地铁车站主体基坑降水施工方案.docx
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地铁车站主体基坑降水施工方案
范湖站主体基坑降水施工方案
一、方案总说明
1.1工程概况
范湖站位于汉口青年路与常青路道口南侧，本站为地下两层、十米岛式站台车站，车站外包尺寸为184×18.5×12.71m（长×宽×高），车站顶部覆土约3m，车站采用明挖法施工。
主体基坑南北两端端头井尺寸均为13.7m×22.9m，标准段基坑尺寸为156.6m×18.5m。
现状路面顶面高程21.1m~21.5m，标准段基坑基底高程为4.8m~5.2m，挖深约16m；端头井主体基坑基底高程为3.7m~4.0m，挖深为约17.5m。
1.2周边建筑
范湖站主体结构周边建筑物特征一览表1-1表
名称
楼层
结构
基础
距基坑距离（m）
现状
类型
深度
车站东侧商用楼
1~4
砖混
条基
不明
11~14m
完好
东侧住宅楼
4
砖混
不明
不明
20m
完好
西侧商用楼
1~4
砖混
不明
不明
50m
完好
1.3周边管线
地下管线分布情况主要如表1-2所示。
管线状况一览表表1-2
序号
型号
用途
埋深
位置
备注
1
铸铁，φ600
给水
1.0
南北向，距东侧7m
2
砼φ500
排水
0.6
南北向，距东侧4m
3
砼φ500
排水
1.5
南北向，距西侧20m
1.4工程地质
根据钻探资料及土工实验成果，场区地层自上而下划分为：
第一单元层为填土层（Qml）；第三单元层为第四系全新统冲积（Q4al）一般粘性土及砂土、粉土、粘性土互层；第四单元层为第四系全新统冲积（Q4al）砂土层，下伏基岩（15）、（20）单元分别为白垩～下第三系（DNK-E）和志留系（S）岩层。
其工程地质特征及空间分布情况如下：
（1-1）层杂填土（Qml）：
松散，由碎石、砖渣、煤渣及少许粘性土组成。
该层连续分布，层厚约0.9～3.2m，高程21.3-19.0m
（3-1）层粘土（Q4al）：
黄褐色～灰褐色，可塑，中压缩性，含铁锰氧化物。
该层连续分布，层厚0.5～2.8m，高程19.7-16.4m。
（3-3）层淤泥质粉质粘土（Q4al）：
黄褐～灰色，软～流塑，高压缩性，含少许有机质及粉粒。
该层连续分布，层厚3.3～7.6m，高程19.3-11.4m。
（3-4）层淤泥质粉质粘土夹粉土（Q4al）：
灰色，软～流塑，中压缩性，夹少许有机质土，中部多夹粉土及粉砂薄层。
该层连续分布，层厚2.4～8.6m，高程12.8-8.4m。
（3-5）层粉质粘土、粉土、粉砂互层（Q4al）：
灰色，中压缩性，以粉质粘土、粉土为主，粉质粘土呈软塑状态，粉砂呈松散状态。
含云母、石英等、腐植物。
该层分布不连续，层厚O.5～5.1m，高程9.5-4.5m
（4-1）层粉砂夹粉土（Q4al）：
灰色，稍～中密，中压缩性，层中多夹粉土、粉质粘土薄层，含长石、石英、云母等。
该层分布不连续，层厚0.9～6.7m，高程7.2-1.4m。
（4-2）层粉砂：
灰色，中密，少夹粉质粘土薄层。
含长石、石英、云母等。
该层连续分布，层旱6.4～12.3m，高程5.5~-6.2m。
（4-2a）层粉质粘土（Q4al）：
灰褐色，可塑，夹粉土薄层。
该层分布不连续，层厚0．6～2．0Ⅲ。
该层分布不连续，层厚0.7～0.9m。
（4-3）层粉砂（Q4al）：
灰色，中密，中下部夹有粘性土薄层。
含长石、石英、云母等。
该层连续分布，层厚7.1～11.1m。
（-4.126--16.00）
