上海轨道交通10号线航中路站基坑降水工程设计方案.docx
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上海轨道交通10号线航中路站基坑降水工程设计方案
上海轨道交通10号线航中路站基坑降水工程设计方案
核工业华南花都建设工程公司
2008.4.17
目 录
§1工程概况...2
1.1工程地理概况...2
1.2工程简介...2
1.3周边环境...2
§2工程地质与水文地质条件...3
2.1工程地质条件...3
2.2水文地质条件...3
§3方案设计依据...5
3.1参考标准及规范...5
3.2勘察报告与图纸...5
§4降水目的及指导思路...6
4.1降水目的...6
4.2指导思路...6
§5降水方案设计...7
5.1抽水试验分析...7
5.2混合井设计布置思路...8
5.3降压井设计布置思路...9
§6降水对环境影响的分析与预防...12
6.1降水对环境影响的分析与控制...12
6.2地下管线和建筑物保护措施...13
§7成井施工工艺...13
7.1前期准备工作...13
7.2成孔施工...14
7.3洗井...15
§8深井构造与设计要求...16
8.1深井构造...16
8.2设计要求...16
8.3降水井质量验收标准...16
§9降水运行...17
9.1降水试运行...17
9.2正式降水运行...17
9.3坑内降水井井管保护技术措施...17
§10应急预案...18
10.1用电应急预案...18
10.2降水井应急预案...19
§11封井方案...19
§12施工现场管理...20
12.1施工组织计划...20
12.2现场安全管理措施...22
§13施工机械配备...24
§14附图...24
§1工程概况
1.1工程地理概况
深圳市轨道交通10号线（M1线）是《深圳市城市轨道交通系统规划方案》中规划的市区级轨道线网中的地铁类线路之一。
一期工程由主线及支线组成，其中支线全长约4.5km，共包含3个车站、3个区间，均采用地下线方案。
农园路站属支线部分，地处新镇路～农园路一带的吴中路南侧。
1.2工程简介
根据线路平面图，农园路站长约344m、宽约20～24m，站台中心里程为ZCK0+117。
根据线路纵断面图，农园路站为地下2层车站，底板埋深约15m，采用明挖顺作法的施工工艺及地下连续墙的支护结构。
各部位开挖深度及围护设计情况详见表1-1：
表1-1基坑特性表
开挖部位
基坑开挖深度（m）
基坑底板标高（m）
围护深度（m）
围护底部标高（m）
西端头井1～2轴
17.524
-12.824
28，局部31
-23.30，局部-26.30
标准段2～41轴
15.590
-10.890
28
-23.30
东端头径41～44轴
16.835
-12.135
30
-26.30
本工程地面现状标高取围护设计标高，为绝对标高+4.70m。
本次降水方案所提及的深度非特殊说明，均以此标高为准。
1.3周边环境
本场区内周边环境复杂，具体描述如表，表中距离起点为到基坑北部地墙。
表1-2周边环境表
名称
上水
Φ150
上水
Φ1000
上水
Φ300
燃气
Φ500
路灯
雨水
Φ600
污水
Φ400
路灯
厂房
距离
18
25.9
26.0
29.2
29.6
36.0
40.0
46.5
46.5
埋深m
0.6
2.0
0.6
2.4
0.2
1.2
3.3
0.2
6.5
§2工程地质与水文地质条件
2.1工程地质条件
经本次勘察揭露，本区间地基土在70m深度范围内均为第四纪松散沉积物，地质时代为第四纪全新世Q43～上更新世Q31，属第四系滨海平原地基土沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。
根据土性和成因类型可分8个层次，其中第①层、第②层和第⑤层各分若干个亚层。
各土层性质和分布情况详见表2-1。
2.2水文地质条件
1）潜水
场区浅部地下水属潜水类型，补给来源主要为大气降水与地表径流，水位动态为气象型。
本次详细勘察期间测得静止地下水埋深为0.3～1.4m、标高为3.11～4.22m。
2）微承压水
场区内揭示的微承压水分布于④2砂质粉土层、⑤2-1粘质粉土夹粉质粘土层及⑤2-2粉砂层中。
④2层揭示的顶板埋深为13.0～14.3m、顶板标高为-8.32～-9.48m，⑤2层揭示的顶板埋深为16.5～19.4m、顶板标高为-12.00～-14.72m，场区内⑤2层微承压含水层又与第一承压含水层相连通。
