【降水方案】轨道交通站基坑工程降水初步施工方案

　 X XX 轨道交通 X XX 号线工程

　X XX 站基坑工程 降水初步施工方案

　X XX 工程股份有限公司

　二 二 0 0X XX 年 年 X XX 月 月 X XX 日

　 目

　录 1 前言

　................................ ................................ ..

　1 1 1.1

　基坑概况 ............................................................ 1 1.2

　环境概况 ............................................................ 1 1.3

　基坑工程等级 ........................................................ 2 2 工程地质和水文地质

　................................ .....................

　3 3 3 降水设计依据与目的

　................................ .....................

　5 5 3.1

　降水设计依据 ........................................................ 5 3.2

　降水目的 ............................................................ 5 4 基坑降水风险分析

　................................ .......................

　6 6 4.1

　疏干降水风险分析 .................................................... 6 4.2

　减压降水风险分析 .................................................... 6 5 基坑降水设计

　................................ ..........................

　9 9 5.1

　设计原则 ............................................................ 9 5.2

　降水设计方案拟定 .................................................... 9 6 三维非稳定地下水渗流数值分析

　................................ ..........

　12 6.1

　含水层分布及水力特征 ............................................... 12 6.2

　三维非稳定地下水渗流模型的建立 ..................................... 12 6.3

　减压井数量计算 ..................................................... 15 6.4

　降水井工作量统计 ................................................... 17 7 专项降水验证试验要求

　................................ ..................

　18 8 基坑降水对周边环境沉降分析

　................................ ............

　19 8.1 降压诱发沉降计算原理 ............................................... 19 8.2 降压诱发沉降预估 ................................................... 20 8.3 减压降水引起的地面沉降控制措施 ..................................... 20 9 管井构造与成井技术要求

　................................ ................

　22 9.1 管井构造 ........................................................... 22 9.2 成井技术要求 ....................................................... 22 10 成井施工工艺

　................................ ........................

　23 10.1 工艺流程 .......................................................... 23

　 10.2 前期准备工作 ...................................................... 23 10.3 成井施工 .......................................................... 24 10.4 特殊过程质量控制要求 .............................................. 25 11 降水运行管理

　................................ ........................

　26 11.1

　基坑降水运行管理 .................................................. 26 11.2 常规管理要求 ...................................................... 27 12 基坑工程承压水事故案例、风险源辨识与控制 和应急预案

　...................

　29 12.1

　引言 .............................................................. 29 12.2

　承压水危害的表现形式和相关案例 .................................... 29 12.3

　基坑工程承压水风险源辨识 .......................................... 31 12.4

　基坑工程承压水风险技术控制措施 .................................... 32 12.5

　应急预案 .......................................................... 35 13 封井要求

　................................ ............................

　37 13.1 封井原则 .......................................................... 37 13.2 封井方案 .......................................................... 37 14 施工现场组织

　................................ ........................

　41 14.1 项目经理部组成及职责 .............................................. 41 14.2 作业人员组成及职责 ................................................ 43 15 施工进度计划及工期保证措施

　................................ ...........

　44 15.1 施工进度计划 ...................................................... 44 15.2 工期保证措施 ...................................................... 44 16 施工机械配备

　................................ ........................

　47 17 附图

　................................ ................................

　47

　基坑工程降水方案 1 1 前言

　1.1 基坑概况

　锦绣东路站位于锦绣东路（金科路～金桥路段）下方，沿锦绣东路东西向布置，为地下二层岛式站台车站，车站中心里程SK34+348.263，主体规模236m×19.14m（内径），站台中心处顶板覆土约3.37m，底板埋深约16.450m，站中心轨面标高为-10.750m。

　车站基坑工程性质如表1-1所示。

　表 表 1 1- - 1

　基坑 工程性质表

　工程部位

　基底标高（m m ）

　开挖深度（m m ）

　墙趾标高（m m ）

　止水帷幕深度（m m ）

　主体 端 头井 -14.622、-14.150 18.622、18.150 -28.0～-29.0 31.0～33.0 标 准段 -12.381～-12.791（-13.590～-13.921）

　16.650～17.650（17.920）

　-27.0 附属 -5.50～-7.50（约-8.50）

　9.70～11.70（12.70）

　旋喷桩 约 15.0～20.0 说明：本方案主体基坑地面标高取 +4.00m ，附属基坑地面标高取 +4.20m 。

　1.2 环境概况

　本场地位于锦绣东路（金科路～金桥路段），锦绣东路为已建道路，该路下敷设有各种市政管线，工程建设前应先进行清障工作及管线迁移工作。

　拟建场地南侧为高压线走廊，高压线杆基础为独立基础，基础埋深约 12.0m～12.5m，近金科路路口有一座高压线铁塔，其采用条形基础，基底埋深约 1.8m，设计、施工时应考虑机械设备施工净距，与高压线保持安全距离；同时应加强基坑围护工作，保证高压线杆及铁塔基础稳定安全。另外，拟建车站南侧地段原先存在较多民宅及少量公司厂房、办公楼，其下存在着基础，本工点车站基坑开挖施工前宜先清除已拆迁建（构）筑物的旧基础。

　车站主体结构周边建（构）筑物情况如下：车站主体结构北侧为浦东大众公交公司金桥停车场，车站南侧为浦东新区金桥镇环境卫生清洁所、周家宅及上海国清汽车修理有限公司，均距离车站一倍基坑开外深度以外。

　车站主体基坑上方主要管线有：2 根 DN300 上水管（铸铁）、1 根 DN600-DN800 雨水

　基坑工程降水方案 2 管（砼）、1 根 DN250 燃气（钢）。车站南侧架有 220kv 高压电线，架空线距离地面约 25m，其电线杆与主体基坑最近距离约 14.5m。在第一阶段主体结构施工期间，地下管线向主体基坑北侧迁改临排，待完成主体结构施工后复位。