（4-3a）层粉质粘土夹粉土（Q4al）：
灰色，流塑，层面上夹有粉土、粉砂薄层。
该层分布不连续，层厚0.6～4.6m。
（4-3b）层粉砂（Q4al）：
灰色，中密，中压缩性，含长石、石英、云母等。
该层分布不连续，层厚0.8m。
（4-4）层粉细砂（Q4al）：
灰色，中密～密实，由上往下砂土颗粒逐渐增大，底部少数孔有粒径多在2～8cm，呈次圆状的砾卵石。
该层分布不连续，层厚1.5～10.8m。
（4-4a）层粉质粘土：
褐灰，可缩，层中夹有粉砂、粉上薄层。
该层分布小连续，层厚0.5～2.1m。
（15b-1）层强风化含细砂岩（DNK-E）：
灰绿，坚硬，砂质结构，块状构造，为半成岩。
该层分布不连续，层厚O.7～5.0m。
（15b-2）层中风化细～中砂岩（DNK-E）：
灰绿，坚硬，砂质结构，块状构造，岩石较完整。
该层分布不连续，层厚2.6～7.1m。
1.5水文地质条件
场地地下水可分为上层滞水和孔隙承压水两种类型。
上层滞水赋存于近地表的杂填土层中，其主要补给来源为大气降水、生活用水等，上层滞水对车站的施工不会构成严重威胁。
孔隙承压水主要赋承于粘土层与基岩之间的砂、砾石层中，为场地内主要承压含水层，含水层厚度约达30m。
该含水层与长江水体具水力联系。
本场地孔隙承压水将对车站的施工构成严重威胁。
降水设计主要是针对场地下孔隙承压水的。
根据区域水文地质资料，该地段承压水水头年变化幅度约为3m。
降水设计时场地承压水水位标高按20.0m考虑。
二、降水设计方案
2.1降水方案概述
地下赋存的承压水顶板埋深相对较浅，而场地承压水水头高。
根据水位计算，在车站施工时将出现突涌，为确保施工期间安全，应对场地地下水的危害采取有效措施进行处理。
经各种技术、经济对比分析及根据武汉市地下水处理的成功经验，该场地最经济可行的承压水处理方案为采用深井降水方案。
对于上层滞水采用采用帷幕隔渗，因本场地支护结构采用地下连续墙，可有效的隔段上层滞水，基坑内的明水可采用明沟抽排。
2.2降水目标
本工程开挖面底标高为1.7（废水池）~3.7m（北、南两端井），5.0米（标准明挖段）。
基坑降水设计时场地承压水水头降低设计时先按标准段设计,为安全起见，当端头井开挖时可启用预留降水井将南北两端承压水水头降低至坑底。
制定这样的降水目标能保证既安全又能达到最经济。
降水设计时场区承压水位标高按20.0米考虑，为使基坑开挖到设计基底高程时干燥，拟设计在正常降水时能将场地承压水头标高降至3.0~3.5m，特殊情况时能将场地承压水头标高降至0.0~3.0m。
实际运行时可根据工况与实时情况将场地承压水头标高降至合理的标高。
2.3基坑涌水量估算
本场地降水设计时，承压含水层的水文地质参数取值如下：
K=15.5m/d,
R=160m
据此采用经验公式估算涌水量。
经计算欲达到所制定的降水设计目标，本工程正常降水时基坑涌水量约为：
33000T/D。
2.4基坑降水井数目确定
由于降水井所抽取的地下水主要为砂层中的地下水，根据该层颗粒特征、含水层渗透性能及经济分析,降水井单井抽水量可设计为80T/h，由此可知所需的降水井数目为：
33000T/D
n＝──────────≈18口
80T/h×24h/d
考虑降水的安全系数，将降水井设置20口。
为便于降水井施工，且使降落漏斗平缓，降水井需优化布置。
20口降水井经优化布置后，模拟计算结果表明：
优化布井方案不但能够很好地达到所制定的基坑降水设计目标，而且施工方便。
具体见基坑降水承压水水头标高预测等值线图（见降水对周边环境影响预测部分）。
