1 工程概况

　　会议中心站为深圳国际会展中心配套市政项目自南向北的第5座车站(终点站)，车站位于和二涌以北、西海堤以东，沿东西向布置，其线路平面布置如图1所示。周边现状为填埋区，场地标高2.500～6.000m。会议中心站起讫里程为DK48+982.200—DK49+420.200，有效站台起讫里程为DK49+150.000—DK49+336.000。车站总长438.00m、标准段宽20.1m，有效站台总长186.00m、宽11.00m，线间距为14.2m。车站轨面标高-9.320～-10.200m，底板标高-11.940m，基坑开挖深度约15.5m。车站东端为盾构始发井，西端预留盾构接收井。拟采用明挖法施工，主体围护结构拟采用1 000mm地下连续墙加内支撑方案。

　　

　　图1 线路平面位置示意  

　　 

　　2 水文地质条件

　　2.1 地下水类型分析

　　勘察范围内的地下水按赋存方式划分为第四系松散层孔隙水、块状基岩裂隙水2种类型，地层特性如表1所示。

　　1)第四系松散层孔隙水主要赋存于海陆交互相的中粗砂、冲洪积粉细砂及中粗砂中，其含水性能与砂的形状、大小、颗粒级配及黏粒含量等有密切关系。(2)₁,(2)₂,(3)₂,(5)₁,(5)₂透水性一般较差，为弱透水。第四系其他土层中的人工填土透水性一般，而淤泥质土及海陆交互黏土、冲洪积、残积土层透水性最弱。一般而言，勘察区砂层中地下水具有统一的地下水面，局部地形变化稍大处略有起伏。根据本次勘察成果，本标段沿线主要含水层上覆软土、黏性土，地下水水位通常在主要含水层顶板以上，综合判断，除局部地段为潜水，沿线第四系松散层孔隙水主要为承压水。人工填土中主要为上层滞水。

　　2)块状基岩裂隙水主要赋存于强风化带及中等风化带中，地下水的赋存不均一。本线路揭示的基岩不是良好的储水岩层，但破碎的强风化和中风化层是较好的水力通道。根据本项目勘察揭示及本地勘察经验，基岩含水层一般水量不大，当破碎岩体连通或与河涌有直接水力联系，存在良好补给时水量较大。

　　2.2 地下水位分析

　　勘察范围内所有钻孔均遇见地下水。勘察时测得钻孔中初见水位埋深为0.4～5.3m，标高为-1.370～5.500m;稳定水位埋深为0.1～4.0m，标高为0.240～5.400m(由于勘察期间天气为局部暴雨，造成水位变化)。根据现场分层观测水位可知，场地内松散层孔隙水稳定水位标高2.000～3.000m，基岩裂隙水稳定水位标高-12.000～-13.000m。

　　勘察区内，地下水位变化主要受气候控制，每年4—9月为雨季，大气降水丰沛，是地下水的补给期，其水位会明显上升;而10月至次年3月为地下水的消耗期，地下水位随之下降，年变化幅度0.5～2m，同时地下水也会随潮汐水位涨落而起伏变化。

　　3 淤泥质地层基坑降水思路

　　3.1 降水目的

　　根据依托工程围护结构及场地水文地质特征，通过降水主要达到以下目的。

　　1)降低坑内含水层水位，增加临时边坡和坡底的稳定性，防止纵坡滑移。

　　  

　　表1 地层特性 

　　 

　　 

　　

　　表1 地层特性

　　  

　　表2 降水工程特征分析及对策 

　　 

　　 

　　

　　表2 降水工程特征分析及对策

　　2)降低开挖范围内土体含水量，提高土体强度，方便挖掘机和工人坑内施工作业。

　　3)降低基岩裂隙水位至安全水位以下，防止裂隙水突涌，确保基坑安全。

　　3.2 淤泥质地层降水难点分析

　　1)开挖范围存在大量淤泥，淤泥渗透系数小，降水难度大。

　　2)地层条件多变，单一的降水方法不能满足降水要求。

　　3)基坑开挖范围内存在多种地下水水力联系，需考虑基坑底部管涌、流土风险。

　　4)对基坑周围环境要求高，降水可能引起较大不均匀沉降，使地下管线破裂。

　　针对以上滨海滩涂区淤泥质地层降水难点分析，提出降水工程特征分析及对策，如表2所示。

　　3.3 降水思路

　　1)开挖面以上及基底面下一定深度地层为弱含水层，需加真空降水，抽水如图2所示。基坑除局部分布中粗砂层外，开挖面以上及基底以下一定深度地层均为弱透水层，主要由淤泥质土、砂质黏性土、残积土及花岗岩全风化层等组成，地层整体渗透性差，不易疏干;且开挖范围内存在3～9m淤泥层，该层厚度大、工程性质差、含水量高。第2,3道支撑施工位于该层中，若不进行有效疏干将影响施工进度，应提前20d加真空降水，尽可能降低土层含水量，方便开挖。