　拟建场地周边环境图见下图1-1。

　图1 1- - 1

　车站周边环境图

　1.3 基坑工程等级

　根据周边环境条件，车站主体基坑安全等级为一级，环境保护等级为二级，即基坑开挖期间，地面最大沉降量≤0.2%H，围护结构最大水平位移≤0.3%H，H 为基坑开挖深度。

　基坑工程降水方案 3 2 工程地质和水文地质

　1、地层分布情况 经勘察揭露，在深度55.43m范围内地基土属第四纪晚更新世及全新世沉积物，主要由粘性土、粉性土和砂土组成。分布较稳定，一般具有成层分布的特点。按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异性，依据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012）相关条款，可划分为7个主要土层。拟建场地地基土分布自上而下如下：① 1-1 杂色杂填土层、① 1-2 杂色素填土层、②黄色～灰黄色粉质粘土层、③灰色淤泥质粉质粘土层、③ 夹 灰色粘质粉土层、④灰色淤泥质粘土层、⑤ 1-1 灰色粘土层、⑥暗绿～草黄色粉质粘土层、⑦ 1-1 层草黄色粘质粉土夹粉质粘土、⑦ 1-2 砂质粉土层及⑦ 2 粉砂层。

　2、承压含水层分布情况 拟建场地地下水类型主要为松散岩类孔隙水，孔隙水按形成时代、成因和水理特征可划分为潜水含水层、承压含水层。本站勘探深度范围内地下水主要为赋存于浅部土层中的潜水和第⑦层粉性土和砂土中的承压水。

　1）潜水 潜水分布于浅部土层中，补给来源主要有大气降水入渗及地表水径流侧向补给，其排泄方式以蒸发消耗为主。上海地区浅部土层中的潜水位埋深，一般离地表面0.3～1.5m，年平均地下水水位埋深离地表面0.5～0.7m。勘察期间测得地下水静止水位埋深一般为0.70～1.90m，相应标高为3.56～2.00m，平均静止水位标高为2.80m。

　2）承压水 对本工程有影响的承压水分布于第⑦层粉砂土层中。根据上海地区的区域资料，承压水埋深一般在3～12m，低于潜水水位，并呈周期性变化。根据实测资料显示，第⑦层承压水位的埋深为6.55m（相应标高约-2.51m）。

　根据勘察资料和围护设计资料，本工程场地土层和含水层典型分布情况如图2-1所示。

　基坑工程降水方案 4

　 图2 2- - 1

　基坑典型地质纵剖面图

　综上所述，本工程场地土层地质特点是基坑浅层分布有较厚的 ③ 、 ④ 层淤泥质粘性土（局部有 ③ 夹 灰色粘质粉土层 ），该两层土属高压缩性、高含水量、流变的软土，物理力学性质相对较差；坑底位于 ④ 层淤泥质粘土中；⑦ 1 1- -1 1 粘质粉土夹粉质粘土弱含水层水压大而渗透性小，降水难度大，下部为深厚的砂层。

　基坑工程降水方案 5 3 降水设计依据与目的

　3.1 降水设计依据

　（1）《基坑工程技术规范》DG/TJ08-61-2010 （2）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 （3）《岩土工程勘察规范》DGJ08-37-2012 （4）《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012 （5）《建筑与市政降水工程技术规范》JGJ/T111-98 （6）《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013 （7）《市政地下工程施工质量验收规范》DG/TJ08-236-2013 （8）《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009 （9）《供水水文地质手册》 （10）《上海市轨道交通 14 号线工程详勘 7 标-锦绣东路站岩土工程勘察报告（详勘）》（2014-G-186-1）上海岩土工程勘察设计研究院有限公司（2015.02）

　（11）基坑围护设计图纸（2015.04）上海市隧道工程轨道交通设计研究院 3.2 降水目的

　（1）防止基坑内部纵坡坡面和坑底的渗水，保持坑底干燥，便利施工。

　（2）增加内部边坡和坑底的稳定性，防止边坡上或坑底的土层颗粒流失。基坑开挖至地下水位以下时，周围地下水会向坑内渗流，从而产生渗透力，对边坡和基底稳定产生不利影响。此时采用井点降水的方法，可以把基坑周围的地下水位降至开挖面以下，不仅能保持坑底干燥、便利施工，而且消除了渗透力的影响，防止流砂产生，从而增加了边坡和基底的稳定性。

　（3）减少土体含水量，有效提高物理力学性能指标，可增加被动区土抗力，从而提高支护体系的稳定性，减少支护体系的变形。

　（4）提高土体固结程度，增加地基土抗剪强度。降低地下水位，减少土体含水率从而提高土体固结程度，减少土中孔隙水压力，增加土中有效应力，相应的土体抗剪强

　基坑工程降水方案 6 度也可得到增长。因此，降低地下水位亦是一种有效的地基加固方法。

　（5）降低下部承压含水层承压水水位，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止基坑底部突涌的发生，确保施工时基坑的抗突涌稳定性； 4 基坑降水风险分析

　本场地⑦层（⑦ 1-1 层草黄色粘质粉土夹粉质粘土、⑦ 1-2 砂质粉土层及⑦ 2 粉砂层）承压含水层层顶埋深为27.0～29.0m，主体地连墙端头井进入⑦ 1-2 层砂质粉土含水层约1m，标准段地连墙位于⑦ 1-2 层层顶，尚未进入该层，这种情况下，由于含水层间相互连通，坑内减压降水基本为敞开式降水（ 降水Ⅱ型），采取坑外降压降水，当降压井开启运行后，基坑内满足降水设计要求下，坑外水位必然有所下降，从而引发周边建（构）筑物变形。

