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1、武漢市軌道交通三號線土建工程第十標段王家墩北站降水施工方案一、編制依據（1） 國家標準地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范（GB50307-1999）；（2） 國家標準供水水文地質勘察規范（GB50027-2001）；（3） 國家標準供水管井技術規范（GB50296-99）；（4） 行業標準建筑與市政降水工程技術規范（JGJ/T111-98）；（5） 湖北省地方標準深基坑工程技術規定（DB42/159-2004）；（6） 基坑降水手冊二、工程概況本工程包括王家墩中心站（不含）王家墩北站區間（簡稱王王區間）、王家墩北站、王家墩北站范湖站（不含）區間（簡稱王范區間）、范湖站（不含）菱角湖公園風井（含2、風井）區間（簡稱范菱區間），共1站3區間和1座風井，五個單位工程。王家墩北站為地下兩層島式站臺車站，長182m，標準段寬19.7m；圍護結構為800mm厚地下連續墻，標準段深28.5m；支撐形式為鋼支撐和砼支撐，共設三道支撐和一道換撐，第一道為800800mm鋼筋砼支撐，第二、三道及換撐均為609、t=16mm的鋼支撐；車站共設四個出入口，兩組風亭。三、工程地質及周邊環境3.1 工程地質條件工程范圍地層自上而下依次為：在場區最大勘探深度范圍內，根據巖土工程勘察報告，場區土層除上部為填土層外，其下主要為第四系全新統沖積(Q4al)的粘性土層、砂層、中粗砂夾礫卵石層，下伏基巖為志留系（S2f）的砂3、巖。根據年代、成因、土層結構特征及強度上的差異，場地土自上而下可分為4層，其中(3)層分五個亞層，(4)層分三個亞層，(20b)層分兩個亞層。王家墩北站車站基坑開挖面主要為（1-1）雜填土、（3-1）粘土、（3-2）粘土、（3-3）淤泥質粉質粘土、（3-4）粉質粘土夾粉砂、（3-5）、（4-1）粉砂。3.2 水文地質擬建場區的地下水有上層滯水、孔隙承壓水和基巖裂隙水三種類型。1、上層滯水主要賦存于填土層中，受大氣降水、地表水及人類生產、生活用水補給影響，無統一自由水面。勘察期間測得的上層滯水穩定水位埋深在2.133.67m之間，相當于絕對標高18.0520.11m。2、孔隙承壓水主要賦存于(34、-5)層及其下的砂層中，上覆粘性土及下伏基巖為相對隔水層頂板、底板。據在漢口地區不同地段不同時期長期觀測結果表明，漢口地區長江I級階地承壓水測壓水位標高最高為20.0m左右，承壓水頭標高年變化幅度在3.04.0m。3、下伏基巖為志留系砂巖，基巖裂隙水水量較小，對本工程的影響不大。表3.2-1 土層滲透系數地層編號土層名稱滲透系數（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)淤泥質粉質粘土6.210-74.410-7(3-4)粉質粘土夾粉砂2.510-64.210-5(3-5)粉質粘土夾粉砂、粉土5.110-56.510-4(45、-1)粉砂8.010-31.810-23.3 周邊環境本站位于王家墩中央商務區東北側，地勢較為平坦，車站北側為在建的恒融商務中心，南側為在建的云霞路及商務區櫻海園，西北側為航天花園，東西兩側無建筑物，較為空曠。四、降水設計4.1 設計思路武漢市軌道交通三號線王家墩北站，開挖深度15.618.08m(屬超深基坑，工程安全等級為一級)，基坑底部位于粉砂層中，基坑開挖后，若不采取降水措施，坑底高承壓水將會產生突涌，本設計方案在基坑內、外設置降水管井進行疏干降水。