地铁明挖车站悬挂与落底综合地连墙基坑降水开挖施工浅谈

晏 炜

（福州地铁集团有限公司， 福建 福州 350000）

0 引言

地下水尤其是承压水是深基坑工程研究的核心问题之一，地下水是基坑工程失稳破坏的关键因素，也是导致基坑工程事故最直接的原因之一。目前的研究及工程实践也表明，承压水对基坑工程的施工安全性具有重要的影响。本文主要通过福州地铁某车站采取的两种地连墙围护结构形式（落底式和悬挂式）在施工过程中降水和开挖的相关数据比对并通过建模分析，为后续施工提供一定的参考和借鉴。

1 工程概况

某地铁地下站基坑范围场区覆盖地层由上至下依次为：人工填土层（包括杂填土和填石，弱透水）、海积相淤泥、淤泥质土、淤泥夹砂（弱透水层）、（含泥）中砂（强透水层）、卵石（强透水层）、燕山期花岗岩风化岩和基岩。除淤泥夹砂、淤泥质土层渗透系数较小外，其余透水性均较强。

地下连续墙围护体系，小里程92.4m范围采用1000m厚地连墙落底封闭隔水方案（进入风化花岗岩1m、平均墙深60m）、大里程114.1m采用800mm厚地连墙悬挂式隔水方案，利用基底以下隔水层并结合按需降水控制坑内突涌（墙趾进入淤泥夹砂层、平均墙深5m），墙厚变折处设置落底中隔墙。

图1 .1车站地质剖面图

2 落底与悬挂连续墙降水效果分析

本文利用数值模拟开展同一模型相同参数及边界条件下落底和悬挂两种方案的计算分析，基于流固耦合理论研究不同降水方案地下水渗流机理和对周边环境的影响。

落底式与悬挂式止水帷幕的基坑降水过程渗流场演化机理和特征具有明显差异。经过对连续墙构建的参数更改赋值，在同样外部环境下进行迭代计算，结合现场实测数据并模拟降水过程，具体过程参数不在赘述。对比分析从定量角度对两种方案工况下的降水过程进行研究，探寻同一工程两种方案的影响，为工程方案选择提供预判手段和方法。基坑降水工程的降水效果最直接评价指标即为坑内孔隙水压力的变化情况。为此，在坑内中部两井中间位置设置监测点模拟计算坑内进行孔隙水压力测试：

图2 .1 连续墙落底与悬挂模型对比

图2 .3落底/悬挂帷幕基坑降水过程检测孔隙水压力变化曲线

对比图2.3可见，落底方案降水速率较悬挂式快，且基底监测点能够较快降为0，更深处的检测点孔压下降速率与基坑底类似。

相比之下，悬挂式方案在初始阶段孔隙水压力下降相对明显，但随着抽水过程继续，孔隙水压力逐渐接近极限值，表明模型中渗流场已初步达到动态平衡状态，坑内抽水井的抽水作用与墙底地下水补给作用达到平衡。

图2 .4-1 孔隙水压力变化曲线对比图

图2 .4-2 监测点流量变化对比图

由图2.4进一步对比，两组方案相同位置检测点的流量均由一初始值向零值逼近，计算过程中正值为流入负值为流出。落底式方案的基坑向 0逼近，证实了该监测点所在区域地下水逐渐被疏干；悬挂式方案基坑监测点流量稳定于一非零值，说明该区域已达到新的渗流平衡状态，即地下水不断由坑外向坑内补给，抽水井不断抽水这一动态平衡。本例降水模拟结果实际上证明，该基坑工程在不增加降水井或加深连续墙的前提下，无法实现承压水降至坑底以下目标。设计思路考虑利用坑底连续隔水层，满足抗突涌安全要求，方案亦是可行，但也存在一定风险。

3 基坑降水实施方案优化及施工控制措施

从悬挂式止水帷幕降水效果过程及最终状态图中可见，由于连续墙没有进入基岩，地下水可通过砂层进入坑内，对坑内进行有效补给，因此降水速率较慢。同时，由于地下水的补给作用，基坑降水的效果明显差于落底式止水帷幕的降水效果。而落底连续墙已入岩，止水帷幕隔水效果显著，坑内降水近乎为疏干坑中潜水。同时，坑内降水对坑外土体中孔隙水压力影响很小。因此，该车站存在基坑悬挂与落底两种形式的地连墙止水帷幕的不同特点，应有针对性的对基坑降水井进行布设。

同时要注意悬挂式地连墙基坑区域，要求按需降水原则，控制抽水量，避免水量过大引起过多泥沙流失。疏干井与降压井的滤网设置段存在本质差别，必须严格按照设计要求进行施工。坑外补充备用降压井，当坑内降压井遇堵塞或其他情况无法工作时，启动坑外备用降压井。现场准备备用电源，以免应停电导致无法控制水头。落底式地连墙基坑区域，基坑外水位观测井及备用降压井应保证完好，必要时开启。

车站基坑连续墙施工过程中，应严把质量关，尤其是成槽及接头处务必认真对待，优化工艺工法，确保连续墙完整性及接头严密，同时注意连续墙墙底注浆管等辅助措施的保护。落底地连墙入岩判别应准确无误。悬挂与落底地连墙分界处墙厚变折处设置的落底中隔墙，施工过程中应确保墙体完整性，中隔墙与地连墙接缝处，必要时采用三轴搅拌桩进行土体加固封闭处理。只有在两种止水帷幕有效作用下，基坑开挖方能安全稳定。

通过本文计算分析可知，从基坑降水角度看，相同抽水井布置前提下，落底式方案有利于快速疏干地下水。如采用悬挂式方案，则抽水难度加大，需要优化水井布置，增加抽水强度才可能达到预定降水目标。

对于落底与悬挂两种方案均可满足抽水目标的前提下，如基坑周边有较大单体建筑，且建成年代较近地区，推荐使用落底式连续墙方案，以保证安全。对于周边建筑年代较远，无重要保护建构筑物地区，考虑经济投入和工期要求，可选用悬挂帷幕作为基坑止水方案。但悬挂式止水帷幕方案的实施需结合坑底隔水层、抗突涌计算降水深度，按需降水，以确保方案安全实施。