　鉴于此，必要时应在基坑施工期间采取一定的保护措施，减小基坑降 水对周围环境的不利影响。

　4.1 疏干降水风险分析

　本工程基坑开挖范围内需要疏干土层主要为第②层粉质粘土、第③层淤泥质粉质粘土夹粉土、第③ 夹 层粘质粉土、第④层淤泥质粘土。其中第③层淤泥质粉质粘土和第④层淤泥质粘土含水量高，呈流塑态，压缩性大。若不采取合理措施降低其含水量，造成开挖面积水，将会直接影响基坑开挖面上的施工。较高的含水量还会影响开挖土体的稳定性，容易引发坑内流水流砂，放坡失稳等问题。

　4.2 减压降水风险分析

　当坑底下有承压水存在，开挖基坑减小了含水层上覆不透水层的厚度，当它减少到一定程度时，承压水的水头压力能顶裂或冲破基坑底板，造成突涌。突涌的表现形式为：

　（1）基底顶裂，出现网状或树状裂缝，地下水从裂缝中涌出，并带出下部的土颗粒。

　（2）基坑底发生流砂现象，从而造成边坡失稳和整个地基悬浮流动。

　（3）基底发生类似于“沸腾”的喷水现象，使基坑积水，地基土扰动。

　因此，需要通过管井的减压降水来降低水压力，降低基坑工程施工风险。但基坑内

　基坑工程降水方案 7 减压降水产生附加应力，土层压缩固结导致地面沉降，从而引发周边环境问题。故减压降水一方面需要保证基坑的安全，另一方面，还必须密切关注周边环境的安全。

　1 4.2.1 基底抗突涌 验算

　根据上海市工程建设标准《基坑工程技术规范》(DG/TJ08-61-2010)关于基坑抗承压水稳定性验算的相关规定，基坑开挖面以下存在承压含水层且其上部存在不透水层时，应按下列公式验算开挖过程中此不透水层的抗承压水稳定性。

　i IRYwk sh p 1

　 图 图 4 4- - 1

　基底抗突涌稳定验算简图

　式中，γ s ——承压水作用分项系数，取 1.0； Pwk——承压含水层顶部的水压力标准值（kPa）； γ i ——承压含水层顶面至基坑底间各土层的重度（kN/m3 ）； h i ——承压含水层顶面至坑底间各土层的厚度（m）； RY——抗承压水分项系数，取 1.10 进行计算； 本工程基坑底板以下分布有⑦层承压含水层，勘察揭露为⑦ 1-1 粘质粉土夹粉质粘土、⑦ 1-2 砂质粉土、⑦ 2 粉砂层。选取勘探孔 S28XJ6 为计算参考孔，⑦层层顶标高为-23.02m，其初始水位标高按详勘报告取-2.51m。

　经验算，针对⑦层基坑临界开挖标高为-10.1m（埋深 14.1m），本工程中主体基坑开挖深度超过此临界值，需考虑减压降水。其结果见表 4-1。

　基坑工程降水方案 8 表 表 4 4- - 1

　对于第 ⑦ 层基坑底板抗承压水突涌稳定性计算表

　工程部位

　底面标高 (m)

　承压水顶托力

　(kPa)

　上覆土压力

　(kPa)

　水位降深

　（m m ）

　控制水位埋深（m m ）

　西端头井 -14.622 225.6 151.5 6.7 13.2 东端头井 -14.150 159.3 6.0 12.5 标准段 -12.382～-12.791184.1～167.63.4～4.0（5.2～5.7）

　9.9～10.5（11.7～注：本工程地面绝对标高 +4 .00m 。

　4.2.2 周边环境风险分析

　随着坑外地下水位的降低，地基中原水位以下土体的有效自重应力增加，导致地基土体固结，进而造成降水影响范围内的地面和建〔构)筑物产生不均匀沉降、倾斜、开裂等现象，严重时可能危及其安全和正常使用。本基坑工程环境保护等级为二级，因此有必要采取相应的技术措施来消除基坑降水对周围环境的影响。

　本基坑基本为敞开式降水，对坑外环境造成一定降深和变形影响，应根据周边环境的变形控制标准以合理制定地下水控制措施，实现基坑和环境的双安全。

　基坑工程降水方案 9 5 基坑降水设计

　5.1 设计原则

　针对本工程基坑开挖深度较大、⑦层敞开式降水、上下含水层（⑦ 1-1 、⑦ 1-2 ）渗透性和出水量差异大等特点，综合确定以下设计原则：

　（1）⑦ 1-1 粘质粉土夹粉质粘土渗透性和出水量较小，滤管应进入下伏⑦ 1-2 砂质粉土，以保证单井出水量和降深要求；结合止水帷幕深度，以坑外减压降水为主； （2）备用井的数量应满足规范 20%的要求，并应在降深薄弱处（本工程主要为端头井及标准段落深坑区域）设置观测兼备用井； （3）根据三维模型预测所获得的坑外降深，进行沉降估算； （4）运营过程中，应贯彻执行“按需降水”； 5.2 降水设计方案拟定

　根据本工程围护结构设计资料、工程地质条件与水文地质条件分析，在本工程施工过程中，既需要对浅部基坑开挖范围内的潜水含水层进行疏干降水，亦需对深部承压含水层进行减压降水，以保障基坑的安全开挖。浅部疏干降水采用钢制真空疏干井，疏干降水须保证在基坑开挖及地下结构施工期间施工作业面的干燥。由于本工程存在巨厚承压含水层组（详勘中勘探孔未揭穿⑦ 2 层），止水帷幕无法隔断基坑内外的水力联系，故减压降水直接关系到整个基坑的安全。

