第⑤3-2层基坑开挖深度与安全水头埋深对应关系表
3、降水方案选型
基坑隔水帷幕插人降压目的含水层，采用坑内降水更为优先，降压井的过滤器不超过隔水帷幕的深度，群井抽水后含水层的地下水通过隔水帷幕底部绕流进入井内，由于地下水流程增加，水力坡度变小，基坑范围内承压含水层顶板处地下水位达到设计降深时，抽水量要比坑外降水小。坑外的承压水头下降小，对坑外因降水引起的环境影响小，坑内降水的优点得到充分发挥。
综上所述，本工程采用坑内减压降水的方式，可尽可能减少对坑外环境的影响。
4、减压降水设计
第⑤2层微承压含水层
经根据本工程目前资料，根据前述章节的抗突涌稳定性验算，本工程基坑开挖时需要对第⑤2层进行减压处理，本次降水设计中，围护已经隔断该层，且基坑部分开挖面基本已经揭穿该层，因此需要将水头降至基坑开挖面以下1.0m。
第⑤3t层微承压含水层
经根据本工程目前资料，根据前述章节的抗突涌稳定性验算，本工程基坑开挖时需要对第⑤3t层进行减压处理，本次降水设计中，围护已经隔断该层。
本工程换乘段部位基坑已经揭穿该层，因此该层与上部潜水统一考虑，采用疏干井降水，井深33m。
第⑤3-2层/第⑦2层承压含水层
根据前述章节的抗突涌稳定性验算，本工程换乘段基坑开挖时需要对第⑤3-2层和第⑦2层进行减压降水设计，在施工中根据开挖深度，按需降水。
第⑤3-2层和第⑦2层混合井井深48m，过滤器长度8m。
减压降水深井钻孔孔径650mm，井管及过滤器外径273mm。
在减压降水运行过程中，及时准确掌握承压含水层水位变化情况，控制减压井开启的时间以及抽降承压水的幅度，确保水位控制满足基坑安全需要的同时，减少降水对周边环境的影响。
由于换乘段位置减压降水幅度较大，经过计算基坑需要布置减压降水深井4口(备用1口），井深48m，滤管长度8m。水位才能满足承压水抗突涌稳定性计算的要求。
5、抽灌一体化设计
从MODFLOW软件模型计算结果分析得出：本工程换乘段承压水水位降至设计降深后，坑外最大降深约为1.5～2.9m，由此可见悬挂式抽水对周边环境影响依然较大。由于本工程周边环境的特殊性，尤其是周边居民建筑，还需在坑外设置一些回灌井，在降水同时对基坑四周进行回灌。
坑外回灌井的施工，前期可按照10m/口布置，井深50m，过滤器10m，共7口。最终根据现场抽水试验和回灌试验，以及周边降深情况等综合确定回灌井实施的方案、数量、布置间距等，并根据回灌试验确定并调整回灌压力、回灌量、回灌时间等相关参数。
6、水位观测及备用井设计
减压降水过程中，基坑内水位观测非常必要，根据水位观测井的水位变化，指导减压降水所需开启的降水井数量及开启的时间。另外，为防止施工对减压井的破坏亦需要设置备用井。
因此，本换乘基坑坑内布设1口第⑤3-2/⑦层减压备用井兼观测井。
本工程基坑周边条件复杂，环境保护要求高，为判断坑内降承压水对周边环境的影响，以及提供起闭坑外回灌井的条件，需实时监测坑外水位变化情况，坑外需布置⑤2层、⑤3t层、⑤3-2、⑦2层（微）承压水的水位观测井。
换乘段坑外⑤3-2、⑦2层承压水水位观测井兼回灌井，井深50m，过滤器10m，共7口。坑外水位观测井采用∅650大井，确保监测数据真实有效。
7、真空疏干深井设计
为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量。由于基坑挖深较大，部分开挖面已经揭穿第⑤2层和第⑤3t层，因此疏干井的深度应进入微承压含水层疏干处理。换乘段位置疏干井进入第⑤3t层。
根据经验，上海地区潜水含水层中，单井有效疏干面积a井为150～250m2，综合考虑单井有效疏干面积按220m2布置。
换乘段基坑面积约为1030 m2，共布置疏干井5口；
以上疏干井井深33m，滤管埋深5-9m，12-15m，20-26m，28-32m。
四、生产性抽水试验方案
1、抽水试验目的及要求
鉴于换乘基坑开挖深度较深，为减少降水对周边环境的不利影响，采用抽水试验的方式掌握准确的地下水位水位信息，为降水方案优化提供参考依据，并对基坑围护质量及安全作出预判。
