施工论文：邻近铁路基坑开挖降承压水施工技术

　　施工论文：邻近铁路基坑开挖降承压水施工技术

　　1 工程概况

　　1.1 基坑概况

　　地铁南通东站站采用现浇式框架结构，为地下二层岛式车站，本站围护结构采用800mm厚地下连续墙+内支撑的支护体系，标准段基坑深约16m，地连墙墙长29.5m，竖向设置4道支撑；端头井段基坑深约17.27m，地连墙墙长39.5m，靠近国铁南通东站设置前广场连接出入口，方便国铁客流换乘地铁。基坑由上至地连墙底依次如图1所示。

　　图1 地铁南通东站站地质断面图

　　宁启铁路位于南通东站站基坑东侧，净距38.6m。南通东站站基坑距离改造完成后H线最小距离24.7m，距离雨棚柱最小距离30m，距离青年东路铁路桥最小距离31m，距离国铁南通东站站房98.3m。位置关系如图2。

　　图2南通东站站涉铁平面位置关系图

　　2 施工降水

　　2.1 基坑降水方案

　　根据车站水文地质资料，④-1粉质黏土、④-2粉质黏土夹砂质粉土为隔水顶板，潜水赋存于④层以上，承压水赋存于④层以下。南通东站站基坑底位于③-2层粉砂层，车站基坑开挖过程中需要降潜水。车站设计采用800mm厚地下连续墙作为围护结构，同时也兼做止水帷幕，其纵断面如图3所示，地下连续墙荤墙底位于隔水层④-2层底部，对于潜水为落底式止水帷幕，但隔水层④-2层以下承压水层依据地勘资料未能揭示厚度，止水帷幕无法隔断整个承压水层，为减少降承压水对周边环境影响，采用非完整井进行减压降水，同时在车站东西端头增设深入⑤-1层约10m长的素墙，增加绕流路径，布置的减压降水深井遵循“浅井密布”的原则，悬挂式减压降水，并在车站邻近铁路端周围采取回灌措施，成 “几”字型设置。

　　图3 围护结构地质纵断面图

　　2.2 基坑降水

　　2.2.1 疏干深井运行

　　（1）疏干深井降水应在基坑开挖前15-30天或更早进行，以保证有效降低开挖土体中的含水量，确保基坑开挖的顺利进行。

　　（2）根据开挖进度，井内水位应控制在基坑开挖面以下一定深度内，正常情况下，疏干深井保持24小时连续抽水，出现降水异常时，依据需要进行调整。

　　（3）根据开挖深度情况，每层开挖前，疏干井水位控制在开挖面以下3m，对于基坑底板，水位控制在开挖面以下1m。

　　主体基坑疏干降水运行开挖深度与安全水位埋深控制关系见图4：

　　图4 基坑疏干井运行控制图

　　2.2.2 降压井井运行

　　南通东站站车站基坑根据基坑开挖抗突涌计算，基坑临界开挖深度为13.13m。基坑开挖深度与承压水降深关系如表1，图5所示。

　　为严格执行降压井按需降水，降压井水泵安装时按照承压水降水埋深深度进行安装，并对每台水泵安装自动抽水开关。水位高于降深水位时自动抽水，水位抽至设计降深时设备关闭，时刻保持动态水位。每台水泵安装水泵记录每天的出水量，每天对坑内外的水位进行测量记录，形成降水记录。

　　车站基坑邻近铁路端主体结构回筑时现场准备车站底板抗突涌反压沙袋，根据铁路监测情况若降承压水对路基影响较明显，在车站底板浇筑完成到达设计强度时对结构底板进行沙袋反压，沙袋数量满足抗突涌要求，在沙袋反压后关闭端头井位置减压井，停止降承压水。