4.2 方案比選針對基坑坑底下部含水層中的承壓水，可采取深井管井降水或中深井降水技術抽排地下水以降低地下水壓力水頭。根據在類似地層進行的深井6、完整井抽水試驗結果可知，若采用深井完整井，單井抽排水量雖大，但單井的降深能力小，水位降深難以達到設計要求且降水運行不經濟，結合在武漢地區、長江沿岸地區超深基坑工程的施工降水經驗，本次基坑降水設計擬采用中深井降水技術進行降水。4.3 基坑涌水量預測4.3.1 基坑抗突涌分析武漢市軌道交通三號線王家墩北站基坑面積較大（約3839m2），基坑開挖深度較深15.618.08m，本次設計時忽略坑底各土層的粘聚力及其抗剪強度對抗滲透有利的影響，將其作為安全儲備。坑底土方開挖已揭露承壓含水層，需要布置中深降水井進行疏干降水，降水目標水位取坑底下1.5m。4.3.2 基坑涌水量計算中深井降水基坑出水量計算可根7、據地下水類型、補給條件，降水井的完整性以及基坑面積、形狀、降水深度、布井方式等因素，綜合選擇計算公式來進行計算。本基坑面積較大，基坑挖深達15.618.08m，屬深基坑。本次降水設計采用疏干降水思路進行降水設計，承壓水初始水頭取18m，設計目標動水位標高取4.5m，水位降取14.5m，基坑出水量計算采用坑內坑外布井的方式進行計算。基坑出水量按“大井”法承壓完整井公式計算：Q= 2.73kMS(lgR0-lg)式中：Q-基坑降水出水量（）；K-導水系數，按降水經驗，取k=16m/d；S-基坑中心水位降，按上述抗突涌驗算，取S=14.5m；R-降水期間影響半徑，取R=220m；-大井園概化半徑，取8、=51m。計算結果：Q=336784.3.3 降水井數量計算及布置根據水文地質勘察結果，取干擾井群單井出水量q=1440m3/d，則需降水井數量為：根據水文地質勘察結果，取干擾井群單井出水量根據公式計算q=式中:q管井出水能力（m3/d）；d過濾器外徑（mm）；與含水層滲透系數有關經驗系數；過濾器淹沒段長度（m）；（d=250mm；=50；=15.0m）q=1800m3/d，單井實際出水量取1440m3/d是合理可靠的，則需降水井數量為：N=Q/q*1.2(安全系數)=28口經優化布置，天漢降水軟件模擬計算后，實際只需25口降水井就能將場地承壓水降低至基底以下1.5m，本次未專門設置水位觀測井9、，部分降水井兼作觀測井，故降水井總數為25口。降水井布置時應避開梁、柱、樁等，在正式施工前應對井位進行核對，井位可在一定范圍內調整，降水井具體布置見附圖一（降水井平面布置圖）。4.4 降水井結構設計降水井井身結構系依據降水地段地質巖性構成、水文地質條件、鉆孔工藝、施工要求及有關規范規定設計。管井深度與過濾管安裝深度以開采含水層（段）的埋深、厚度、滲透性、富水性及其出水能力等因素來綜合確定，經場地巖土工程和水文地質專門勘察表明：埋藏基坑坑底下面的下部承壓含水層，以下部砂層為主要取水層，井底不宜揭穿該層。其孔徑和井管管徑則按反濾層厚度，排水含砂量要求及安泵深度，泵型決定，綜合考慮上述因素，降水井結10、構設計如下：4.4.1 鉆孔井深可根據以下公式確定：式中:Hw降水井深度（m）；Hw1基坑深度（m）；Hw2降水水位距離基坑底要求的深度（m）；Hw3為水力坡度，在降水井分布范圍內宜為1/101/15；=為降水井分布范圍的等效半徑或降水井排間距的1/2（m）；Hw4降水期間的地下水位變幅（m）；Hw5降水井過濾器工作長度；Hw6沉砂管長度（m）。