　5.2.1 疏干降水设计方案

　依据《基坑工程技术规范》(DG/TJ08-61-2010)对于真空疏干降水管井的技术要求，在粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粘质粉土中，单井有效面积按常规取 200m2 ，孔径不宜小于 600mm。共布设疏干降水井 25 口，标准段井深为 23m，端头井 25m。

　由于疏干降水土层的渗透系数较小（多小于 1.0×10-5 cm/s），疏干降水运行期间随基坑开挖割除暴露与基坑开挖面上部的井管，对于疏干井水位的观测可根据《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）采取利用坑内降水井停抽一段时间后测读水位的方法，一般取停抽 24 小时后的恢复水位为场地潜水水位。

　基坑工程降水方案 10 针对本工程，由于地下连续墙对潜水含水层均进行止水，下覆⑤ 1-1 层粘土及⑥层粉质粘土为上海地区较好的隔水层，潜水含水层基坑内外水力联系已被隔断，潜水含水层的疏干降水对坑外环境几无影响。

　5.2.2 减压降水设计方案

　5.2.2.1 降水渗流模型及依据

　根据止水帷幕与含水层的空间位置关系，可将基坑渗流模型分为 3 大类。第一类为帷幕深入并揭穿含水层底板、将含水层完全隔断；第二类为帷幕未进入含水层；第三类为帷幕进入含水层但未揭穿。三种渗流模型的概念图如图 5-1～5-3 所示。

　图 图 5 5- - 1

　Ⅰ类基坑渗流模型（封闭式降水）

　图 图 5 5- - 2

　Ⅱ类 基坑渗流模型（敞开式降水）

　图 图 5 5- - 3

　Ⅲ类基坑渗流模型（悬挂式降水）

　针对本工程，下覆承压含水层厚度超过 25m（详勘勘探孔未揭穿下部⑦ 2 层），止水帷幕进入承压含水层较短（与含水层厚度相比），基本属第二类渗流模型（敞开式降水）。

　5.2.2.2 降压井类型设计

　本基坑工程主要涉及到⑦层承压含水层，对其单独布设减压井进行减压降水。

　根据基坑底板抗突涌计算结果：⑦层在端头井处降深为 6.0～6.7m，标准段降深为3.4～4.0m（下翻梁为 5.2～5.7m）。主体基坑减压降水基本属于敞开式降水，以坑外降

　基坑工程降水方案 11 水为主，部分降压井为避开后期附属基坑，布设于基坑内。

　5.2.2.3 降水井深度设计

　降压井的深度一方面需考虑井内外的水头损失（即井损），另外一方面，需考虑到抽水至观测井之间的水力梯度漏斗可达到安全水位。本工程基坑普遍开挖深度 16.6～18.6m，控制⑦层水位埋深为 10.3～13.2m，同时结合降压井位置，井深度设计为 39m、40m。

　图 图 5 5- - 4

　降水井井损示意图

　5.2.2.4 降水井数量计算

　基坑降水是一个典型的地下水向井的三维渗流问题，实际的基坑降水问题属于典型的定降深变流量问题，但由于地下水动力学中还没有简明的非稳定流条件下的干扰井群变流量井流计算方法，现行的井点降水设计，主要采用干扰井群定流量稳定井流公式，显然不能反映基坑实际渗流场随时间的变化情况。另外，在应用解析法需要对场地的地质条件进行概化，当地质条件过于复杂时，这种概化可能引起失真，例如，基坑降水影响范围内的含水层由多层渗透性差异较大的土层所组成时，解析法通常需要采用综合渗透系数来描述其宏观特征，但这样就忽视了真实水流的运动规律，计算结果可能有较大误差，而且解析法难以处理计算边界不规则或者边界条件比较复杂的情况。

　井结构与井数确定详见下文数值模拟计算。

　5.2.3 附属结构降水设计

　本工程附属结构开挖深度9.7～11.7m，经过初步验算无需对⑦层进行减压降水。按常规布设浅部疏干井。

　基坑工程降水方案 12 6 三维非稳定地下水渗流数值分析

　6.1 含水层分布及水力特征

　为进行全面的基坑降水渗流分析及制定合理的基坑降水技术方案，需建立关于本基坑工程降水的水文地质物理模型及数值分析模型，在此基础上进行基坑降水渗流分析与设计计算，以检验井结构设计的合理性与降深的效果好坏来综合确定井的深度与井的数量，同时预测基坑降水对周边地下水的渗流影响。

　6.2 三维非稳定地下水渗流模型的 建立

　6.2.1 三维非稳定地下水渗流数学模型

　地下水流和土体是由固体、液体、气体三相体组成的空间三维系统，土体可以模型化为多孔介质。因此求解地下水问题就可以简化为求解地下水在多孔介质中流动的问题，可以用下述地下水渗流连续性方程及其定解条件来描述地下水的三维非稳定渗流规律。

　根据与本场地相适应的水文地质条件，可建立下列与之相适应的地下水三维非稳定渗流数学模型:         1 100) , , .......( ......... ......... ......... .......... )......... , , , ( ) , , , () , , ........( ......... ......... ......... .......... )......... , , ( ) , , , () , , ....( ..........1z y x t z y x h t z y x hz y x z y x h t z y x hz y xthTEWzhkz yhky xhkxtzz yy xx