考虑到本工程的特殊性，在基坑内设置2口备用降水井（7号、10号降水井为备用降水），在特殊情况下启用（如个别降水井临时故障；端头井废水池开挖）。
备用降水井兼作观测孔。
降水井主要沿基坑边布置，距基坑两边的距离为2.5~3.0m，具体降水井平面布置情况见降水井平面布置图2-1。
插入降水井布置图2-1
2.5降水井设计
降水井孔径为550mm，管径250mm,孔深35.0m（降水井孔口标高为根据现场情况高于现地面0.30~0.50米），单井出水量要求均能达到80T/H。
具体设计见降水井结构设计图2-2。
降水井结构图图2-2
为保证成井质量，降水井要求采用冲击成孔。
为尽可能减少基坑降水对周边环境的影响，要求降水井抽水含砂量在规范要求之内（正常运行时要求小于1/10万）。
三、降水井施工
3.1降水井施工顺序
根据降水井布置以及搅拌桩施工进度，本工程降水井施工顺序确定为：
先行施工标准段南端基坑内降水井4口——降水井群井抽水试验——反馈信息调整设计——施工其他降水井——排水管网安装——降水井试运行——基坑降水维持——降水井拆除、封填
部分降水井位于搅拌桩加固区域，施工时应根据搅拌桩施工进度，降水井位置的搅拌桩施工后立即腾出场地与降水井施工。
3.2降水井施工工艺流程
井点测量定位——井口路面破除、安装护筒——钻机就位——钻孔——回填井底砂垫层——吊放井管——回填井与孔壁间的砂砾过滤层——洗井——井管内下设水泵、安装抽水控制电路
3.3降水井施工设备、机具配备
根据施工工艺要求，主要设备配备如表3-1所示：
主要设备、机具一览表表3-1
序号
名称
型号或规格
单位
数量
备注
1
钻机
丰收150
台套
2
成孔
2
钻头
φ300-φ600
个
6
3
深井潜水泵
200QJ80-33
台
22
抽水试验用泵
4
潜水泵
台
2
成井供水
5
电焊机
BX-500-2
台
2
井管制安、其他焊接
6
吊车
16t
辆
1
吊放井管
7
汽车
8t
辆
1
施工运输
3.4施工技术
1、根据降水井布置图，准备测放出降水井、观测井井位。
2、采用泥浆护壁冲击成孔，钻机就位后安装平稳、开孔圆、正、直，成井倾斜度不大于1%。
3、井管安装前检查成井的圆顺度和深度，井身直径不小于设计值的20mm。
孔底沉淀物采用潜水泵清洗，并稀释泥浆，减小泥浆比重。
4、井管制作严格按设计要求制作，底部1m为沉淀管，中间16.5m为过滤管，上部为井管至井口。
井管采用250×4mm钢卷管和包网填砾过滤管，填砾规格为2-5mm。
5、井管采用吊车分节焊接下放，井管道下放时应确保居中孔位。
6、井管安装至设计标高后，填砾。
填筑滤料时应沿井管连续均匀填入，并测量记录其位置和数量，发现中间卡塞时应及时处理并保证填筑密实。
7、滤料填充到位后，采用粘土球封闭至井口，再用活塞洗井至流水通畅为止。
8、最后安装潜水泵抽水至清水为止，同时检验出水的含砂率，按设计要，前30min含砂率小于1/50000，保证长时间运行时含砂率小于1/100000。
3.5排水网络布置
1、在基坑西侧设置2根φ300钢管作为主供水管，供水管在基坑范围内布置，管道总长为200m。
2、降水井至主排水管道间排水管道采用φ89×3mm焊管连接。
3、主排水网路由场地西侧横穿场地，排至场地东南角的两个雨水井内，主排水网路除基坑范围及横穿场地位置外，其他均采用明沟的形式。
3.6降水井施工进度计划安排
降水施工进度计划安排如下表所示：
施工项目
开始时间
结束时间
总计时间（d）
备注
先期4口井成井
07.02.09
07.02.12
4
抽水试验
07.02.13
