地铁深基坑降水设计

目录

●文字部分

1、工程概况 (2)

2、方案设计的编制依据 (3)

3、场区工程地质及水文地质条件概述 (4)

4、基坑降水设计 (10)

5、降水水位预测及降水动态控制 (16)

6、基坑降水对周边环境影响的预测及评价 (18)

7、施工要求 (20)

8、施工监测与降水维护 (22)

●图表部分

附图（一）降水井平面布置图

附图（二）降水井结构示意图

附图（三）基坑地质纵断面图

●其它

附件一基坑工程施工图设计专项审查（技术性）意见表

1、工程概况

1.1 地理位置

新河街站位于武汉市武昌区，友谊大道与新河街交叉路口南侧，车站南北向设置于友谊大道下方。车站西侧为内沙湖公园。

1.2 基坑规模及开挖、支护方式

车站沿友谊大道东侧自北向南分别是新生路泵站、武汉供电公司、阳光水岸住宅小区及地下车库、武汉市国土资源和规划局武昌分局，均紧贴规划友谊大道红线；车站沿友谊大道西侧为内沙湖公园。车站大里程端头垂直于友谊大道有一规划道路，规划道路红线宽30m。规划路以南为加油站、金盛国际家居广场及在建高层建筑。根据业主提供的资料以及现场调查，场地范围内已有燃气、电力、通信及给排水管线已迁移到施工影响范围以外。

新河街站车站主体结构采用明挖法施工，主体基坑长度341.63m，标准段基坑宽度为21.3m，盾构外扩段宽度为26.1m；基坑平面呈长方形，主体基坑开挖深度标准段约为18.03m，盾构下沉段约为19.84m。基坑面积约6881m2。基坑所在位置现状为友谊大道，根据车站地质勘察报告，综合考虑车站站址环境及周边规划情况，主体围护结构采用1000mm厚的地下连续墙，墙顶设冠梁，采用钢筋混凝土支撑和钢支撑作为支撑体系使用。

车站主体围护地连墙墙底标高-15.3～-17.80m，墙底端置于20b-1强风化泥质粉砂岩或20b-2中风化泥质粉砂岩层中。

1.3 基坑开挖降水方式

基坑降水方式为“封闭式”减压降水，拟采用中深管井取水。设计降水目标为基坑底以下1.0m。

2、方案设计的编制依据

2.1《武汉市轨道交通七号线一期工程第三标段（设计06标）新河

街站岩土工程详细勘察报告》（2013年10月20日）（武汉市勘测设计研究院）；

2.2 本车站基坑设计文件；

2.3国家标准《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》

（GB50307-1999）；

2.4国家标准《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）；

2.5国家标准《供水管井技术规范》（GB50296-99）；

2.6国家标准《建筑工程施工质量验收规范》（GB50300-2001）；2.7行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；

2.8行业标准《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）；2.9地方标准《基坑工程技术规程》（DB42/T159-2012）；

2.10地方标准《基坑管井降水工程技术规程》（DB42/T830-2012）；

2.11轨道交通7号线邻近车站深基坑降水设计、施工经验及有关

技术资料。

3、场区工程地质及水文地质条件概述

3.1 地形地貌

拟建新河街站位于武昌区友谊大道与新河街交汇处附近，毗邻内沙湖公园，本车站呈南北向分布于友谊大道上，起于武汉供电公司友谊路110KV变电站，止于武汉市国土资源和规划局武昌分局附近。场地地面标高在20.68～21.64m之间（以孔口标高计），地势较为平坦，地貌单元属长江冲积Ⅰ级阶地。

3.2 地基土分层

根据地勘报告，场地主要岩土层分布如下：

（一）填土（Q ml）层

①杂填土（地层代号(1-1)）：

杂色，湿~饱和，高压缩性，由粘性土与砖块、碎石、块石、片石、炉渣等建筑垃圾及生活垃圾混合而成（局部地表有15～50cm 厚的沥青砼地坪）。该层土结构不均、土质松散，层厚0.80～5.00m，普遍分布于场地表层，堆积年限一般大于10年。