　式中：潜水含水层承压含水层ySSE ；

　潜水含水层承压含水层BMT ；

　MSS s 

　； S 为储水系数；yS

　为给水度； M 为承压含水层单元体厚度   m ；

　基坑工程降水方案 13 B 为潜水含水层单元体地下水饱和厚度   m 。

　z z yy xxk k k , , 分别为各向异性主方向渗透系数   d m/ ； h 为点 ）

　（ z y x , , 在 t 时刻的水头值   m ；

　W 为源汇项   d / 1 ；0h 为计算域初始水头值   m ； 1h 为第一类边界的水头值   m ； sS 为储水率  m / 1； t 为时间   d ；  为计算域； 1 为第一类边界。

　对整个渗流区进行离散后，采用有限差分法将上述数学模型进行离散，就可得到数值模型，以此为基础编制计算程序，计算、预测抽水引起的地下水位的时空分布。

　6.2.2 三维非稳定地下水渗流数值模型

　根据已有的岩土工程勘察报告、水文地质条件、钻孔资料，模拟区平面范围按下述原则确定：以拟建车站为中心，边界布置在抽水井影响半径以外。本次建模范围为 1000m×1000m，从上到下分为浅部粘性土层、⑦ 1-1 含水层,、⑦ 1-2 含水层、⑦ 2 含水层等 4 个大层，其中含水层中考虑到滤管位置及地连墙又细分成多层。

　（1）含水层的结构特征及网格剖分 本次数值模拟计算采用含水层三维模型，其剖分情况见图 6-1～6-4。

　基坑工程降水方案 14

　 图 图 6 6- - 1

　数值模型平面剖分图

　图 图 6 6- - 2

　数值模型垂向剖分图

　（2）水力特征 地下水渗流系统符合质量守恒定律和能量守恒定律；含水层分布广、厚度大，在常温常压下地下水运动符合达西定律；考虑浅、深层之间的流量交换以及渗流特点，地下水运动可概化成空间三维流；地下水系统的垂向运动主要是层间的越流，三维立体结构模型可以很好地解决越流问题；地下水系统的输入、输出随时间、空间变化，参数随空间变化，体现了系统的非均质性，但没有明显的方向性，所以参数概化成水平向各向同性。

　⑦ ⑦1-1 层 浅部粘性土 土 ⑦ ⑦1-2 层 ⑦ ⑦2 层 ⑨层 层 隔 水 底板⑤ ⑤3t 层 地连墙底 降压井滤管底

　基坑工程降水方案 15 综上所述，模拟区可概化成非均质水平向各向同性的三维非稳定地下水渗流系统。模拟区水文地质渗流系统通过概化、单元剖分，即可形成为地下水三维非稳定渗流模型。

　（3）模拟期及应力期确定 数值模拟的模拟期为 10 天和 1 次计算周期，在计算周期中，所有外部源汇项的强度保持不变。

　（4）源汇项处理方式 ① 降压井处理 在《Visual Modflow》中，抽水井可以设置过滤器埋深、出水量等参数。

　② 边界条件处理 模型边界定义为定水头边界，水位不变，为 6.55m。

　帷幕与降压井平面及剖面关系如图 6-3 和 6-2 所示。

　 图 图 6 6- - 3

　含水层深度帷幕平面示意图（ 31 ～m 33m 深度）

　6.3 减压井数量计算

　主体基坑 8 口降压井（另 4 口观测兼备用井）抽水运行后，坑内外水位降深情况如图 6-4 和 6-5 所示。

　基坑工程降水方案 16

　图 图 6 6- - 4

　基坑减压降水时坑内外 ⑦ 层水位降深曲线（单位：m m ）

　由图 6-4 可知，主体基坑 8 口降压井抽水运行后，基坑内承压水位可满足设计要求，基坑外水位降深情况为：南侧高压线铁塔及南侧民宅处最大水位降深为 3.5m。

　上文根据地层分布情况进行了承压水抗突涌计算，并经过数值模拟计算对井结构和井数量进行了验算。减压降水设计结果详见表 6- 1。

　基坑工程降水方案 17 表 表 6 6- - 1

　⑦层承压水减压降水设计汇总表

　工程部位

　水位降深值（m m ）

　控制水位埋深（m m ）

　设计井深/ / 滤管位置（m m ）

　井号

　备注

　主体 3.4～6.7 10.3～13.2 39 （32～38）

　Y2～Y7 端头井 2 口降压井 Y1、Y8 避开后期附属基坑，布置于基坑内 40 （33～39）

　Y1、Y8 6.4 降水井工作量统计

　经过上文分析和计算，拟定本次基坑工程降水井设计如表 6-2 所示。

　表 表 6 6- - 2

　基坑降水设计表

　工程部位

　项目名称

　编号

　数量（口）

　深度（m m ）

　滤管埋深（m m）

　）

　主体 疏干井 J1～J2、J24～J25 4 25 5～8、10～15、19～24 疏干井 J3～J23 21 23 5～8、10～15、18～22 降压井 Y1、Y8 2 40 33～39 降压井 Y2～Y7 6 39 32～38 降压井 YG1～YG4 4 39 32～38 附属 疏干井 JF1～JF22 22 16 5～8、11～15

　基坑工程降水方案 18 7 专项降水验证试验要求

　实际施工期间，由于岩土工程问题本身的多变性和基坑止水帷幕施工后边界条件的复杂性，基坑降水井群干扰效应等问题的影响，理论计算需要进行实践检验，通过降水验证性试验直观反映出基坑群井降水的可靠程度。按照《基坑工程技术规范》(DG/TJ08-61-2010)，减压井全部施工完成，现场排水系统安装完毕后，应进行一次抽水试验或减压降水试运行。

　降水验证试验的目的和要求：

　（1）查明基坑内减压降水井在群井干扰、基坑边界条件发生变化后是否可满足基坑开挖至底（包括局部深坑）时主体基坑（尤其基坑降水薄弱区域）水位降深需求，备用井是否留有余量。

