劉盈華 張春強

（1.中鐵十九局集團有限公司地鐵工程有限公司 中國 北京 100000；2.蘇州軌道交通工程有限公司 江蘇 蘇州 215031）

0 前言

蘇州軌道交通4 號線沿人民路南北向穿越蘇州古城區(qū)，其中觀前街站需拆除既有人防設施。 為保證周邊商家經(jīng)營及道路通行要求，對車站圍護結(jié)構(gòu)穿越人防地段采用深導墻支撐既有人防方案。該方案難點是在深導墻施工后破除人防地板時地下水的處理，同時又要保證周邊商家等建筑物不受影響。

1 深導墻的地下水處理

1.1 工程概況

地下水的控制主要采用三種方式進行， 一種是輕型井點降水，第二種是采用疏干井作為緊急臨時降水井（需嚴格控制降水深度）或回灌井，第三種是周邊設置備用回灌井。

人防工程處理過程中地下水的控制途徑：

圖1

1.2 井點降水施工技術(shù)措施

1.2.1 地面沉降驗算

（1）附加沉降計算原理

①附加沉降

采用分層總和法進行沉降計算，計算公式如下：

其中，S——降水引起的地面總附加沉降量（m）；

Si——第i 計算土層的附加沉降量（m）；

對于第i 層土，其附加沉降計算公式如下：

其中，ΔPi——第i 計算土層降水引起的附加荷載（kPa）；

Ei——第i 計算土層的壓縮模量（kPa）；

Hi——第i 計算土層的土層厚度（m）

②ΔPi值的修正系數(shù)

對于粘土和粉質(zhì)粘土，其附加荷載的修正系數(shù)計算式如下：

μ＝容水度-持水度=給水度（含水量）=W

其中，μ——計算土層降水引起的附加荷載修正系數(shù)；

W——計算土層的給水度（含水量）

因此，對于粘土和粉質(zhì)粘土，修正過后的附加沉降計算公式如下：

③附加荷載

因地下水位下降引起的土層附加荷載，計算式如下：

其中，ΔP——降水引起的土層附加荷載（kPa）

v——水的重度（kN/m3）

Δh——降水前后土層的水頭降落值（m）

④彈性模量

對于粘土、粉質(zhì)粘土和粉土，彈性模量計算式如下：

其中，e——土層的原始孔隙比；

α——土的體積壓縮系數(shù)（MPa－1）

⑤距離降水范圍邊界任意距離處水位降落值

通過潛水完整井水位下降曲線方程，得到距離降水點任意距離處水位降落值的計算公式如下：

其中，ΔH——距離降水點任意距離處的水位下降值（m）；

H——潛水含水層厚度（m）；

hw——井點降水穩(wěn)定水頭值（從含水層底板算起）（m）；

M——井點降水水位降深值，其計算公式如下：

L（x）——計算點距離降水點的距離（m）

r0——仿大井半徑（降水范圍等效半徑）（m）

對于本工程，降水區(qū)域近似矩形，其計算公式如下：

a——降水范圍長邊長度（m）

b——降水范圍短邊長度（m）

R——單井抽水影響半徑（m）。 其計算公式如下：

K——滲透系數(shù)（m/d）

（2）計算模型建立

以察院場東側(cè)地下連續(xù)墻范圍底板破除時的底板降水為例，并考慮最不利因素，建立典型降水模型，如圖2 所示。

圖2 典型降水模型圖

（3）附加沉降計算

①距離降水范圍邊界任意距離處水位降落值的計算

根據(jù)典型降水模型、地質(zhì)參數(shù)等，各參數(shù)取值如表1 所示。

將表1 中的參數(shù)代入公式（6），并分別計算L（x）＝2.5m、5m、7.5m、10m、15m 時的水位降落值ΔH，計算結(jié)果見表2 所示。

根據(jù)計算結(jié)果，繪制水位降落曲線如《水位降落曲線圖》所示。

②彈性模量計算

將相關(guān)孔隙比、壓縮系數(shù)代入公式（5），計算出③1 粘土層的彈性模量，詳見表3。

表1 任意距離處水位降落值計算參數(shù)表

表2 水位降落值（ΔH）計算結(jié)果匯總表

圖3 水位降落曲線圖

表3 彈性模量計算參數(shù)及結(jié)果匯總表

③附加荷載計算

根據(jù)計算式（4），降水原點處土層附加荷載計算參數(shù)及結(jié)果詳見表4。

表4 附加荷載計算參數(shù)及結(jié)果匯總表

表5 附加沉降計算參數(shù)及結(jié)果匯總表（L（x）=0m 時）

④附加沉降計算

將表2、3、4 相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（2），計算出各土層附加沉降量，當距離L（x）=0m 時計算參數(shù)及結(jié)果如表5。