②素填土（地层代号(1-2)）：

灰褐～灰色，以粉质粘土为主，软～可塑状态，湿～饱和，高压缩性，局部夹植物根系及小碎石，埋深0.80～2.70m，层厚

0.70～3.30m，场地沿线局部分布，堆积年限一般大于10年。

③淤泥（Q l）（地层代号(1-3)）：

灰褐～灰黑色，饱和，流塑状态，高压缩性，富含有机质及

生活垃圾，具流变性，具腐臭味，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。局部地段零星分布，埋深2.40～3.50m，其厚度0.70～2.40m。

（二）第四系全新统冲积（Q4al）层

①淤泥质黏土（地层代号(3-4)）：

灰~褐灰色，饱和，流～软塑状态，高压缩性，含少量高岭土，无摇振反应，干强度高，韧性高。沿线局部分布，埋深2.50～5.40m，其厚度10.30～17.20m。

②粉质黏土（地层代号(3-4a)）：

灰褐~黄褐色，饱和，软～可塑状态，压缩性中偏高，含氧化铁，铁锰质结核及少量高岭土，局部地段夹粉土、粉砂，无摇振反应，干强度高，韧性高。主要分布于场地（3-4）层淤泥质黏土下，埋深14.00～20.00m，其厚度2.60～6.70m。

③粉土、粉砂夹粉质黏土（地层代号(3-5)）：

灰色，饱和，稍密、松散夹流塑状态，压缩性中偏高，矿物成分以石英、长石为主，局部夹粉质粘土，粉土、粉砂层厚比约4：6。场地大部分地段分布，埋深18.60～25.00m，其厚度0.90～

7.40m。

④粉砂夹粉土（地层代号(4-1)）：

灰色，饱和，稍密状态，矿物成分主要为石英、长石，含白云母，局部夹稍密状粉土，沿线部分地段分布。埋深19.00～

27.80m，其厚度1.90～6.30m。

⑤粉细砂（地层代号(4-2)）：

灰色，饱和，中密状态，矿物成分主要为石英、长石，含白云母，主要分布友谊大道新河街～螃蟹甲一带。埋深21.5～31.3m，其厚度3.70～14.80m。

⑥含砾中细砂（地层代号(4-3)）：

灰色，饱和，中密偏密实状态，矿物成分主要为石英、长石，含白云母，局部含砾石，粒径一般在1～3.0mm间，局部达5.0mm，呈次棱角状～亚圆状，含量约5%~15%，沿线局部分布。埋深33.00～36.20m，其厚度0.20～1.90m。

（三）下伏基岩

志留系（S）粉砂质泥岩及泥质粉砂岩：

①强风化粉砂质泥岩（地层代号（20a-1））：

浅灰色~青灰色~褐灰色,岩芯大部分风化成土状，泥质胶结，手捏易散，局部夹未完全风化岩块，粉砂~泥质结构，块状构造，倾角在45-70°左右，采取率为90-95%，属于极软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，埋深33.50～37.50m。

②中风化粉砂质泥岩（地层代号（20a-2））：

浅灰～褐灰色，主要矿物成份为粘土矿物，泥质结构和粉砂质结构，泥质胶结，层状构造，裂隙发育，裂隙面光滑，岩芯呈碎块状和短柱状，锤击声哑，易碎，局部出现砂岩、泥岩互层现

象，具软硬不均特征，倾角在45-70°左右，采取率为85-90%，属于极软岩，岩体破碎～较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，揭露该层厚度36.30～48.00m。

③强风化泥质粉砂岩（地层代号（20b-1））

灰色～褐灰色，岩芯呈土柱状，偶见未完全风化岩块，泥质～粉砂状结构，块状构造，节理、裂隙较发育，倾角在45-70°左右，采取率为65-75%，属于极软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，部分勘探孔揭露该层，埋深34.60～35.00m。

