南京长江隧道盾构始发井深基坑降水方案设计

Ｆｓγｗｈ ＝１．０５×１０×１４．６４＝１５３．７２（ ｋＰａ） （ ２） 根据基坑开挖深度计算基坑底至承压含水 层顶板间的土压力（Ｈγｓ） 坑底开挖标高为－ ５．０８ ｍ Ｈ＝－ ５．０８－ （ － ９．６４） ＝４．５６ （ ｍ） ， γｓ＝１７．７０ ｋＮ／ｍ３ 则： Ｈγｓ＝４．５６×１７．７０＝８０．７１（ ｋＰａ） Ｆｓγｗｈ－ Ｈγｓ＝１５３．７２－ ８０．７１＝７３．０１（ ｋＰａ） 承压水的顶托力大于上部土压力 ７３．０１ ｋＰａ， 故 需要采取降压措施。 本工程考虑需将承压水头降低的值如下： ｈ 降＝７３．０１／γｗ＝７．３０１（ ｍ） 计算结果分析得出： Ｋ３＋４７０ 附近要将承压含水 层 的 水 头 降 至 标 高－ ２．３０１ ｍ 才 能 保 证 基 坑 底 板 的 稳定。 根据本工程的围护结构特点和地质条件， 为保 证施工安全， 降压井布置在基坑外侧。从地质剖面上 看， 需要布置降压井的位置主要在 Ｋ３＋４７０ 附近， 长 度为 ５０ ｍ 左右的范围。为此， 计算将承压水位降低 ７．３０１ ｍ 的涌水量。
γｗ— ——水的重度（ ｋＮ ／ｍ３） ； Ｆｓ— ——安全系数， 一般为 １．０～１．２， 取 １．０５。
图 １ 隧道盾构始发深基坑地质剖面 Ｆｉｇ．１ Ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｔｕｎｎｅｌ ｓｈｉｅｌｄ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｐｉｔ
以最不利地段 Ｋ３＋４７０ 附近为计算依据， 把＜６－ １＞ 层粉质粘土夹粉土层理解为承压含水层来计算承压 含水层的顶托力（ Ｆｓγｗｈ） ：
计算取 １６ ｍ／ｄ；
ｍ — ——含水层厚度（ ｍ） ， 本次计算取 ５０ ｍ；
Ｓ — ——水位降深（ｍ）， 本次计算取 ２８．００ ｍ；
Ｒ０ — ——基坑引用影响半径 （ ｍ） （ Ｒ０＝Ｒ＋ｒ０， 其 中 Ｒ 与含水层性质有关的影响半
径， 通过降水试验取得的参数， 本次
计算取 ５００ ｍ） ；
ｒ０ — ——基坑引用半径（ ｍ） ， 本次计算取 ３１．６ ｍ；
井 管 采 用 高 强 ＵＰＶＣ 管 或 铁 管 ， 管 的 内 径 为 !２５０ ｍｍ、外 径 为 !２７５ ｍｍ， 滤 管 采 用 无 砂 混 凝 土 管 ， 外 包 两 层 ６０～８０ 目 的 尼 龙 网 ， 空 隙 率 不 小 于 ２５％， 底部封死。滤料从井底向上至滤水管顶端以上 １．００ ｍ 范围内， 滤料为直径 ０．１５～２．５０ ｍｍ 的砂砾混 合滤料围填， 其上用粘性土回填封闭。 ３．４ 深井井点降水
南京长江隧道设计为双管盾构隧道， 隧道江 北 起 点 进 口 里 程 为 Ｋ３＋３９０ ｍ， 梅 子 洲 隧 道 出 口 里 程 为Ｋ６＋９００， 隧道总长度 ３ ５１０ ｍ， 其中盾构段自 Ｋ３＋６００ 至 Ｋ６＋５３２．７５６， 长 度为 ２ ９３２．７５６ ｍ。 盾 构 机选用两台直径 １４．９３ｍ 的泥水加压式盾构 机同向 掘 进 ， 隧 道 衬 砌 采 用 外 径 １４．５ ｍ、宽 ２ ｍ、厚 ０．６ ｍ 的 Ｃ６０ 钢筋混凝土预制管片， 抗渗等级为 Ｓ１２。