依此類推，各距離處沉降計算結(jié)果分別如表6 所示。

表6 沉降計算結(jié)果匯總表

⑤計算結(jié)果分析

根據(jù)計算結(jié)果分析，降水引起的地面沉降量較小，由于不均勻沉降可能導致的周邊建筑物傾斜率以及沉降量均在相關(guān)規(guī)范要求的允許值范圍以內(nèi)，不會造成環(huán)境破壞。因此，采用輕型井點降水在環(huán)境安全性上是可行的。

1.2.2 井點降水設計

以《典型降水模型圖》所示地下連續(xù)墻施工工況為例進行降水設計。

（1）計算參數(shù)

根據(jù)上文沉降計算相關(guān)參數(shù)及計算結(jié)果得出：

滲透系數(shù)：K=0.04752 m/d

含水層厚度：H=30 m

水位降深值：M=6.95 m

單井抽水影響半徑：R=16.6 m

降水范圍等效半徑：r0=3.3 m

計算影響半徑：R0=R+r0=16.6＋3.3=19.9 m

（2）涌水量計算

（3）單根井點管的允許最大出水量

井點管濾水管長度：L=1 m，井點管半徑：r0=0.015 m，代入單根井點管的允許最大出水量計算公式：

（4）井點數(shù)量計算

（5）井點間距計算

降水范圍周長為2（a＋b）=22 m

井點間距為2（a＋b）/n=0.88 m，為保險起見，施工時按間距0.8 m布置。

（6）井點管長度計算

井點管距離底板開槽中心距離為1.4 m，根據(jù)水位降落曲線圖，底板底面以下最小有效井管長度為1.524 m， 施工時取按照底板頂面以上0.3 m，底板底面以下有效井管1.5 m，濾管長度1m，考慮底板厚度，井點管長度為3.6 m。 由于人防結(jié)構(gòu)內(nèi)部部分內(nèi)凈空高度小于3.6 m，為便于施工，可根據(jù)凈空尺寸，井點管可采用分節(jié)拼接井點管。

（7）立柱樁及放坡開挖時的輕型井點設計

參照以上地下連續(xù)墻施工時的井點降水計算，立柱樁（降水井）及放坡開挖施工時的輕型井點可參照地下連續(xù)墻施工時的井點降水布置。

（8）圖例

①地下連續(xù)墻施工時的井點降水圖例

圖4 地下連續(xù)墻施工時的井點降水布置示意圖

②立柱樁施工時的井點降水圖例

圖5 立柱樁施工時的井點降水布置示意圖

③放坡開挖時的井點降水圖例

圖6 放坡開挖施工時的井點降水布置示意圖

1.2.3 輕型井點降水施工

（1）鉆孔

采用混凝土取芯機在人防結(jié)構(gòu)底板上鉆取φ80 mm 孔洞，進行井點管的安裝。

鉆孔時旁邊準備一定數(shù)量的應急物資，如直徑與鉆孔直徑相當?shù)膱A木、麻袋布、棉絮、榔頭、雙快水泥、塑料軟管等，一旦出現(xiàn)鉆孔后地下水噴涌的情況，可以立即進行封堵。

（2）井點管安裝

由于人防結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空高度一般不超過3.8 m， 部分位置凈空高度小于井點管長度，為便于施工，可根據(jù)凈空尺寸采用分節(jié)拼接井點管。

井點管安裝應在盡可能短的時間內(nèi)完成，一旦井點管插入到設計標高位置，立即進行孔洞的封堵，封堵方法詳見圖7。

圖7 輕型井點孔洞封堵示意圖

1.2.4 疏干井、回灌井

在人防結(jié)構(gòu)底板破除前在人防結(jié)構(gòu)范圍以內(nèi)施工一定數(shù)量的疏干井，在人防結(jié)構(gòu)范圍以外（同時位于設計主體圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)）施工一定數(shù)量回灌井，以備緊急情況下使用。

疏干井按照1 口/250 m2左右進行布置。 井點沿車站及區(qū)間的線路縱向布置成兩排，相鄰井點呈梅花形交錯布置。 井管直徑φ300，鉆孔直徑φ600，管井采用3mm 厚鋼板加工而成。 井管底位于主體基坑底面以下5 m。 人防施工時作為臨時水位觀測井及緊急降水時使用，降水深度不超過人防結(jié)構(gòu)底板底以下2 m。

回灌井沿圍護結(jié)構(gòu)及人防結(jié)構(gòu)外側(cè)布置， 間距15 m。 井管直徑φ250，鉆孔直徑φ600，其成井方式、深度及構(gòu)造同疏干井?；毓嗑诓捎娩摪甯采w，作為水位觀測或緊急回灌水時使用。

2 深導墻降水技術(shù)的實用性

2.1 保證了道路交通需要和商家正常經(jīng)營的需要；

2.2 較先處理人防工程節(jié)省了較大工程造價；

2.3 為快速完成本工程節(jié)約了工期；

2.4 為類似工程提供類比經(jīng)驗。