　（2）查明基坑内减压降水井在受到群井抽水干扰效应的影响下，基坑的实际涌水量大小，验证确定基坑排水系统承载能力。

　（3）群井验证试验结束之后，整理提交试验报告和后期基坑降水运行管理方案。

　在降压井成井试抽初步了解单井出水量和动水位基础上，现场抽水验证试验安排如表 7-1 所示。

　表 7-1

　现场抽水验证试验安排 工程部位

　试验阶段

　试验过程

　抽水井号

　观测井号

　试验目的

　试验周期

　备注

　主体

　稳定水位测量 / Y1～Y8、YG1～ YG4 确定⑦层承压含水层初始水位，复核降深计算。

　连续测 3次，变化在 2cm 以内。

　第一阶段 单井 Y1 Y2～Y3、YG1 确定单井出水量 24h / 第二阶段 群井抽水 Y1～ Y8 YG1～ YG4 检验降水效果，是否达到设计降深需求 24～48h 至观测井水位稳定

　基坑工程降水方案 19 1 1n nis i s ii iiPS U S U HE    01sveEa工程部位

　试验阶段

　试验过程

　抽水井号

　观测井号

　试验目的

　试验周期

　备注

　第三阶段 水位恢复 / YG1～ YG4 为后期风险控制提供依据 12h 第一个小时重点观测

　8 基坑降水对周边环境沉降分析

　根据上文基坑降水数值模拟得到的周边地下水水位降深情况，初步预估降水引起的沉降变化， 仅供参考。

　1 8.1 降压诱发沉降计算原理

　因深部降压所引起的地面沉降包括三部分：(1)瞬时沉降；(2)固结沉降；(3)因土体流变所产生的次固结沉降。由于次固结沉降一般在主固结完成后才明显显现，且要求荷载作用时间较长，因此，本计算主要考虑主固结沉降，按照中华人民共和国国家标准《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）中推荐的分层总和法进行。

　按照该规范，因地下水下降引起的土层附加荷载，可按下式计算：

　 (8-1) 式中：△P 为降水引起的土层附加荷载(KPa)；h1 为降水前土层的水头高度(m)；h2为水位下降后的水头高度(m)；γw 为水的重度(KN/m3)。降水引起的地面附加沉降量，可采用分层总和法，按下式计算：

　 (8-2) 式中：S 为降水引起的地面总附加沉降量(m)；φs 为修正系数；U 为该层土的固结度；Si 为第 I 计算土层的附加沉降量(m)；△Pi 为第 i 计算土层降水引起的附加荷载(KPa)；Ei 为第 i 计算土层的压缩模量(KPa)；Hi 为第 i 计算土层的土层厚度(m)。

　以上公式中的 Ei，对于砂土，应为压缩模量；对于粘土和粉土，可按下式计算：

　 (8-3)

　基坑工程降水方案 20 式中：e0 为土层的原始孔隙比；αv 为土层的体积压缩系数(MPa-1)，取值时应取土的有效自重压力至土的有效自重压力与附加压力之和的应力段。

　由于减压降水主要降水含水层为 ⑦ 层，故本次计算以 ⑦ 层沉降为主。

　2 8.2 降压诱发沉降预估

　根据现有掌握资料，在理论分析、计算的基础上，预估本工程⑦层承压水位降压诱发的周边沉降。

　主体降压对周边环境的影响云图如下图 8-1。

　 图 图 8 8- - 1

　主体减压降水诱发周边沉降等值线预估图（单位：

　mm ）

　根据上述预测结果，主体减压降水后，基坑外南侧高压电线塔及民宅处降水引起最大理论地面沉降约 11mm。

　3 8.3 减压降水引起的地面沉降控制措施

　减压降水期间为做好对周边环境影响减低到最低程度，拟按照以下措施进行施工：

　基坑工程降水方案 21 （1）总包方应委托监测方对施工场地周围的已有建筑物，施工前先踏勘一遍。按规范要求布置好沉降观测点。施工期间每天进行观测，沉降速率及累积沉降量严格按照设计要求控制。如有异常，停止降水施工，及时向上汇报，研究保护方法。

　（2）抽水过程中真正做到三点：降水范围宜小不宜大，降水时间宜短不宜长，降压深度宜浅不宜深。

　（3）建议在后期挖土施工的过程中，尽量提高效率，缩短挖土时间，相应得减少抽水时间，同时减少降水对周边环境的影响。

　（4）在降水运行过程中随开挖深度加大逐步降低承压水头，避免过早抽水减压。在不同开挖深度的工况阶段，合理控制承压水头，在满足基坑稳定性要求前提下，防止承压水头过大降低，这将使降水对周边环境的影响减少到最低限度。

　（5）采用信息化施工，对周边地面、邻近建（构）物进行位移监测，发现问题及时处理，调整抽水井及抽水流量，指导降水运行和开挖施工。

　（6）及时整理基坑开挖和降水时的水位资料，加强同总包方、监理方、监测方得沟通，及时分析位移监测资料，必要时调控降水运行。

　（7）根据现场抽水试验结果，编制降压井的降水工况，根据合理按需降水的原则进行抽水。

　基坑工程降水方案 22 9 管井构造与成井技术要求

　9.1 管井构造 （1）井壁管：井壁管均采用焊接钢管，井壁管直径均为 φ273mm，疏干井壁厚 3mm，降压井壁厚 4mm。

　（2）过滤器（滤水管）：滤水管的直径与井壁管的直径应相同，采用圆孔过滤器，搭接长度约为尼龙网单幅宽度的 20%～50%；所有滤水管外均包一层 30 目～40 目的尼龙网，尼龙网 （3）沉淀管：滤水管底部设置长度为 1.00m 的沉淀管，防止井内沉砂堵塞而影响进水；沉淀管底口用铁板封死。