　　表1基坑开挖深度与安全水头埋深对应关系

　　注：本次抗突涌计算已考虑下翻梁深度。

　　图5 基坑开挖深度与承压降深关系图

　　2.2.3 车站基坑降承水段划分

　　1、车站基坑开挖方案

　　车站基坑从东到西共分10个开挖段，其中六至九段约80m相对距离铁路路基较近，每开挖段长约20m。采用1：3放坡台阶式开挖，如图6所示。

　　图6 六至九开挖分段示意图

　　2、车站降承压水方案

　　为减少降承压水对周边环境的影响，降承压水需严格执行“按需降压”的原则：

　　（1）水位控制严格依照基坑定性分析中的基坑开挖深度和承压安全水位埋深曲线进行。根据土方挖土工况，降水运行时每口降压井水头降深应与基坑开挖深度相一一对应。

　　（2）结合车站基坑开挖方案，降承压水共分5个降压段（I-V段），每段约40m，如下图所示，每次开启一个降压段范围内降压井，同时为减少降承压水时间，在站台层浇筑完成后采取一定的压重措施，每个降压段的降水井运行天数约为31天。降压井的具体运行情况如图7，表2所示。

　　图7 Ⅰ至Ⅴ降压分段图

　　表2 降压井运行方案表

注：1d为第一开挖段开挖至承压水安全埋深临界点并开始降压的时间。

　　3 车站邻近铁路施工注意事项

　　3.1 施工前铁路保护方案报批

　　①施工前，组织铁路建设主管部门、各铁路设备管理单位及铁路部门专家召开《施工组织设计》评审会。向铁路管理单位提出本工程施工时需要配合事宜，经铁路管理单位认可《施组》评审通过后，方可实施 。

　　②影响铁路安全的工序开工时，提前联系铁路设备管理单位相关负责人到施工现场，进行管线设备安全的书面交底，双方签字确认。

　　③在施工过程中，我公司安排人员配合铁路管理单位做好铁路保护相关工作。施工过程中派人24小时进行监控。

　　④铁路监测点位布置工作完成后，才能进行基坑降水、基坑开挖等施工。

　　⑤提前向设备管理单位传送作业计划，使整个施工过程在铁路设备管理单位安全监督员的监督下进行。

　　3.2 管理措施

　　3.2.1 基坑开挖过程巡视

　　对于施工现场主要针对于基坑围护结构、施工工况、监测设施等进行巡查，巡检的主要为支护结构、施工工况、监测设施。

　　对于周边环境主要针对环境当中的土体、路面、建构筑物等进行巡检，巡检的主要为建（构）筑物、道路（地面）、地下管线。

　　3.2.2 过程管理

　　（1）设立项目负责人施工现场带班制度领导小组，有结构段开挖见底的时间段必须有项目领导现场值班。

　　（2）明确施工现场带班职责权限及工作内容。

　　3.2.3 按需降水

　　降水运行时期，坑内外观测井采用人工监测，水位如有异常，人工监测频率应按实际需要进行。

　　对于降压井，为减少基坑降水对周边环境的影响，水位管控严格按照基坑定性分析中的基坑开挖深度和承压安全水位埋深曲线进行。根据土方挖土工况，降水运行时开启减压抽水井的时间、数量及单井出水量的大小，应与基坑开挖深度相一一对应。

　　3.3 技术措施

　　地铁南通东站站对铁路的影响主要是车站基坑开挖及车站基坑降承压水，对铁路的保护主要从两个方面采取措施。

　　3.3.1 减小基坑开挖对基坑东侧宁启铁路造成影响

　　（1）车站端头加固土体在基坑开挖前进行施工

　　为保证区间盾构进洞安全，在基坑开挖前采用三轴搅拌桩对基坑东端头外侧土体进行加固，加固后的土体强度提高，有良好的自立性，密封性，均质性，压缩性减小，可有效减少基坑变形与地表沉降。

　　（2）端头井采用两道砼支撑，提高支撑刚度

　　车站基坑西侧盾构井围护结构采用800mm厚地下连续墙加4道内支撑+1道换撑，为控制基坑外侧变形，第一道和第二道支撑均采用钢筋混凝土支撑，减小基坑开挖变形，减小对铁路造成影响。