根据前期抽水试验，该微承压水的水头值为5.00m
表2-1：
场地土层特性表
层号
土层名称
层底标高（m）
层底埋深（m）
层厚（m）
土层描述
①1
人工填土
3.57～1.88
1.00～2.80
1.00～2.80
均有分布，以杂填土为主，含碎石、垃圾等，局部下部为素填土，以粘性土为主。
①2
浜底淤泥
1.20
3.30
0.00～1.80
仅在ZD1G1孔中揭示，呈灰黑色，含有机质、腐植质等，土质软弱。
褐黄～
1.68
3.00
0.70
ZD1G1孔缺失，可塑，含铁锰质结核
②1
灰黄色粘土
～0.86
～4.10
～2.40
及氧化铁锈斑，由上而下土质变软，局部为粉质粘土，中压缩性。
②3
灰色砂质粉土
-0.92～-1.54
5.50～6.30
1.90～2.80
均有分布，湿，稍密～中密，尚均匀，含云母，夹少量薄层粘性土，局部为粉砂及粘质粉土，中压缩性。
灰色
-1.98
6.60
1.00
均有分布，流塑，尚均匀，夹有薄
③
淤泥质
～
～
～
层、团状粉性土，高压缩性。
粉质粘土
-3.02
7.80
1.50
④1
灰色淤泥质粘土
-8.32～-9.48
13.00～14.30
5.80～7.10
均有分布，流塑，尚均匀，夹薄层、团状粉性土，局部见零星贝壳碎屑，部分为淤泥质粉质粘土，高压缩性。
④2
灰色砂质粉土
-9.32～-11.82
14.00～16.80
0.80～2.50
均有分布，很湿～湿，稍密，欠均匀，含云母及贝壳碎屑，夹薄层粘性土，局部为粉砂及粘质粉土，中压缩性。
⑤1
灰色粉质粘土
-12.00～-14.72
16.50～19.40
1.50～5.00
均有分布，流塑，欠均匀，夹薄层及团状粉性土，局部较多，层上部多呈淤泥质，高～中压缩性。
⑤2-1
灰色粘质粉土夹粉
-17.17～
21.70～
3.50～
均有分布，很湿，稍密，欠均匀，含云母，夹有较多粘性土，多呈粘质粉
质粘土
-25.85
30.60
13.60
土与粉质粘土互层状，中压缩性。
⑤2-2
灰色粉砂
-41.91～-44.34
46.50～49.00
16.90～26.00
均有分布，饱和，中密～密实，尚均匀，含云母，夹少量粘性土，局部为粉性土，中压缩性。
⑦
灰色粉细砂
-44.29～<-50.34
48.80～>55.00
2.30～>6.00
均有分布，饱和，密实，均匀，含云母，夹少量粘粒、粉粒，中偏低压缩性。
⑧
灰色粉质粘土
未穿
未穿
未穿
部分孔揭示，软塑，尚均匀，含有机质，夹薄层粉性土，中压缩性。
§3方案设计依据
3.1参考标准及规范
1、GB50027-2001《供水水文地质勘察规范》
2、DGJ08-37-2002《岩土工程勘察规范》
3、JGJ120-99《建筑基坑支护技术规程》
4、JGJ/T111-98《建筑与市政降水工程技术规范》
5、GB50296-99《供水管井技术规范》
6、GJ120-99《建筑基坑支护技术规程》
7、GB50300-2001《建筑工程施工质量验收统一标准》
8、《供水水文地质手册》
3.2勘察报告与图纸
1、《深圳市轨道交通2号线（M1线）一期工程——农园路站工程岩土工程勘察报告》
2、深圳市轨道交通2号线农园路站总平面图
3、深圳市轨道交通2号线农园路站桩基平面图
4、深圳市轨道交通2号线农园路站地基加固图
5、深圳市轨道交通2号线农园路站钢支撑围护平面图
6、深圳市轨道交通2号线农园路站围护结构纵剖面图
7、深圳市轨道交通2号线农园路站地基加固图
8、深圳市轨道交通2号线农园路站钢支撑围护平面图
9、深圳市轨道交通2号线农园路站围护结构纵剖面图
§4降水目的及指导思路
4.1降水目的
根据本工程的基坑开挖及基础底板结构施工的要求，本方案设计降水的目的为：
（1）疏干开挖范围内土体中的地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业。
（2）降低坑内土体含水量，提高坑内土体强度，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降。
（3）提高边坡稳定性，防止土层纵向滑坡。
（4）及时降低下部承压含水层的承压水水头高度，防止基坑底部突涌的发生，确保施工时基坑底板的稳定性。
4.2指导思路
根据工程需求，本降水方案指导思路为：
（1）针对中等液化及轻微液化地层，及时消除液化，保证基坑开挖顺利进