　　

　　图2 负压疏干井抽水示意  

　　 

　　2)强风化地层裂隙水相对丰富，具有承压性，需降压。本工程区间基岩裂隙水经验算不满足抗突涌稳定要求。当基坑挖至基底附近时，砂质黏性土遇水易软化，基坑存在基岩裂隙水突涌风险。降水井应尽量进入强风化岩层底部，降低基岩裂隙水水位。

　　3)周边无建筑物要保护，无须考虑沉降问题。为防止基岩裂隙水突涌，降水井井深超过地下连续墙降低承压水水位，周边无建筑物要保护，无须考虑坑外水位降深引起沉降问题。

　　4 降水井设计

　　4.1 降水井数量确定

　　4.1.1 疏干井数量确定

　　本工程围护结构采用地下连续墙，地下连续墙深入承压含水层，即土层代号为(11)₁的混合花岗岩全风化层。其属于基坑帷幕截断降水目的含水层的封闭式疏干降水，基坑降水量按下式进行计算:

　　

　　 

　　式中:Q_w为疏干井总出水量(m³);Q₁为坑内疏干层范围内的出水量(m³);Q₂为下层未截断承压层对坑内的越流涌水量(m³);Δh_i为第i土层中水位变化(降深)值(m);为坑内降水设计的目的水位与越流承压层水头的水头差(m);k_v1为坑内降水设计目的水位与越流承压层顶间土层的等效垂直渗透系数(m/d);A为基坑降水面积(m²);μ_i为土层给水度;i为基坑最大降水深(m);T为降水时间(d)。

　　则疏干井数量为:

　　

　　 

　　式中:n为疏干井数量(口);t₁为基坑土方开挖前降水时间(d);q为单井出水量(m/d)，单井出水量应按降水勘察资料确定，无勘察资料时可采用经验公式法计算，即单口井降水控制面积在250～400m²。

　　4.1.2 降压井数量确定

　　当基坑下存在承压含水层时，对于是否需设置降压井应进行基坑抗突涌稳定性验算，其计算简图如图3所示。

　　

　　 

　　

　　图3 突涌稳定性验算示意  

　　 

　　式中:K_t为抗突涌稳定安全系数，坑底有群桩基础或经过加固处理时，K_t≥1.1;为承压水层以上土的天然重度的层厚加权平均值(k N/m³);H₁为基坑坑底埋深(m);H₂为承压含水层顶板埋深的最小值(m);γ_w为地下水重度(k N/m³)，一般取10k N/m³;h_w为承压水头高度(m)。

　　基坑抗突涌稳定性不满足要求，需降压降水时，降压出水量按下列稳定流公式计算。

　　1)圆形面状基坑降压出水量可按下式进行计算(矩形及不规则形状基坑可概化成圆形基坑进行计算):

　　

　　 

　　式中:Q为基坑降压总出水量(m³/d);K为承压含水层渗透系数(m/d);M为承压含水层厚度(m);S为设计水位降深(m);R为影响半径(m);r₀为基坑范围引用半径(m)。

　　2)线形布井基坑降压出水量可按下式计算:

　　

　　 

　　式中:Q为基坑降压总出水量(m³/d);K为承压含水层渗透系数(m/d);M为承压含水层厚度(m);S_W为降水干扰井设计水位降深(m);2d为两井间的距离(m);r_w为降水井半径(m)。

　　则降压井数量为:

　　

　　 

　　式中:q_j为降压井单井出水量(m³/d)，由抽水试验确定。

　　4.2 降水井布置方案及优化

　　地铁车站基坑一般属于矩形线布形基坑，其水文地质条件沿基坑纵向并非均匀分布。在实际计算时，根据地质勘察包括先对基坑相似水文地质进行分区，在各区段内分别计算疏干井和降压井数量。

　　根据地质勘察报告中基坑水文地质条件分布情况，将整个基坑降水区域沿纵向分为4个降水区域，分别在各降水区域计算疏干井及降压井数量，计算结果如表3所示。

　　  

　　表3 各区段内降水井数量计算结果 

　　 

　　 

　　口

　　

　　表3 各区段内降水井数量计算结果

　　根据设计思路，不考虑降水对周边和环境的影响，考虑到降低工程造价和基坑内施工的便捷性，不再设置单独的降压井降低基岩裂隙水位，直接将部分疏干井加深进入强风化层降水，使疏干井兼作降压井。将疏干兼降压井命名为降水井I、疏干井命名为降水井II。其布置方式为在各区段内距离基坑外边缘5m交错均匀布置，以会议中心站为例，其基坑降水井布设方案如图4所示。

　　

　　图4 会议中心站降水井布设方案平面  

　　 

　　4.3 降水井结构设计(见图5)

　　