07.02.16
3
18口井成井
07.02.22
07.3.12
19
排水管网安装
07.3.6
07.3.13
8
试抽水
07.3.14
07.3.15
2
总计时间
33
3.6降水常见问题与处理对策
3.6.1地下水位降不下去
井泵的排水能力有余,但井的实际出水量很少,地下水位降不下去。
1、产生原因
（1）洗井质量不良，砂滤层含泥量过高，孔壁泥皮在洗井过程中尚未破坏掉，孔壁附近土层在钻孔时遗留下的泥浆没有除净，结果使地下水向井内渗透的道路不畅，严重影响单井集水能力；
（2）水文地质资料与实际情况不符，井点滤管实际埋设位置不在透水性好的含水层中；
（3）井深，井径和垂直度不符合要求，井内沉淀物过多，井孔堵塞。
2、预防措施及处理方法
（1）在井点管四周灌砂滤层后应立即洗井，一般在抽筒清理孔内泥浆后，用活塞洗井，或用泥浆泵冲清水与拉活塞相结合洗井，借以破坏深井孔壁泥皮，并把附近土层内遗留下来的泥浆吸出，然后立即单井试抽，使附近土层内未吸净的泥浆依靠地下水不断向井内流动而清洗出来；
（2）需要疏干的含水层均应设置滤管；滤网和砂滤料规格应根据含水层土的颗粒分析选定；
（3）在井孔内安装或调换水泵前，应测量井孔的实际深度和井底沉淀物的厚度。
如果井深不足或沉淀物过厚，须对井孔进行冲洗，排除沉碴。
3.6.2地下水位降深不足
地下水位降深不足，观测孔水位未降低到设计要求。
1、产生的原因
（1）基坑局部地段的井点跟数不足；
（2）井泵型号选用不对，井点排水能力太低；
（3）单井排水能力未能充分发挥；
（4）水文地质资料不确切，基坑实际涌水量超过计算涌水量。
2、预防措施与处理方法
（1）按照实际水文地质资料计算降水范围总涌水量，管井单位降水能力、抽水时所需过滤部分总长度、井点根数、间距及单井出水量。
复核井点过滤部分长度、井点进出水量及特定点降深要求；
（2）选择井泵时应考虑到满足不同降水阶段的涌水量和降深要求；
（3）改善和提高单井排水能力，根据含水层条件设置必要长度的滤水管，增大滤层厚度；
（4）在降水深度不够的部分增设井点根数；
（5）在单井最大集水能力的许可范围内，更换排水能力较大的井泵；
（6）洗井不合格时应重新洗井，以提高单井滤管的集水能力。
3.7降水井施工机械安全
1、钻机、钻具和吊钻头的钢丝绳均应符合规范要求，使用时有专人检查维修。
2、工作平台及钻机平台上应满铺脚手板及设置栏杆、走道、并应及时清除杂物。
3、凡未施工的孔口均应设置防护盖。
4、钻机的钢丝绳在卷筒上应排列整齐。
卷绕钢丝绳时，严禁工作人员在其上跨越。
卷筒上钢丝绳不得放完，应至少保留三圈，严禁人为钢丝绳卷绕。
5、电动卷筒在工作中，如遇停电或停机检查保养时，应将电源关闭。
工作停止后，亦应将电源关闭，锁好开工箱。
6、钻机钻进时，卷扬机变速器换档应事先停车，挂上档后方可开车。
7、当滑移钻机台车时，应防止挤压电缆及风水管。
8、安装水泵时人工与机械配合，需注意防止机械伤害。
四、降水运行方案
4.1抽水试验
在标准段南端降水井先期4口井（J13-J16）施工完毕后，立即安装简易排水管网，进行为期3天的群井试抽。
1、抽水试验目的
（1）核实设计时取用的水文地质参数，包括承压含水层的渗透系数K、导水系数T、储水系数和越流因数B；
（2）确定单井出水量和单井最大水位降深；
（3）检验降水效果，为降水设计方案设计提供依据；
（4）预测出水量、时间、降深等之间的关系，指导降水运行。
2、试验过程
（1）抽水开始后，观测出水量Q和水位降深Sw，其观测次数与时间间隔按表4-1所示：
水位水量观测时间间隔表表4-1