（2）严格控制承压水降压，减少不均匀沉降，防止围护墙水平位移过大，造成变形。
（3）针对承压含水层渗透性差的特点，采取多布、密布、合理布的原则，使降压结果达到预定效果。
§5降水方案设计
5.1抽水试验分析
（1）抽水试验目的
本次抽水试验分两个阶段，
第一阶段的主要目的是：
确定微承压含水层（⑤2-1层）的单井出水量，和静止水位。
第二阶段的主要目的是：
（i）确定承压含水层（⑤2-2层）的水位和单井出水量；（ii）确定承压含水层（⑤2-2层）的水文参数；（iii）确定承压含水层⑤2-1层与⑤2-2层之间的水力联系的强弱关系；（iv）检验降水效果，评估优化设计方案；（v）结合原位监测数据分析降水诱发的沉降问题。
（2）抽水试验设计
抽水试验在坑外进行，以获取该地区的原位试验数据。
（i）阶段一：
以27m（S1）及23m（S3）两口井各进行一次单井试验，获得单井出水量、静止水位和单井降深影响范围。
表5-3第一阶段抽水试验设计
试验阶段
试验方式
试验井号
观测井号
试验目的
试验周期
第一阶段
单井试验
S1
S3
单位出水量、静止水位、单井影响范围
3d抽观结合
单井试验
S3
S1
单位出水量、静止水位、单井影响范围
2d抽观结合
（ii）阶段二：
通过现场单井、两井抽水试验，获取出水量及水位变化值等参数，为建模计算提供一手资料，并对原承压水降水方案进行验证。
各井点位置参见图17、18，各井点结构及过滤器的安装部位参见附图。
表5-4第二阶段抽水试验设计
试验阶段
试验方式
试验井号
观测井号
试验目的
试验周期
第二阶段
单井试验
S2
S1、S3、S4
判断⑤2-1层与⑤2-2层之间的水力联系
2d抽水
第三阶段
两井试验
S2、S3
S1、S4
判别两井降深效果
2d抽水
（3）抽水试验分析
1、根据现场抽水试验实测结果：
⑤2-1层和⑤2-2层的承压水初始水位埋深分别为5.00m和5.64m，换算为标高分别为-0.30mm和-0.94m；⑤2-1层和⑤2-2层的平均单井涌水量分别为0.33m3/h和4.34m3/h，相差12倍之多；
2、抽取⑤2-1层的降压井，⑤2-1层的水位降幅在0.163～1.027之间，⑤2-2层的水位基本上保持不变。
可知，⑤2-1层和⑤2-2层之间存在较弱的水力联系；
3、抽取⑤2-2层的降压井，⑤2-2层水位降幅3.31m，⑤2-1层的水位降幅在0.47～0.85m之间，说明在⑤2-2层抽取承压水时，短期内对⑤2-2层的水位影响十分明显，⑤2-1层也有一定的影响；
4、分别选取⑤2-1层和⑤2-2层的一口降压井进行两井抽水时，⑤2-1层和⑤2-2层的水位下降都十分明显。
通过反演分析的三维数值计算，获取的参数参见表5-5。
表5-5抽水试验反演参数表
土层
模型反演渗透系数（cm/s）
Kx
Ky
Kz
⑤2-2
4.3×10-4
4.3×10-4
1.66×10-5
5.2混合井设计布置思路
采用围护明挖顺作法施工时，需要及时疏干开挖范围内土层中的地下水，降低围护范围内基坑中的地下水位，保证基坑的干开挖施工的顺利进行。
因此，开挖基坑前，需要布设若干数量的疏干井，对基坑开挖范围内土层含水进行疏干。
同时考虑到本场区存在④2微承压含水层，被地墙完全隔断，且基坑开挖面也已揭穿其顶板甚至在该层以下。
因此，这里采用混合井疏干浅部潜水，降④2层微承压水。
5.2.1井数计算
参照深圳市标准《基坑工程设计规程》（DBJ08-61-97），“在坑内降水时，间距常用15m。
土层的渗透系数小，间距宜小些，渗透系数大间距可大些”；结合本公司多年降水工程实践，该基坑混合井单井有效抽水面积a井取200m2。
坑内降水井数量计算公式：
n=A/a井
式中：
n—基坑内降水井数量（口）；
A—基坑面积（m2）；
a井—单井有效降水面积（m2）；
参考施工设计图，利用CAD面积查询功能，我们计算得出基坑需要布设的混合井数量如下：
1～17轴（西端头井～部分标准段）
n=A/a井=2472.6/200≈12口，取12口。
17～34轴（部分标准段）
n=A/a井=2759.5/200≈14口，取14口。
34～44轴（部分标准段～东端头井）
n=A/a井=1714.4/200≈9口，取9口。
5.2.2井点布设
根据本工程实际情况，并考虑疏干抽水的实际效果，依据上面的井数计算，在1～17轴布设12口混合井，井编号为J1～J12；17～34轴共布设14口混合井，井编号为J13～J26，34～44轴共布设9口混合井，井编号为J27～J35。
