1、武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段王家墩北站降水施工方案一、编制依据（1） 国家标准地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB50307-1999）；（2） 国家标准供水水文地质勘察规范（GB50027-2001）；（3） 国家标准供水管井技术规范（GB50296-99）；（4） 行业标准建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T111-98）；（5） 湖北省地方标准深基坑工程技术规定（DB42/159-2004）；（6） 基坑降水手册二、工程概况本工程包括王家墩中心站（不含）王家墩北站区间（简称王王区间）、王家墩北站、王家墩北站范湖站（不含）区间（简称王范区间）、范湖站（不含）菱角湖公园风井（含2、风井）区间（简称范菱区间），共1站3区间和1座风井，五个单位工程。王家墩北站为地下两层岛式站台车站，长182m，标准段宽19.7m；围护结构为800mm厚地下连续墙，标准段深28.5m；支撑形式为钢支撑和砼支撑，共设三道支撑和一道换撑，第一道为800800mm钢筋砼支撑，第二、三道及换撑均为609、t=16mm的钢支撑；车站共设四个出入口，两组风亭。三、工程地质及周边环境3.1 工程地质条件工程范围地层自上而下依次为：在场区最大勘探深度范围内，根据岩土工程勘察报告，场区土层除上部为填土层外，其下主要为第四系全新统冲积(Q4al)的粘性土层、砂层、中粗砂夹砾卵石层，下伏基岩为志留系（S2f）的砂3、岩。根据年代、成因、土层结构特征及强度上的差异，场地土自上而下可分为4层，其中(3)层分五个亚层，(4)层分三个亚层，(20b)层分两个亚层。王家墩北站车站基坑开挖面主要为（1-1）杂填土、（3-1）粘土、（3-2）粘土、（3-3）淤泥质粉质粘土、（3-4）粉质粘土夹粉砂、（3-5）、（4-1）粉砂。3.2 水文地质拟建场区的地下水有上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水三种类型。1、上层滞水主要赋存于填土层中，受大气降水、地表水及人类生产、生活用水补给影响，无统一自由水面。勘察期间测得的上层滞水稳定水位埋深在2.133.67m之间，相当于绝对标高18.0520.11m。2、孔隙承压水主要赋存于(34、-5)层及其下的砂层中，上覆粘性土及下伏基岩为相对隔水层顶板、底板。据在汉口地区不同地段不同时期长期观测结果表明，汉口地区长江I级阶地承压水测压水位标高最高为20.0m左右，承压水头标高年变化幅度在3.04.0m。3、下伏基岩为志留系砂岩，基岩裂隙水水量较小，对本工程的影响不大。表3.2-1 土层渗透系数地层编号土层名称渗透系数（cm/s）垂直水平(3-1)粘土5.110-75.710-7(3-2)粘土6.010-75.710-7(3-3)淤泥质粉质粘土6.210-74.410-7(3-4)粉质粘土夹粉砂2.510-64.210-5(3-5)粉质粘土夹粉砂、粉土5.110-56.510-4(45、-1)粉砂8.010-31.810-23.3 周边环境本站位于王家墩中央商务区东北侧，地势较为平坦，车站北侧为在建的恒融商务中心，南侧为在建的云霞路及商务区樱海园，西北侧为航天花园，东西两侧无建筑物，较为空旷。四、降水设计4.1 设计思路武汉市轨道交通三号线王家墩北站，开挖深度15.618.08m(属超深基坑，工程安全等级为一级)，基坑底部位于粉砂层中，基坑开挖后，若不采取降水措施，坑底高承压水将会产生突涌，本设计方案在基坑内、外设置降水管井进行疏干降水。4.2 方案比选针对基坑坑底下部含水层中的承压水，可采取深井管井降水或中深井降水技术抽排地下水以降低地下水压力水头。根据在类似地层进行的深井6、完整井抽水试验结果可知，若采用深井完整井，单井抽排水量虽大，但单井的降深能力小，水位降深难以达到设计要求且降水运行不经济，结合在武汉地区、长江沿岸地区超深基坑工程的施工降水经验，本次基坑降水设计拟采用中深井降水技术进行降水。4.3 基坑涌水量预测4.3.1 基坑抗突涌分析武汉市轨道交通三号线王家墩北站基坑面积较大（约3839m2），基坑开挖深度较深15.618.08m，本次设计时忽略坑底各土层的粘聚力及其抗剪强度对抗渗透有利的影响，将其作为安全储备。坑底土方开挖已揭露承压含水层，需要布置中深降水井进行疏干降水，降水目标水位取坑底下1.5m。4.3.2 基坑涌水量计算中深井降水基坑出水量计算可根7、据地下水类型、补给条件，降水井的完整性以及基坑面积、形状、降水深度、布井方式等因素，综合选择计算公式来进行计算。本基坑面积较大，基坑挖深达15.618.08m，属深基坑。本次降水设计采用疏干降水思路进行降水设计，承压水初始水头取18m，设计目标动水位标高取4.5m，水位降取14.5m，基坑出水量计算采用坑内坑外布井的方式进行计算。基坑出水量按“大井”法承压完整井公式计算：Q= 2.73kMS(lgR0-lg)式中：Q-基坑降水出水量（）；K-导水系数，按降水经验，取k=16m/d；S-基坑中心水位降，按上述抗突涌验算，取S=14.5m；R-降水期间影响半径，取R=220m；-大井园概化半径，取8、=51m。