左右， 为简便计算， 故流量增加 ５％后用稳定流公式
检验最终水位降深， 公式为：
Ｓ
＝
０．３６６×１．０５Ｑ总 Ｋｍ
［ｌｇＲ０－
１ ｎ
ｌｇ（ｒ１·ｒ２·ｒ３…ｒｎ）］［１］
式中 Ｓ — ——水位降深（ ｍ） ；
Ｑ总 — ——工作井基坑总涌水量（ ｍ３／ｄ） ；
Ｋ — ——承压含水层综合渗透系数（ ｍ／ｄ） ；
（ １） 基底稳定性分析 基坑地板的稳定条件： 基坑底板至承压水层顶 板间的土压力大于承压水的顶托力， 即：
Ｈγｓ≥Ｆｓγｗｈ 式中 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 平均重度（ ｋＮ／ｍ３） ；
ｈ— ——承压水头高度至承压含水层顶板的距 离（ ｍ） ；
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南京长江隧道盾构始发井深基坑降水方案设计
文章编号： １００９－ ６５８２（ ２００８） ０３－ ００４６－ ０４
南京长江隧道盾构始发井深基坑降水方案设计
靳世鹤
（ 中铁十四局集团有限公司， 济南 ２５００１４）
摘 要 南京长江隧道工程盾构始发井深大基坑地质条件复杂， 地下水位高， 并与长江水力联系密切， 降水难度
修改稿返回日期： ２００７－ １０－ １５ 作者简介： 靳世鹤， 男， 工程师．
４６ 第 ４５ 卷第 ３ 期（总第 ３２０ 期） ２００８ 年 ６ 月出版
Ｖｏｌ． ４５ ， Ｎｏ ． ３ ， Ｔｏｔａ ｌ． Ｎｏ ． ３２０ Ｊ ｕｎ ． ２００８
南京长江隧道盾构始发井深基坑降水方案设计
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两侧采用纵向止水， 也可以不考虑侧向补给问题。
（ １） 基坑涌水量计算
设计计算采用“大井法”， 选用公式为无限边界
稳定流非完整井计算公式， 具体公式为：
式中
Ｑ总
＝
４πＫｍＳ
２ｌｎ Ｒ０ ｒ０
＋ξ０
＝４７
９４６．２７（ｍ３／ｄ）［１］
Ｑ总 — ——工作井基坑总涌水量（ ｍ３／ｄ） ；
Ｋ — ——承压含水层综合渗透系数（ ｍ／ｄ） ， 本次
ｍ — ——含水层厚度（ ｍ） ；
Ｒ０ — ——基坑引用影响半径（ ｍ） ， （ Ｒ０＝Ｒ＋ｒ０， 其中
Ｒ 为与含水层性质有关的影响半径） 。
ｒ１·ｒ２·ｒ３…ｒｎ — ——基坑引用半径（ ｍ） 。 在涌水量达 ４０ ０００ ｍ３／ｄ 时， 竖井及竖井后续段
３．２ 降水方法的选择 从本工程降水的可行、安全、经济等方面综合考
虑， 南京长江隧道工程盾构始发深基坑引道段和暗 埋标准段降水包括基坑内真空轻型井点降水和基底 承压水深井井点降水两种类型。
３．３ 轻型井点降水 为充分发挥降水井效率， 尽量利用有利地质
条件， 降水井深度以进入＜４－ １＞层（ 最深底板标 高－ ４．２６ ｍ） 为宜， 同时不能揭穿＜６－ １＞层顶板（ － ９．６４ ｍ） （ 图 １） 。因此， 真空疏干井深度确定为 １３．０ ｍ 左 右， 滤管长度不小于 ３．０ ｍ。
（ ２） 轻型井点深度确定
降水井深度根据开挖深度确定， 在开挖深度下