　　（3）优化邻近铁路端头开挖方法封闭垫层

　　以邻近铁路第三层土方开挖为例，根据支撑平面位置，将第三层土方按照开挖顺序划分为6小块。具体顺序为：先将①处土挖出，架设对撑且施加预应力完毕后挖除②区域土方；再挖除③区域土方且钢支撑架设、施加预应力，完毕后再挖出④区域土方，将钢支撑架设且预应力施加完成；最后开挖⑤⑥，施工顺序同③④区域。开挖顺序如图8所示。

　　图8车站端头井分段顺序开挖示意图

　　土方开挖需遵循“向分段、横向分块、开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，且总体坡度不陡于1:3。当开挖至基底以上 300mm时，并改用人工开挖至基底，及时封底， 混凝土垫层采用 C20 早强混凝土及时施工混凝土垫层，减少基底暴露的时间，以免由于基坑变形造成的渗漏水影响铁路的行车安全。

　　（4）自动化监测系统

　　施工中采用自动化监测系统实时进行铁路线的监测，实时发出监测信息，为铁路的行车安全提供有力保障，如一旦出现沉降过大，立即通知铁路部门进行维护。自动化监测点布置如图9所示。

　　图9 自动化监测布设示意图

　　3.3.2 减小基坑降水对铁路造成的影响

　　（1）增设地墙素砼10m。

　　在邻近铁路的车站东端头隔水层以下增设10m深的地下连续墙素砼墙，增加承压水渗流路径，布置的减压井尽量减短滤管，遵循“浅井密布”的原则，减小因基坑降水引起地表沉降，对铁路造成影响。

　　（2）地连墙封闭性检测

　　基坑开挖前，采集初始水位并进行降水试验，通过对比坑内外降水水位数据，检查地连墙的封闭性，并做好相应的措施，在平面图中标注出封闭性差的位置。同时邻近铁路端地连墙采用FGM围护结构渗漏水检测技术，检测结果如图10所示，根据检测结果，对存在渗漏水的薄弱位置采用WSS后退式双液注浆钻注一体机进行注双液补强。

　　图10FGM检测结果

　　（3）地下连续墙接缝增设旋喷桩。

　　基坑开挖前在地墙结构无水泥搅拌桩接缝处及可能渗漏的部位外侧采用三根φ800的高压旋喷桩呈“品”字型排布进行止水加固预堵漏，旋喷桩中心点位距离连续墙50cm，桩间距60cm，桩间搭接20cm加固至④-1层粉质黏土内1m，水泥掺量采用200~250kg/m，详见图11。确保基坑开挖过程中车站围护结构不出现涌水、涌砂，避免因基坑渗漏造成地面及铁路路基沉降。

　　图11 旋喷桩预堵漏平面图

　　（4）设置回灌井

　　降水施工过程中严格管控做到按需降水，并加强对坑外水位的观测，减少基坑外承压水头损失。

　　①回灌水量应依据实际水位的变化及时调节，保持抽、灌平衡。

　　②回灌过程需要每天观测回灌井周边水位观测井变化情况，同时要准确及时记录回灌水量，基坑抽水量的变化情况，每天对降水记录数据进行对比分析整理，及时掌握回灌运行情况，并根据需要做出适当调整。回灌期间应加强回灌区域地表沉降监测，并加强对建筑物及周边管线的沉降监测，监测数据应及时反馈降水部门，针对不利情况的出现调整基坑降水和地下水回灌。

　　4 小结

　　本文通过对南通东站站邻近铁路基坑开挖降水的施工分析总结，其邻近铁路的施工工艺、方法以及管理手段通过实时监测系统数据反应起到了良好的效果，有效的降低邻近铁路基坑开挖降承压水对铁路路基的影响，根据全自动化监测结果显示在基坑开挖降承压水全过程中铁路路基沉降仅为2.1mm，远远小于理论计算值10.6mm。这些施工工艺方法和管理手段是经过现场实践总结得出的，具有很高的参考价值，为日后的其他邻近铁路富水砂层地铁基坑开挖降承压水施工提供了很好的参考意义。