　9.2 成井技术要求 （1）井口高度：井口应高于地表以上 0.20～0.50m，以防止地表污水渗入井内； （2）围填滤料：根据设计图纸进行充填； （3）粘土封孔：在滤料围填面以上采用粘土填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作。

　（4）成孔偏差：井孔的平面误差≤1.0m，井深（孔深）偏差≤+50cm；井孔应圆正。

　（5）井管偏差：井身应圆正，上口保持水平，井管的顶角及方位角不能突变，井管安装倾斜度不能超过 1 度；井管截面尺寸偏差≤±2mm，井管长度偏差≤±20cm。

　（6）出水含砂量：抽水稳定后，出水含砂量不得超过 2 万分之一(体积比)； （7）井内水位：抽水稳定后，井内的水位应处于安全水位以下。

　基坑工程降水方案 23 10 成井施工工艺

　10.1 工艺流程 具体成井施工流程见图 10-1。

　图 图 10- - 1

　成井施工流程图

　10.2 前期准备工作 1、测放井位 本工程基坑内结构和工程桩、立柱等较多，施工降水井需避开坑内结构。施工期间根据降水管井平面布置图采用全站仪利用已知点坐标检核，误差控制在 20cm，井位测放完毕后应做好井位标记，方便后面施工。如果布设的井点存在地面障碍物，应当设法清除障碍物，以利于打井的进行。若地面障碍物不易清除或受其他施工条件的影响，无法在原布设井位进行打井时，应与工程师及甲方及时沟通并采取其他措施，必要的时候可对井位作适当调整。

　2、埋设护口管 埋设护口管时，护口管底口应插入原状土层中，管外应用粘性土或草辫子封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面 0.10m～0.30m。

　3、安装钻机 安装钻机时，为了保证孔的垂直度，机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、

　基坑工程降水方案 24 转盘与孔的中心三点成一线，严把开孔关，钻头与钻杆连接处带两根钻铤，并且，弯曲的钻杆不得下入孔内。

　10.3 成井施工 施工机械设备选用 GPS-10 型工程钻机及其配套设备。成孔时采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺。

　1、钻进成孔 成孔时均一径到底；钻进开孔时应吊紧大钩钢丝绳，轻压慢转，以保证开孔钻进的垂直度。

　成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在 1.10～1.15，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。

　2、清孔换浆 钻孔钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底 0.50m，进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至 1.08，孔底沉淤小于 30cm，返出的泥浆内不含泥块为止。

　3、下井管 井管进场后，应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。首先必须测量孔深，并对井管滤水管逐根丈量、记录。封堵沉淀管底部，为保证沉淀管底部封堵牢靠，下部封堵铁板不小于 6mm。

　其次要检查井管焊接，井管焊接接头处应采用套接型，套接接箍长 20mm，套入上下井管各 10mm；套管接箍与井管焊接焊牢、焊缝均匀，无砂眼，焊缝堆高不小于 6mm。

　检查完毕后开始下井管，下管时为保证滤水管居中，在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径 5cm 的扶正器（找正器），扶正器采用梯形铁环，上下部扶正器铁环应 1/2错开，不在同一直线上。

　4、埋填滤料 填滤料前在井管内下入钻杆至离孔底 0.30m～0.50m，井管上口应加闷头密封后，从钻杆内泵送泥浆进行边冲孔边逐步调浆使孔内的泥浆从滤水管内向外由井管与孔壁的环状间隙内返浆，使孔内的泥浆密度逐步调到 1.05,然后开小泵量按前述井的构造设计

　基坑工程降水方案 25 要求填入滤料，并随填随测填滤料的高度。直至滤料下入预定位置为止。

　5、洗井 在提出钻杆前利用井管内的钻杆接上空压机先进行空压机抽水，待井能出水后提出钻杆再用活塞洗井。活塞直径与井管内径之差约为 5mm 左右，活塞杆底部必须加活门。洗井时，活塞必须从滤水管下部向上拉，将水拉出孔口，对出水量很少的井可将活塞在过滤器部位上下窜动，冲击孔壁泥皮，此时应向井内边注水边拉活塞。当活塞拉出的水基本不含泥砂后，可换用空压机抽水洗井，吹出管底沉淤,直到水清不含砂为止。

　空压机 排水管 泥浆池

　井管 进气管 阀门

　图 图 10- - 2

　空压机洗井原理示意图

　6、下泵抽水 洗井完毕后，可以下泵试抽。试抽成功，代表该井成孔完毕，可以投入使用。

　10.4 特殊过程质量控制要求 针对本工程降水施工过程中的特殊过程，应按表 10-1 中所列进行质量控制。

　表 表 10- - 1

　特殊过程质量控制要求

　序号 检查项目 技术要求 检查数量 1 成孔直径(mm) 偏差±20mm 全数 2 井管沉设深度(m) 偏差±0.20m（疏干井）

　≥50%井数 偏差±0.15m（减压井）

　全数 3 井管间距（m）

　偏差±1.00m ≥50%井数 4 滤料规格 D 50 =(6～12)d 50

　全数 5 滤料围填 高出滤管顶 2m 以上，滤料体积≥95% 全数 6 孔口段粘土封填 不得使用粉性土，厚度≥1.5m ≥50%井数

　 26 11 降水运行管理

　11.1 基坑降水运行管理 1、疏干降水井随基坑开挖割除暴露出的井管，基坑开挖期间需要做好降水井的保护。

　2、合理布设降水井位置，使坑内降水井位置尽量便于基坑土方开挖。通常在布设时，坑内降水井井应靠近格构柱和支撑，也便于横向设置加强筋保护坑内降水井。

　 图 11- - 1

　降压井辅助平台搭设示意图

　3、对于降压井应搭设辅助管理平台进行保护。辅助平台的搭设通常位于混凝土支撑上，便于行走。

　 图 11- - 2

　降压备用井辅助平台搭设示意图

　4、所有降水井应设置醒目标记，安装好夜间施工反光带，加强人工值班保护。有施工作业面的情况下，减压降水井在每层支撑或梁板处采用捆扎等方法尽量将其固定。基坑开挖至底时，降压井岀露基坑地面较长，需小心机械碰撞，降压井损坏较难修复。