观测内容
观测次数与时间间隔
出水量及水位降深值
观测次数
5
5
5
3
3
≥3
时段（min）
1
3
5
10
30
≥60
（2）降水试验设备
水泵3台（200QJ80-33）
水泵配件（流量计、回流管、闸阀等）3套
水位计3套
测水位管3套
（3）三个井位作为试验井，一口井作为观测井位，按以上间隔时间进行观测至抽水结束，抽水时间为2d。
抽水停泵后观测恢复水位，各井恢复水位观测时间间隔与抽水试验观测时间间隔相同，至24h停止观测。
3、抽水试验结果处理
根据观测数据，绘制各抽水井抽水时水位降深度S与时间t的S~lgt曲线，利用直线图解法和水位恢复法计算各含水层的平均水力参数：
渗透系数K，导水系数T，贮水系数S及压力传导系数α，修正降水设计方案。
4.2降水运行方案
4.2.1基坑开挖方案
标准段基坑设置三道钢支撑，土方开挖分四层，基坑开挖采用竖向分层，水平分段，逐层开挖的方式。
开挖施工方法、阶段如下：
（1）第一阶段开挖：
①基坑周边开挖沟槽，破除地下连续墙顶软弱砼，浇注冠梁、安装预埋钢板。
②冠梁施工结束后，由南向北开挖第一层土方（第一道钢支撑以上部分）以及第二层土方上部，第一次土方开挖至路面以下约4m深，逐段架设第一道钢支撑。
（2）第二阶段开挖：
第二层土方上部分开挖后，基坑内吊放小挖机，放坡逐段开挖第二层剩余土体（4m高）、架设第二层钢支撑，由基坑东侧便道上配置长臂挖掘机取土。
（3）第三阶段开挖
第三层土方开挖，第三层土方厚度为4m，两层台阶开挖，伸缩臂挖机取土。
（4）第四阶段开挖
第四层土方厚度为4m，采用两层台阶开挖，下层台阶开挖时人工配合，严禁超挖，开挖进度应与接地、反滤层、垫层砼施工进度相匹配，分块开挖，开挖后快速封闭，防止基底隆起。
4.2.2、降水运行
1、第一阶段开挖土方土质为粘土、淤泥质粘土，为不透水层，该阶段累计开挖深度为4~4.5m，绝对高程相当于17.0m~17.5m。
此阶段不启动降水井，采用提前开挖集水坑，明排水疏干的方式并配以撒水泥灰或石灰粉硬化土体，达到加快开挖进度的目的。
2、二阶段开挖土方土质为淤泥质粘土，累计开挖深度为7.5m，绝对高程相当于13.5m。
在此阶段需要根据抽水试验确定的承压水水头高度，进行抗突涌计算，确定降水井开启位置。
突涌计算简图及计算公式如下：
Hγ≥Khγw
H——透水层顶板距开挖底面高度；
K——安全系数，取1.2；
γ——土容重；
γw——水容重；
3、降水采用分层降水、跟踪水位的方法进行。
根据抽水试验确定的出水量、降深、时间等相互关系，各阶段土方开挖前开启基坑内全部降水井（除J7、J10）或部分降水井，并随时监测降水井水位降低情况，确保水位始终低于各层开挖面下1~2m。
具体水泵开启程序根据抽水试验结果，再进行细化，以补充方案的实行上报。
4、降水端头井段、废水池开挖时，启动端头井围护结构外降水井。
5、基坑底板全封闭后，逐步关闭基坑内降水井，使地下水位升高至结构底板下。
6、结构施工全部结束后，压顶梁强度满足设计要求并顶板覆土后全部封闭降水井。
7、降水过程应加强降水水位监测，防止承压水水位降低到地下连续墙底。
4.3降水运行设备配备
1、潜水泵选择扬程不小于33m，最大流量为80T/h，泵体最大外径不大于250mm的200QJ80-33型，22台。
2、潜水泵单机功率为11~13KW，为保证设备供电不中断，若中断必须在10min内恢复，因此现场将配备300KW发电机一台。
4.3降水管理
4.3.1组织机构
在降水运行维持期间，设置专门的组织机构，人员各司其职，巡回检查。