④中风化泥质粉砂岩（地层代号（20b-2））

灰色～褐灰色，岩芯呈块状或柱状，泥质～粉砂状结构，块状构造，节理、裂隙较发育，倾角在50-70°左右，采取率为65-75%，属于软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，部分勘探孔揭露该层，埋深35.50～37.80m。

3.3 水文地质概况

3.3.1地表水

新河街站范围内的地表水系主要为附近沙湖水系，主要接受大气降水补给，与长江水力联系受人为因素控制。

2012年3月28日地勘实测新河街站附近沙湖内水面标高为18.98m，水深一般0.2～2.4m，湖底淤泥厚一般1.6～5.0m。据相关水文资料，沙湖历史最高水位为19.65m，正常水位为19.15m。

3.3.2地下水类型及地下水位

根据场区原始地形条件及地层的水理性质、赋水性能及地下水的埋藏条件等分析判断，在勘探深度范围内拟建场地地下水类型主要分为上层滞水、孔隙承压水两种类型。

1、上层滞水

上层滞水主要赋存于（1）层人工填土层中，接受大气降水及周边居民生活用水渗透垂直下渗补给，无统一自由水面，水位及水量随大气降水及周边生活排水量的大小而波动，勘察期间测得场地上层滞水初见水位在地面下1.20～2.50m之间，静止水位在地面下1.00～2.00m。

2、孔隙承压水

孔隙承压水主要赋存于（3-5）层及（4）单元层粉土、砂土中，其上覆（3-4）层、（3-4a）层淤泥质黏土及一般粘性土可视为其隔水顶板，下卧（20）单元层粉砂质泥岩可视为隔水底板。孔隙承压水水量丰富，与长江有较密切的水力联系，其水位变化幅度受长江水位涨落影响，据现场抽水试验结果，勘察期间实测承压水位埋深在5.80m，相当于标高15.19m左右。建议施工前设置水文地质观测孔进行长期观测，观测承压水位的动态变化。

3.4 含水层组成及特点

场地上层滞水含水层薄、水量不大，在基坑支护设计时已采取处理措施，本降水设计将不予考虑。

场地孔隙承压水主要赋存于（3-5）层粉土、粉砂夹粉质粘土

及（4）单元层粉土、粉砂层中，其含水层厚度不大、压力水头高、水量丰富，与沙湖水体和长江水系均有水力联系。地下水补给条件好，且水量丰富，处理难度大，是深基坑降水工程中面临的主要问题。

基岩裂隙水水量很小，流通性差，就本基坑而言可不考虑。

4、基坑降水设计

4.1 基坑特点分析

新河街站车站主体结构采用明挖法施工，主体基坑长度341.63m，标准段基坑宽度为21.3m，盾构外扩段宽度为26.1m；基坑平面呈长方形，主体基坑开挖深度标准段约为18.03m，盾构下沉段约为19.84m。基坑面积约6881m2。基坑所在位置现状为友谊大道，根据车站地质勘察报告，综合考虑车站站址环境及周边规划情况，主体围护结构采用1000mm厚的地下连续墙，墙顶设冠梁，采用钢筋混凝土支撑和钢支撑作为支撑体系使用。主体基坑安全等级为一级。

车站主体围护地连墙墙底标高-15.3～-17.80m，墙底端置于20b-1强风化泥质粉砂岩或20b-2中风化泥质粉砂岩层中，为落底方案。

4.2 设计思路

根据地勘报告和设计文件，基坑开挖深度范围内，坑底座落于3-4a粉质粘土层中，基坑围护结构落底，基坑降水属于封闭式减压降水，降水目标水位取坑底下1.0m。

首先，根据地勘资料及抽水试验结果，确定降水设计相关的水文地质参数，估算开放式降水时基坑总涌水量，为降水井数量的确定提供参照依据。

其次，结合地层结构、基坑开挖深度及地连墙深度因素进行降水井结构设计；依据基坑立体展布（狭长矩形）、坑内土体性质和分布、地连墙、内撑杆件位置等因素综合确定降水井平面布置。