具体各井管平面位置、布设尺寸及井结构详见附图。
5.3降压井设计布置思路
基坑开挖后，基坑底部距离承压含水层顶板距离减小，相应地承压含水层上部土压力也随之减小；当基坑开挖到一定深度后，承压含水层上部土压力可能小于其含水层中承压水顶托力，导致基坑底部失稳，发生突涌现象，严重危害基坑安全。
因此，在开挖深度较深的基坑的开挖过程中，要考虑基坑底部承压含水层的水压力，按照计算及观测水位，按需要对承压水进行降压，保障基坑安全。
5.3.1基坑底板稳定性验算
基坑底板的稳定条件：
基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。
即：
ΣH·γs≥Fs·γw·h
H—基坑底至承压含水层顶板间距离（m）；
γs—基坑底至承压含水层顶板间的土的重度（kN/m3）；
h—承压水头高度至承压含水层顶板的距离；
γw—水的重度（kN/m3），取10kN/m3；
Fs—安全系数，一般为1.0～1.2，本工程取1.10；
根据抽水试验，本场地52层微承压水埋深5.00m，标高-0.30m。
选取场区由代表性的三个钻孔ZD1G1、ZD1G5、ZD1C7作为计算依据，验算基坑底板稳定性。
根据基坑开挖深度和钻孔ZD1G1的资料，基坑西端头井已经揭穿52层层顶，故要降低水头至坑底以下1m。
按照钻孔ZD1G1，52层顶板标高-12.00m计算层52层微承压水顶托力为：
Fs·γw·h=1.10×10×（12.00-0.3）=128.70kPa
按照钻孔ZD1G5，52层顶板标高-13.48m计算层52层微承压水顶托力为：
Fs·γw·h=1.10×10×（-13.48-0.3）=144.98kPa
按照钻孔ZD1C7，52层顶板标高-14.04m计算层52层微承压水顶托力为：
Fs·γw·h=1.10×10×（14.04+0.3）=151.14kPa
分别计算基坑52层微承压水降压情况，计算结果如下表：
表5-1：
基坑稳定降压表（验算⑤2层承压水）
开挖部位
开挖深度（m）
是否降压
降压深度（m）
控制水位埋深（m）
西端头井1～2轴
17.524
是
13.524
18.524
标准段2～13、22～42轴
15.590
是
10.180
14.980
标准段13～22轴
15.590
是
9.86
14.86
东端头井42～44轴
16.835
是
11.70
16.700
从上表计算结果可知，在全部基坑开挖中，需要降低52层微承压水的水头。
由由前期抽水试验可知，⑤2-1层和⑤2-2
层的水力联系较弱，连通性较差，且其初始水位和单井涌水量均有差异，从水文地质角度来讲，不能将二者视作同一承压含水层。
对⑤2-2层进行稳定性验算，计算结果如下，
开挖部位
开挖深度（m）
承压水顶托力（kPa）
上覆土压力（kPa）
是否降压
降压深度（m）
西端头井1～2轴
17.524
242.3
183.2
是
5.9
标准段2～13、22～42轴
15.590
242.3
217.8
是
2.5
标准段13～22轴
15.590
258.6
244.4
是
1.4
东端头井42～44轴
16.835
159.5
118.7
是
7.7
计算结果表明：
⑤2-2层仍需要降压。
根据2007年4月12号的降水方案讨论会，将⑤2-1层和⑤2-2层分开降压，区别布井。
5.3.2基坑稳定性分析
针对上述计算结果，为了保证基坑稳定，根据公式ΣH·γs≥Fs·γw·h，计算基坑开挖时基坑稳定临界开挖深度。
计算结果如下表：
表5-2：
基坑临界开挖深度
工程名称
承压水顶托力（KPa）
临界开挖深度（m）
西端头井1～2轴
130.90
10.03
标准段2～13轴、22～42轴
148.17
7.14
标准段13～22轴
130.90
10.03
东端头井42～44轴
153.34
8.15
5.3.3井点布设
根据本工程围护结构设计，本工程在基坑内共布设⑤2-1层降压井27口，井号为Y1~Y27，井深均为28m；坑外布设8口⑤2-2层降压井Y2-1～Y2-8，其中Y2-4、Y2-5是前期试验井的再利用。
同时，坑外还有已施工完成的观测井G1，可作为降水运行时⑤2-2层的观测井。
具体井位及井结构详见附图01～03。
§6降水对环境影响的分析与预防
6.1降水对环境影响的分析与控制
本场地对降水环境要求较高，在降水实施过程中要及时监测水位变化情况，采取一定的沉降控制措施。
沉降控制措施：
（1）在降水运行过程中随开挖深度加大逐步降低承压水头，避免过早抽水降压。