设置现场专职降水副经理一名、降水技术负责人一名，降水观测员三名，机修工、电工、焊工各一名。
4.3.2管理制度
1、严格执行三班倒的作休制度，工作人员必须监守工作岗位，按规定的内容做好交接班，做到交不清不接班。
2、各井点每日运行期间出水情况、设备工作状况做到一井一泵一档案。
3、按规定做好水位量测，准确无误的做好记录，每天一汇总。
4.3.3设备检修
1、为降水工程可靠，现场各井点必须全部安装水泵并有20%~30%的备用泵。
2、井用泵要求做到一般性故障能在现场修复以利设备周转。
3、坑内降水工程基坑开挖过程中必须加强监护，防止挖机挖坏井管，同时随土方开挖逐步将降水井井管道就近与钢支撑连接加固。
4、做好基坑内明排水工作，不允许雨天基坑明水向井内排放。
4.3.4降水维持期降水监测和维护
1、降水开始后，在分层降水水位未达到设计降水深度以前，每天观测三次水位、水量、出砂情况。
2、当水位已达到设计降水深度，且趋于稳定时，可每天观测一次。
3、在雨季时，观测次数应每天2~3次。
4、分层降水水位、水量监测记录在各层开挖时及时整理，绘制出水量Q与时间t和水位降深S与时间t过程曲线图，分析水位数量下降趋势，预测设计降水设计度要求所需时间；
5、降水维持期应对抽水设备和运行状态进行维护检查，每天检查不应少于3次，使抽水设备始终处于在正常运行状态。
6、抽水设备应进行定期保养，降水期间不得随意停抽。
4.4降水运行应急措施
1、降水用电采用双回路电源，备用一台300KW发电机，防止网电中断。
2、对出现水泵故障或降水井废弃的情况下，紧急启动备用降水井J7、J10号降水井替换，也可采用加大降水井潜水泵功率提高出水量的办法。
五、降水对环境影响预测及应对措施
5.1环境影响分析
由于局部地下水水位的降低，必然会引起的土体固结沉降。
根据降水井全部开启，并使地下水降低到结构底板以下2m时的工况进行了计算机模拟分析：
图5-1所示的是开挖到标准段基坑底时承压水水头降低曲线（绝对高程）；
图5-2所示的是开挖到盾构井底时承压水水头降低曲线（绝对高程）；
图5-3所示的是承压水水头最低时，地面沉降分析等值线路图；
根据5-3图所示，距离基坑外40m范围内，承压水水头降低值为9.0m~10.0m（绝对高程），由此可能引起的地面附加最大沉降量为30mm~40mm，不均匀沉降差在1‰~1.5‰。
其他范围内的沉降情况见，地面沉降预测等值线图。
5.2实际沉降量的不确定性
1、虽连续墙未贯穿含水层，由于承压水未降低到地下连续墙底以下，故抽水期间基坑以外的渗流必然受到围护结构的阻挡，而5-3图预测未考虑地下连续墙的围幕作用，故此基坑以外的实际地面沉降必然小于预测数值。
2、由于地层上部（3-1）层、（3-3）层均为不透水、弱透水层，该地层的承压水基本采用明排水，由于地连墙的阻挡，降水期间围护结构以外的该层土体的固结沉降量将微乎其微。
3、本工程降水是采用分层、跟踪降水法，最大限度的降低抽水量。
根据以上信息，实际地面沉降值将比预测值小，施工中将加强地面沉降监测。
5.3周边环境应急预案
1、针对周边建筑物及管线施工前不采取加固措施，降水过程中加强沉降监测，监测见监测方案。
2、对地下连续墙施工过程中可能存在的质量缺陷进行整改，防止地下连续墙出现过大渗漏，造成基坑地面出现沉降。
3、相关应急预案见基坑开挖施工方案。
4、施工过程中将采取措施加快开挖、结构施工进度，缩短降水周期，减小降水对周边环境的不良影响。
插入图5-1
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