（Hw1=16.0-17.95m；Hw2=1.5m；Hw3=可忽略不計；Hw4=3m；Hw5=15.0m；Hw6=未取）經計算降水井深度為36.5m，綜合考慮其它因素，降水井實際深度為35m。降水井鉆探井徑550mm。4.4.2 井管降水井管全部采用鋼11、質焊管，其中井壁管長度為20m，壁厚3mm，過濾管長度為15m，壁厚3mm，管徑250mm。井口根據現場實際情況高于地面0.3m。4.4.3 填礫與管外封閉自井底至井深15.0m的承壓含水層深度段環填硅質圓礫，以形成良好的人工反濾層，在井口至井深15.0m段環填粘土球以進行管外封填。降水井結構詳見附圖二。五、降水預測及降水動態控制5.1 降水水位預測基坑降水期間，坑內外任意點處的水位降可視為群井在該點水位降疊加，并以此預測降水水位。水位降預測采用公式為：式中：S-基坑內、外任意距離處水位降（m）；K-滲透系數，（m/d）；m-含水層概化厚度（m）；Q-基坑排水量，；R-降水期間影響半徑，（m）12、-任意點距抽水井的距離（m）。其計算結果詳見附圖三（水位降幅等值線圖），滿足設計水位降14.5m要求。5.2 降水動態控制根據公式，的計算結果來確定是否啟動降水井以及啟動降水井的數量，在土方開挖過程中，根據基坑開挖深度和開挖期間長江水位及場地地下水滲流情況，對降水井運行情況進行動態控制，需開啟的降水井編號及降水井數量由設計代表會同現場技術負責人計算確定，以確保降水經濟運行且有助于保護周邊環境。六、基坑降水對周邊環境影響的預測及評價從理論講，基坑降水時，抽降水引起地面沉降影響范圍就是抽水水位下降漏斗的范圍，并具有離基坑愈近水位降愈大，影響地面沉降愈大的特點。抽降地下水引起地面沉降原因是：由于降低13、承壓水水位使上覆蓋層浮托力降低，產生自重排水固結壓密引起地面沉降；在上部弱透水層中，因地下水水位下降或被疏干，也產生土體自重排水固結壓密而引起地面沉降；另外，承壓水水位降低后，土體產生的附加有效應力，扣除含水層中水壓降低引起的減壓后而對其下臥層固結壓密引起沉降。根據武漢地區基坑降水引起基坑周邊地面沉降的監測數據表明，在距基坑周邊10倍于水位下降值范圍處，其沉降量僅為最大沉降量的45%，而相當于30倍水位下降值范圍處，其沉降量僅為最大沉降量的12%左右，根據地面沉降等值線圖，其最大沉降約35mm，其不均勻沉降率1，因此對于基坑開挖附近的樁基礎建筑物，降水所產生的沉降對其影響較小；但對于淺基礎的建14、（構）筑物來說，降水會對其產生不同程度的影響，但只要降水井的出水含沙量控制好，抽排水量的順序組織合理，亦不致危害這些建（構）筑物的安全使用。為安全起見，在降水運行前，應在地面和建（構）筑物布置沉降觀測點，在降水運行期間加強沉降監測，及時反饋沉降信息，采取預防應急措施，以確保建（構）筑物的安全。本工程降水屬于減壓降水，承壓水位下降引起的地面沉降可由以下數學公式計算預測。式中：-水位下降引起的地面沉降（mm）；-經驗系數（與水壓力的減壓回彈和壓縮模量取值有關），取0.20.5。-水位下降引起的各計算分層有效應力增量（kPa）;-受降水影響地層的分層厚度（cm）;-計算分層數；-各分層的壓縮模量（kPa）。經天漢軟件對地面沉降模擬計算，其地面沉降附圖四（預測值詳見地面沉降等值線圖）。七、降水實驗2012年3月27日，在王家墩北站進行了一次降深單井抽水實驗。7.1 抽水試驗井布置