最后，于地连墙异型槽段处布设观察井（兼做备用降水井），

其他部位增设少量观察井。

现场抽水试验确定单井出水量，确定渗透性，优化调整降水设计。 观测不同时间水位降深情况，通过信息化施工指导基坑土方开挖并确定开启合理的降水井数量。

4.3 水文地质参数选取

4.3.1渗透系数K

根据场地水文地质勘察与抽水试验结果，K 值取定为16.5m/d 。

4.3.2影响半径R

根据抽水试验结果，影响半径R 取值278m 。

4.3.3基坑概化半径（等效半径r 0）

采用“大井法”，狭长矩形基坑，其概化半径参照下式计算：

04a b

r η+=

η-------------系数，b/a=0.076，取1.065；

a-------------基坑长度，341.63m ；

b--------------基坑宽度，26.1m 。

概化半径：r 0=98.0m

综合考虑，取r 0=（98.0+341.63/2）/2=106.5≈135m

4.4 深井降水井设计

4.4.1基坑出水量估算

依据《基坑管井降水工程技术规程》（DB42/T830-2012），基坑涌水量计算按均质含水层承压水完整井井流模型，计算公式为：

002.73lg KMS

Q R r r =+

式中：K —含水层平均渗透系数；

M —承压含水层厚度，含水层埋深0.0～-15.0m ；

S —基坑水位降深，综合考虑内沙湖常年水位和本

站点地勘实测承压水位，取定基坑降水水头高度为19.0m ；估算时取基坑坑底标高1.0m ，控制水位为0.0m ，则S=19.0m ；

R —影响半径；

r 0—基坑等效半径；

K=16.5m/d 、M=15.0m 、S=19.0m 、R=278m 、r 0=135m ， 据上式求得Q =26436m3/d 。

考虑到本基坑围护落底，属封闭式疏干降水，基坑涌水受围护地连墙施工状况控制，暂按四折对基坑总涌水量预估。

4.4.2降水井数量

干扰井群单井出水量按每口井600m 3/d 考虑，则需降水井数量为：

n’=26436*0.4/600≈18口

鉴于本基坑外形不规则，则于异形槽段外侧布置观测井6口。

4.4.3深井降水结构设计

降水井井身结构系依据降水地段地质岩性构成、水文地质条件、钻孔工艺、施工要求及有关规范规定设计。

降水井深度应根据降水深度，含水层的埋藏分布、地下水类

型及降水期间地下水位动态等因素确定，可按下式计算：

123456w w w w w w w H H H H H H H =+++++

式中：w H ——降水井深度（m ）;

1w H ——基坑深度（m ）;

2w H ——降水水位距离基坑底要求的深度（m ）;

3w H ——i 、r 0，i 为水力梯度，r 0为降水井分布的等效半径（m ）;

4w H ——降水期间地下水位的变幅（m ）;

5w H ——降水井过滤器工作长度（m ）;

6w H ——降水井沉淀管的长度（m ）;