计算结果：Q=336784.3.3 降水井数量计算及布置根据水文地质勘察结果，取干扰井群单井出水量q=1440m3/d，则需降水井数量为：根据水文地质勘察结果，取干扰井群单井出水量根据公式计算q=式中:q管井出水能力（m3/d）；d过滤器外径（mm）；与含水层渗透系数有关经验系数；过滤器淹没段长度（m）；（d=250mm；=50；=15.0m）q=1800m3/d，单井实际出水量取1440m3/d是合理可靠的，则需降水井数量为：N=Q/q*1.2(安全系数)=28口经优化布置，天汉降水软件模拟计算后，实际只需25口降水井就能将场地承压水降低至基底以下1.5m，本次未专门设置水位观测井9、，部分降水井兼作观测井，故降水井总数为25口。降水井布置时应避开梁、柱、桩等，在正式施工前应对井位进行核对，井位可在一定范围内调整，降水井具体布置见附图一（降水井平面布置图）。4.4 降水井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。管井深度与过滤管安装深度以开采含水层（段）的埋深、厚度、渗透性、富水性及其出水能力等因素来综合确定，经场地岩土工程和水文地质专门勘察表明：埋藏基坑坑底下面的下部承压含水层，以下部砂层为主要取水层，井底不宜揭穿该层。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，综合考虑上述因素，降水井结10、构设计如下：4.4.1 钻孔井深可根据以下公式确定：式中:Hw降水井深度（m）；Hw1基坑深度（m）；Hw2降水水位距离基坑底要求的深度（m）；Hw3为水力坡度，在降水井分布范围内宜为1/101/15；=为降水井分布范围的等效半径或降水井排间距的1/2（m）；Hw4降水期间的地下水位变幅（m）；Hw5降水井过滤器工作长度；Hw6沉砂管长度（m）。（Hw1=16.0-17.95m；Hw2=1.5m；Hw3=可忽略不计；Hw4=3m；Hw5=15.0m；Hw6=未取）经计算降水井深度为36.5m，综合考虑其它因素，降水井实际深度为35m。降水井钻探井径550mm。4.4.2 井管降水井管全部采用钢11、质焊管，其中井壁管长度为20m，壁厚3mm，过滤管长度为15m，壁厚3mm，管径250mm。井口根据现场实际情况高于地面0.3m。4.4.3 填砾与管外封闭自井底至井深15.0m的承压含水层深度段环填硅质圆砾，以形成良好的人工反滤层，在井口至井深15.0m段环填粘土球以进行管外封填。降水井结构详见附图二。五、降水预测及降水动态控制5.1 降水水位预测基坑降水期间，坑内外任意点处的水位降可视为群井在该点水位降叠加，并以此预测降水水位。水位降预测采用公式为：式中：S-基坑内、外任意距离处水位降（m）；K-渗透系数，（m/d）；m-含水层概化厚度（m）；Q-基坑排水量，；R-降水期间影响半径，（m）12、-任意点距抽水井的距离（m）。其计算结果详见附图三（水位降幅等值线图），满足设计水位降14.5m要求。5.2 降水动态控制根据公式，的计算结果来确定是否启动降水井以及启动降水井的数量，在土方开挖过程中，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，对降水井运行情况进行动态控制，需开启的降水井编号及降水井数量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。六、基坑降水对周边环境影响的预测及评价从理论讲，基坑降水时，抽降水引起地面沉降影响范围就是抽水水位下降漏斗的范围，并具有离基坑愈近水位降愈大，影响地面沉降愈大的特点。抽降地下水引起地面沉降原因是：由于降低13、承压水水位使上覆盖层浮托力降低，产生自重排水固结压密引起地面沉降；在上部弱透水层中，因地下水水位下降或被疏干，也产生土体自重排水固结压密而引起地面沉降；另外，承压水水位降低后，土体产生的附加有效应力，扣除含水层中水压降低引起的减压后而对其下卧层固结压密引起沉降。根据武汉地区基坑降水引起基坑周边地面沉降的监测数据表明，在距基坑周边10倍于水位下降值范围处，其沉降量仅为最大沉降量的45%，而相当于30倍水位下降值范围处，其沉降量仅为最大沉降量的12%左右，根据地面沉降等值线图，其最大沉降约35mm，其不均匀沉降率1，因此对于基坑开挖附近的桩基础建筑物，降水所产生的沉降对其影响较小；但对于浅基础的建14、（构）筑物来说，降水会对其产生不同程度的影响，但只要降水井的出水含沙量控制好，抽排水量的顺序组织合理，亦不致危害这些建（构）筑物的安全使用。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。本工程降水属于减压降水，承压水位下降引起的地面沉降可由以下数学公式计算预测。式中：-水位下降引起的地面沉降（mm）；-经验系数（与水压力的减压回弹和压缩模量取值有关），取0.20.5。-水位下降引起的各计算分层有效应力增量（kPa）;-受降水影响地层的分层厚度（cm）;-计算分层数；-各分层的压缩模量（kPa）。经天汉软件对地面沉降模拟计算，其地面沉降附图四（预测值详见地面沉降等值线图）。七、降水实验2012年3月27日，在王家墩北站进行了一次降深单井抽水实验。7.1 抽水试验井布置