　 27 减压井需采用合适的井管壁厚保证具有一定的强度。

　5、对于工程降水，尤其是有减压降水措施的工程降水，在正常的降水运行过程中，必须有合理的用电保障已满足降水运行的需求。通常要求施工现场 总包应提供两路工业用电，降水运行中应保证一路工业用电停电后另一路工业用电能及时使用，保证停电3 3 ～10 分钟内能将确保降水井正常运转，避免影响降水效果甚至危害基坑安全。

　关于备用电源的自启动及完成降压井抽水设备延时启动的最大时间间隔限制条件，应在减压降水运营前，通过承压水位恢复试验进一步确定。

　6、降水井管保护措施如下：

　①对降水井竖立醒目标志，做好标识工作； ②抽水运行期间，派专门人员进行看护； ③土方分层开挖完成后，疏干井应及时割管及下泵。

　④随着基坑开挖深度的不断加深，基坑内降压井井管的暴露长度不断加大，井管沿纵向与每道环梁或挖土平台支撑要及时加固。

　⑤ 加强井管焊接质量的检查。按照设计要求严格控制焊接质量。焊缝要均匀，无砂眼，焊缝堆高不小于 6mm 。确保后期基坑开挖焊 缝不漏水。

　⑥ 疏干井应在区域土方开挖完成后方可割管，避免发生后续挖土过程中被土方掩埋的情况。

　⑦ 所有降水井应设置醒目的标记，弄好夜间施工反光带，加强人工值班保护。

　11.2 常规管理要求 1、降水运行前，降水井应合理布设排水管道并便于接入施工现场排水设施； 2、降水运行前应做好降水供电系统，配备独立的电源线； 3、所有抽水井应在供电电箱插座、抽水泵电缆插头及排水管上做好对应的标示，并在每次发生变动时进行相应的标示变更，便于抽水运行管理；供电电箱应定期进行检查并备有检查记录； 4 4 、正式降水前 必须进行试运行，进一 步检验供电系统、抽水设备、排水系统及应急预案能否满足降水要求；试运行结果进行记录并备案，根据试运行结果，对于无法满足降水要求的部分进行相应整改；通过试运行熟悉水泵开启、电路切换，以确保降水连续进行。

　 28 5、降水前各降水井均应测量其井口标高、静止水位并进行相关记录； 6、降水应严格根据工况进行降水控制，确保基坑安全并降低对周边环境影响； 7、基坑开挖后，疏干井割管时应测量井深，及时采取清淤措施； 8、抽水过程中各应做好抽水井流量及观测水位观测数据记录；抽水井应选择代表性降水井安装流量表进行流量测量；水位观测可利用相应观测井进行；

　 29 12 基坑工程承压水事故案例、风险源辨识与控制和应急预案

　12.1 引言 在各类地下工程中，深基坑工程是受承压水危害最直接、最广泛的工程类型。长期以来，承压水控制一直被视作深基坑工程的一项重要辅助施工方法。

　近年来，随着我国城市化进程的快速发展，各中心城市开始兴建多线换乘的轨道交通枢纽、地下快速干道等大型地下构筑物，基坑的开挖深度和规模飞速发展，由地层中承压水引发的问题越来越严重。仅以上海为例：2000 年 8 月，地铁 4 号线某车站未揭示的承压水导致基底隆起，周围建筑物损伤；2003 年 5 月，地铁 8 号线某车站降承压水过程中附近建筑物和管线突发严重沉降;2006 年，地铁 7 号线新村路车站降承压水诱发周围地层严重沉降，最大沉降量达到 140mm；上海 1985 年发生的煤气管过江工作井突涌、2003 年漳州中银大厦坑底突涌，1995 年上海金茂大厦坑底涌水事件。

　南京、杭州等沿海城市也发生过多次类似事件。这些事故表明，城市中深基坑施工不仅要求将水头控制在安全线以下，而且对周围建构筑物有着严格的沉降控制要求，这正是以往所忽视的。因此，工程实践迫切要求承压水控制思路从以往的单纯的“水位控制”转变为“综合治理”即从勘察、设计、施工全过程入手，建立“以水位控制为前提、以沉降控制为核心”的承压水综合治理体系，以保证大规模地下空间开发过程中城市功能的正常运作和社会生活的安定。

　12.2 承压水危害的表现形式和相关案例 实际施工过程中，承压水对深基坑的危害主要表现包括下列 5 种情况：

　⑴ 坑底突涌：这是工程界最早认识到的承压水危害形式，文献指出有坑底顶裂、坑底流砂、坑底“沸腾”等多种形式。由于覆盖层通常相对软弱，加上基坑内一般都有立柱桩、地质探孔等薄弱环节，表现形式多为坑底薄弱处涌水、涌砂。坑底大面积开裂、突涌情况倒不多见。这一情况有可能是由于安全系数不足，也有可能是地质探孔未封闭等原因。前者案例包括...