其孔径和井管管径则按反滤层厚度、排水含砂量要求及安泵深度、泵型决定，综合考虑坑底加固区范围、封井及上述因素，降水井及观测井同等规格，其结构设计参数如下：

a 、降水井钻探孔径600mm ，以井深定长35.0m 控制，其中底部2.0m 预留沉淀管；

b 、井管直径Φ290，井管采用钢质焊缝井管，壁厚4mm ，实管长度21.0m ；

c 、滤管采用钢管，直径Φ290，穿孔垫筋包网（60目）结构，虑管长度12.0m ；

d 、滤料：0～20m 环填粘土球，20～35m 环填ф1～3mm 圆砾； 以钻孔QQJc06-Ⅲ13-01为例，降水井结构设计详见附图（二）。

4.4.4降水井布置

降水井平面布置时主要考虑以下几个方面：

◆ 井数一定时，降水效果最优化，保证坑内任一点的降深均

满足基坑开挖要求；

◆避开各种建筑物、承台、内撑杆件的位置，适当预留施工便道；

◆考虑降水运行期间井的维护，降水井尽量靠近基坑边线布置；

◆尽量减少降水对周围环境的不利影响；

◆基坑四周降水井宜布置在地连墙异型槽段处（兼做观测井），其它井布设于基坑内总体兼顾均匀布置；

◆观测井布置于基坑异形槽段外侧。

综合考虑以上要求进行布井，降水井总体呈两排梅花型、均匀布置在坑内，共18口，点间距35.0～45.0m，观测井6口均布置在坑外，其平面布置详附图（一）。

4.6 封井措施

降水结束后，根据“以砂还砂、以土还土”的原则，在井管内填入相应的止水材料并焊封井口。

4.7 几点建议

4.7.1单井抽水试验

按照有关国家标准规范要求，对于基坑降水设计，必须首先进行抽水试验，以验证设计所需的水文地质参数。具体为在正式降水施工前先进行3口降水井试验，分别设置1口抽水井和2口观测井，进行抽水试验。

4.7.2联网群井抽水试验

降水井全部建成后、凿井设备退场前，应进行联动降水试运行，检验降水效果，同时验证系统的供电、排水能力，确保基坑开挖万无一失。

4.7.3降水运行信息化

当基坑开挖某部位某深度时可提前3～5天开动某几口井，随着开挖的全面展开，开启井群的组合应不断调整。在保证基坑施工安全的同时，兼顾对环境的影响达到最小，同时可节省电能。

4.7.4供电

在保证网电连续供电的同时，为防止万一停电不能抽水的影响，必须备用发电机组，保证停电半小时内，发电机启用，确保连续供电、降水。

4.7.5排水

严禁100m以内排水回渗而降低降水效果，同时严格控制降水井出砂含量，严禁因降水井含砂超标堵塞市政排水系统。

4.7.6观测井

本次基坑降水利用靠近基坑四周的降水井兼作观测井，其结构设计与降水井一致，具有高灵敏度、便于土方开挖之利。

5、降水水位预测及降水动态控制

5.1 降水水位预测

因本基坑围护结构落底、坑底中风化粉砂岩完整程度较好，则坑内与坑外土体之间将无水力联系，降水水位和降幅预测将无实际意义。

5.2降水动态控制

在基坑开挖过程中，为降低降水对基坑周边环境的影响，需根据基坑开挖深度和开挖期间长江水位及场地地下水渗流情况对降水井运行动态控制，务必做到按需降水。

基坑降水运行时开启的抽水井数量和抽水量大小，应根据基坑开挖深度和相应的承压水头埋深进行控制。降水运行时，随开挖深度的逐渐加大，逐步降低承压水头，以尽量减少减压降水引起的相邻地面沉降。

1、启动时间

降水井井群抽水需在地下连续墙及旋喷加固施工完毕、基坑开挖前3～5天开启，最先启动基坑中线附近降水井，尽量采用对称、均匀交错的方式开启。

2、降水井运行控制

根据地下水位的变化情况、土方开挖及结构施工的总体安排，考虑不同的施工工况，将降水运行分为若干（n个）施工段，具体运行方案如下：

（1）第一阶段开挖，土方开挖深度在0.0~6.8m（绝对标高21.2～14.4m），根据信息化施工管理，该工况可开启基坑中轴线附近少部分降水井，将地下水位控制在开挖深度以下1～3m；

（2）第二阶段开挖，土方开挖深度在6.8～11.8m（绝对标高14.4～9.4m）范围内，控制地下水位埋深在12.8m(绝对标高8.4m)以下，根据实测水位动态决定开启的降水井井群数量，必要时开启备用井进行地下水抽排；