　　图5 降水井结构示意  

　　 

　　降水井I(疏干兼降压井):26口，井深37m，泥浆孔径550mm;井管为直径273mm、壁厚3mm钢管;滤管为同规格的桥式滤水管，外包80目锦纶滤网，底板设1m长沉淀管;滤料回填至地面下约6m，其上采用黏性土或场地土回填固井。由于基岩面起伏较大，实际施工过程中降水井I井深以钻机钻进能力确定。

　　降水井II(疏干井):18口，井深24m，泥浆孔径550mm;井管为直径273mm、壁厚3mm钢管;设置15m滤管，滤管为同规格的桥式滤水管，外包80目锦纶滤网，底板设1m长沉淀管;滤料回填地面下约6m，其上采用黏性土或场地土回填固井。

　　降水井设计要求:(1)井口高度井口应高于地表以上0.50m，以防止地表污水渗入井内;(2)围填滤料疏干井滤料从沉淀管底向上填至地表以下1.5m;(3)黏土封孔在滤料回填面以上采用黏土填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作;(4)降水井进入基底以下5m(3m)，地下水位低于开挖面1m，最终降水深度低于基坑底面0.5m，待覆土完成后停止降水。

　　5 疏干兼降压井施工工艺

　　1)井位测量根据施工方案的平面布置，放出井位，施工现场根据具体地质条件适当调整井位和井间距。

　　2)成孔护筒埋设护筒埋入原状土中，管外中黏性土填实土封闭，护筒上部高出地面0.5m左右。

　　3)钻机就位钻机根据测量孔位中心点准确就位。

　　4)成孔选用旋挖钻机或反循环钻机成孔，成孔孔径800mm。

　　5)清孔换浆为保证孔壁不形成过厚泥浆，当钻孔钻至设计井深位置时即加清水调浆，同时防止泥浆过稀造成塌孔。

　　6)下井管下管前须测量孔深，检查过滤器是否符合要求，井管焊接牢固，垂直下放到设计深度后，井管固定居中。下管过程连续进行，不得中途停止。

　　7)填滤料滤料采用砾石滤水层。填料前测量井管内深度，填料过程中随填随测滤料高度。连续进行填滤料工作，中途不得停止。

　　8)封闭井口采用黏土封孔，回填前将黏土捣碎后填入，然后在井口管外做好封闭工作。

　　9)洗井采用水泵洗井，反复进行，直到抽出的水为清水为止。洗井应在下完井管、填好滤料后立即进行，以免时间过长导致护壁泥浆老化，影响渗水效果。

　　10)安装水泵管井内安装潜水泵，并应根据现场抽水情况适当调整泵量，合理安排抽水时间，有效降低地下水位标高。

　　6 降水效果分析

　　6.1 疏干兼降压井优缺点分析

　　从本降水工程的实施到抽水运营管理，可总结出疏干兼降压井具有以下优缺点。

　　优点:(1)降低成本疏干兼降压井能以一种井结构满足2种不同降水目的的需求，在工程上节约了人力、物力及财力，降低了工程成本，与单独的疏干井和降压井相比，这种新型井结构具有低成本的优点。(2)缩短工期与其他工序施工相比，疏干兼降压井减少了坑内降水井数量，大大缩短施工工期;同时，降低了坑内降水井密度，使得坑内开挖等施工工序更便于进行。

　　缺点:周边环境影响较大。据基坑监测资料显示，本工程与同类采取降压井降压相比坑外沉降较大。这主要是由于疏干兼降压井延长了微承压水的抽水时间，加大了地表沉降量。因此，这种井结构主要适用于对周边环境要求不高的工程或围护结构基本隔断基坑内外承压含水层水力联系的工程。

　　6.2 降水效果分析

　　以5,7,10,15,25号井作为观测井对其进行抽水试验，结果如图6所示。

　　

　　图6 抽水试验结果  

　　 

　　由图6可看出，基坑开挖深度约为-15.5m，而地下水位控制在-19.33m左右，满足设计要求，而由地下水位监测时程变化曲线可看出，在地下水位稳定后，其每日变化量为-104～435mm，而设计报警值为700mm，基坑开挖期间，其地下水位的变化在可控范围内。坑内淤泥质黏土固结，强度变高，完全满足现场挖掘机和工人坑内施工作业。

　　7 结语

　　本文依托深圳地铁探究了滨海滩涂区淤泥质地层降水设计，得到如下结论。

　　1)滨海滩涂区淤泥质地层基坑降水以真空井点降水为主、集水明排为辅的方式进行。

　　2)在明确水力联系的情况下，不考虑降水对周边和环境的影响，确定疏干井和降压井的数量后，可通过改变管井的结果使疏干井兼作降压井以达到降低成本、缩短工期的目的。

　　结果表明，此种设计方法和布井方式能有效解决滨海滩涂区淤泥质地层降水困难问题。