（1）通过现场抽水试验测定承压含水层的初始水头，并判断临界开挖深度。
（2）通过抽水试验定性判定已施工的围护结构（地连墙）对含水层的隔水效果。
（3）通过抽水试验，并依据不同挖土的工况条件，细化承压水抽水运行步骤，各个工况下按需降水深度，制定挖土工况与承压水抽水协调运行方案。
（4）通过群井抽水试验，检验基坑周围排水系统的排水能力。
（5）群井抽水持续时间不少于5天，水位恢复时间不少于3天。
进行以上抽水试验必须确保获得以上数据及结论，为今后的基坑降水施工提供可靠依据。
2、试验结果与分析
抽水试验结束后，需要对抽水过程中所采集的数据进行统计与分析，试验结果统计与分析主要内容有：
（1）计算单井出水量：通过对各观测井抽水时稳定水量资料的统计与分析，综合计算单井出水量，为后期抽水运行时配备设备提供参考依据。
（2）根据抽水试验资料，验证降水方案的可行性，必要时对方案进行调整优化，以保证最佳的降水效果。
（3）依据不同挖土的工况条件，细化承压水抽水运行步骤和具体开启的井号，制定挖土工况与承压水抽水运行方案。
五、减压深井运行
抽水井个数和抽水量大小应根据基坑开挖深度和承压水头埋深要求进行控制，降水工作应在地下构筑物施工至上覆压力和地下水头的顶托力平衡后才能停止降水。停止降水的时间根据上覆压力与顶托力的平衡计算结果确定的计算结果应报送设计并取得设计的认可后，施工现场才能停止降水。降水运行期间，坑内外观测井应采用人工监测行，在水位异常情况下，人工监测频率应按实际需要进行。
注：① 承压水提前预抽水时间一般为1天，并随基坑的挖土工况再进行增开其它深井。
② 基坑内所有减压降水井均可通过开启和关闭流量节制阀来调节出水量并控制水位。
平时坑内承压水位监测，每天采用人工对未抽减压降水井以及观测井进行水位测量。
六、降水井应急预案
6.1设置备用井
降水井在实际运行中，由于各种原因，可能出现损坏的情况，而造成降水工程的中断。为了避免出现这种情况，在降水方案设计的时候，我们考虑在布设降水井的时候适当地布设若干口降水备用兼观测井。
6.2启动备用井
备用井在降水运行过程中并不一直使用，但当其他工作井出现问题时，就要立即启用备用井，立即将备用井投入使用，确保降水运行效果。
6.3配备降水备用物资
降水井在实际运行中，由于各种原因，可能出现机械损坏的情况，而造成降水工程的中断。为了避免出现这种情况，在进行物资配备时，应适当考虑配备降水备用物资，在现使用物资出现异常时，及时更换备用物资，确保降水运行的顺利进行。
七、工程降水总结
地下水降深和地面沉降是可以通过解析法和三维数值模型计算进行预测并指导实践，只有科学设计、精心施工、严格管理方可确保降水工程正常进行，以满足基坑开挖的需要。
降水安全必须有双电源保证，排水畅通，多方合作，一旦停电，地下水将直接危害基坑安全。
实践证明，在深层承压含水层中降水，由降水引起的地面沉降绝对值相对比较小，不均匀沉降更小，抽水结束后，部分沉降量可以回弹，不会对周边环境产生危害性影响。
本工程地质条件复杂，⑥层缺失，总体基坑开挖时期变形比较大。
换乘段单井出水20~25t/h，8月15日启动降压井降水，截止10月7日，降水52天，累计出水82080立方。
当坑外水位下降达到0.5m，启动回灌井，换乘段抽灌一体化运行之后，坑外水位回复到抽水前水位，6口井回灌量接近49950万方，单井平均回灌量达到8325方。
该场地含水层较多，有⑤2，⑤3t，⑤3-2，⑦2等，深层降压井的施工需要防止浅层微承压水的串通。
换乘段降压井运行时各观测井的水位埋深-时间曲线
参考文献
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论文作者:刘玥彤
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/11/11
标签：基坑论文; 含水层论文; 水位论文; 工程论文; 深度论文; 水头论文; 工况论文; 《基层建设》2018年第27期论文;