…

（n-1）当基坑开挖至设计底标高、站台层标准段及盾构井底板结构施工时，车站进入结构底板浇筑阶段，需开启全部降水井并控制地下水水位；

（n）基坑底板施工完毕并达到一定强度后，为减小降水井井管对结构施工造成影响，以及减弱长期抽水对周边产生的沉降，根据施工季节的地下水位，在充分考虑底板混凝土强度并满足抗浮设计的基础上，合理调配开启井群的数量，待结构自身压重与承压水的顶托力平衡后才可逐步、对称地停止深井降水。

需开启的降水井数量需由设计代表会同现场技术负责人计算确定，以确保降水经济运行且有助于保护周边环境。

6、基坑降水对周边环境影响的预测及评价

地层固结沉降可以根据水位变幅范围内各地层厚度、压缩模量及距离基坑边缘不同距离点水位降深引起的土体应力变化等参数进行估算。

本工程降水属于疏干降水，而坑外承压水位是否下降、降幅多少存在不确定性，坑外沉降不具备预测的边界条件；如若地连墙及旋喷墙施工质量有保证，达到设计指标，则坑外土体因降水引起的沉降量接近于零。

以下公式仅适用于承压水位下降引起的坑内地面沉降预测：

si i wi

n i s w E h M S ?=?∑=σ1

式中：

Sw ?——水位下降引起的地面沉降（mm ）；

S M ——经验系数（M 1×M 2，素填土、粘性土M 1取

0.5，粉细砂M 1取0.7；M 2取0.9）;

wi σ——水位下降引起的各计算分层有效应力增量

（kPa ）;

i h ?——受降水影响地层的分层厚度（cm ）;

n ——计算分层数；

Si E ——各分层的压缩模量（kPa ）。

任意两点由于承压水水位下降引起的地面不均匀沉降的斜率为：

I u S ?=-21

式中：

u —为承压水水位比降值，S S u w

??=

I —为承压水位流网的水力坡度

为了最大限度降低因降水引起沉降或避免差异沉降，本场站基坑做了多方面的处理：一采用连续墙围护、墙体入基岩一定深度，二加固墙体范围地基土，三降水井全布置在坑内。

为安全起见，在降水运行前，应在地面和建（构）筑物布置沉降观测点，在降水运行期间加强沉降监测，及时反馈沉降信息，采取预防应急措施，以确保建（构）筑物的安全。

7、施工要求

7.1 降水井施工要求

按《供水管井技术规范》（GB50296-99）规定及设计要求进行施工。

7.1.1钻探

7.1.1.1 钻机安装平稳，确保钻孔圆正、垂直、孔斜不得超过1°。7.2.1.2为提高钻探进尺和成孔质量，钻探采用清水冲击钻成孔工艺，

保证孔壁的稳定；减少孔底沉渣厚度。

7.1.2井管安装

井管安装前，应根据井管的结构设计，进行配管；检查井管质量，并应符合设计要求；下管前，测量孔深，使井管安装符合设计要求。

为减少井管安装时间，应先在附近地面将每节井过滤器包扎好，在孔口再次焊接入孔时，应采取防护烧伤措施。

为确保井管在入孔后位于钻孔中心，使井管与孔壁间的环形间距厚度均匀，井管每间隔12m设置导中器。

7.1.3填砾与管外封闭

井管安装后，及时进行填砾，填砾前选用砾料粒径规格应符合设计要求，备好填料运输工具，尽可能缩短填筑时间，填砾时，砾料应沿井管四周均匀连续填入，随填随测。

7.2 洗井与试验性抽水要求

7.2.1当井管安装与填筑砾料完成后，应及时进行洗井。洗井的目

的是清除井内泥浆，破坏井壁附着的泥皮、钻探渗入含水层