抽水时即时观测水位降深情况，合理控制承压水水位，在满足基坑稳定性要求前提下，防止承压水水位降低幅度过大，使降水对周边环境的影响减少到最低限度。
（2）及时监测地下水水位及抽水流量，发现问题及时处理，调整抽水井及抽水流量，指导降水运行和开挖施工。
本次水位监测采用水位数据自动采集仪，可同时对多口井水位进行实时监测、记录，通过采集的数据自动转换成水位，并绘制成地下水位实时变化曲线，同时能迅速对异常水位情况自动报警，提醒降水人员在最短时间内作出反应。
（3）及时整理基坑开挖和降水时的水位资料，建设单位的位移监测资料必须及时送交我现场项目部，以便绘制相关的图表、曲线，必要时调控降水运行。
（4）从周边环境保护要求出发，制定以坑外水位控制为主，坑外布置五口观测井，以坑外的水位调整坑内抽水工况。
6.2地下管线和建筑物保护措施
文明施工负责人与总包分管管线人员建立联络。
执行管线配合会议要求，摸清管线深度和走向，没有开挖出来的管线上部应有明显标识，开挖裸露的管线应采用有效的保护措施并在上部注明管线种类，两头设置明显警示标志。
施工时如管线破裂按总包方应急措施处置，并及时上报总包管线负责人。
协助总包进行事故调查，采取适当纠正预防措施。
对施工场地周围的已有建筑物，施工前先踏勘一遍，掌握已有裂缝分布情况，拍照记录在案。
按规范要求布置好沉降观测点。
施工期间每天进行一~二次观测，安全员应经常了解已有建筑物内外裂缝发展情况，如有异常，立即放慢抽水速度，及时向上汇报，等待处理意见。
同时根据需要做好回灌井施工的准备以保护周边环境。
§7成井施工工艺
7.1前期准备工作
7.1.1测放井位
根据降水管井平面布置图测放井位，井位测放完毕后应做好井位标记，方便后面施工。
如果布设的井点存在地面障碍物，应当设法清除障碍物，以利于打井的进行。
若地面障碍物不易清除或受其他施工条件的影响，无法在原布设井位进行打井时，应与工程师及甲方及时沟通并采取其他措施，必要的时候可对井位作适当调整。
7.1.2埋设护口管
埋设护口管时，护口管底口应插入原状土层中，管外应用粘性土或草辫子封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面0.10m～0.30m。
7.1.3安装钻机
安装钻机时，为了保证孔的垂直度，机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、转盘与孔的中心三点成一线，严把开孔关，钻头与钻杆连接处带两根钻铤，并且，弯曲的钻杆不得下入孔内。
7.2成孔施工
施工机械设备选用GPS-10型工程钻机及其配套设备。
成孔时采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺。
7.2.1钻进成孔
混合井开孔孔径为φ550mm，降压管井开孔孔径为φ600mm，观测井开孔孔径为φ600mm，成孔时均一径到底；钻进开孔时应吊紧大钩钢丝绳，轻压慢转，以保证开孔钻进的垂直度。
对降压井，上部钻进采用轻压慢转，钻压为15～35KN，转速20～50rpm，当钻头钻入深层粘土层时，钻具阻力会加大，进度缓慢。
这时，不可加大压力和加快转速，以免造成钻孔偏斜。
当钻具全部进入砂层后，可适当加压，提高转速。
如果成孔过程中遇到注浆层钻进时，钻具采用环状带扦头钻进。
遇卵石等硬质地层，采用牙轮钻头钻进。
成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.10～1.15，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。
7.2.2清孔换浆
钻孔钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.10，孔底沉淤小于30cm，返出的泥浆内不含泥块为止。
7.2.3下井管
井管进场后，应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。
首先必须测量孔深，并对井管滤水管逐根丈量、记录。
封堵沉淀管底部，为保证沉淀管底部封堵牢靠，下部封堵铁板不小于6mm。
其次要检查井管焊接，井管焊接接头处应采用套接型，套接接箍长20mm，套入上下井管各10mm；套管接箍与井管焊接焊牢、焊缝均匀，无砂眼，焊缝堆高不小于6mm
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