３～５．０ ｍ（ 浅区在开挖面下 ５ ｍ， 深区在开挖深度下 ３ ｍ） ， 平均深度在 １５ ｍ 左右， 滤管长度不小于 ３．０ ｍ。 ３．５．２ 深井井点降水设计
在 Ｋ３＋４７０ 附近的承压水降至－ ２．３０ ｍ 时， 引道
段、暗埋标准段基底不会引起突涌问题； 同时， 基坑
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３．５ 降水系统设计
２ 工程水文地质条件
２．１ 地层结构 长江大堤处及其以北分布有填土（ 素填土） 及表
层“硬壳层”， 上部为第四系全新统冲积流塑淤泥质 粉质粘土、粉质粘土夹粉土、粉砂等 ， 中部由第四系 全新统中密—密实粉细砂组成， 下部为上更新统密 实状砾砂、圆砾等。
２．２ 水文地质条件 （ １） 地下水类型及含水岩组特征 场地大面积分布第四系全新统冲积含水岩组，
其中又可分为潜水含水岩组和微承压水含水岩组。 第四系松散岩类孔隙潜水主要赋存于长江漫滩区上 部地层， 含水介质为粘性土、淤泥质土及粉土， 其渗 透性差， 含水量贫乏。水位受季节及气候影响明显， 主要接受大气降水和农田灌溉水的补给， 径流缓慢， 以蒸发、侧向径流和人工开采为主要排泄方式。
（ ２） 地层渗透性 场地属于长江冲积平原， 第四系松散岩层粗细 叠置， 水平层理发育。场地内＜２＞层回填土、＜４＞层淤 泥质粉质粘土、＜７－ ２＞层粉土、＜９－ １＞层粉质粘土， 土 质 不 均 ， 其 渗 透 性 一 般 较 差 ； ＜３＞层 粉 砂 、＜５＞层 粉 砂 、＜７ － １ ＞ 层 粉 细 砂 、＜８ ＞ 层 粉 细 砂 、＜９ ＞ 层 粉 细 砂 、＜１０＞层砾砂， 其渗透性较强。 （ ３） 地下水动态特征和补给、径流、排泄条件 场地地下水潜水及微承压水主要赋存于全新统 砂类土中， 为透水性上弱、下强的多层结构， 由于上 下渗透性能的差异， 约在埋深 ２９ ｍ 以上的地段作 为下部承压水层的相对隔水层， 两者在区域上互为 连通。纵向上看， 含水层微向江面倾伏， 地下水由岸 带流向江内， 长江河道已部分切割含水层。含水层上 部粘性颗粒含量高， 沉积韵律明显， 下部含水层渗透
３．５．１ 轻型井点降水设计 在工作井降水成功的基础上， 经计算， 引道段、
暗埋标准段和工作井后续段基坑下部的承压水位将
在其开挖面以下 ２．０ ｍ 以上， 因此， 该区域降水可以 不考虑承压水引起突涌问题； 同时， 基坑两侧采用纵
向止水， 也可以不考虑侧向补给问题。
（ １） 轻型井点数量确定
根据经验， 在以淤泥质粘土为主的潜水含水层 中， 真空单井有效抽水面积 ａ＃ 在 １５０～２００ ｍ２ 之间， 本次降水真空单井有效抽水面积取 １６０ １） 由于基坑土质为饱水的淤泥质粉质粘土， 不
方便土方开挖和运输， 故需疏干淤泥质粉质粘土地 层中的水， 以降低开挖土层中的地下水含水量， 满足 土方开挖和运输要求。
（ ２） 对于长江隧道基坑深层地下水， 考虑承压 水头较高， 为防止发生突涌或管涌问题， 保证深基坑 开挖及地下室施工的顺利进行， 必须对场地承压水 进行减压降水。
大。文章结合实践， 重点阐述了本工程采用深井管井与轻型井点结合降水方案的设计， 其中包括涌水量的计算、降水
井数量的确定及降水井间距布设等参数研究， 对今后同类工程的修建有一定的借鉴意义。