陆云涌，高 博，马 涛

（北京市地质工程勘察院，北京 100048）

0 引言

近年来，地铁施工中辅助降水措施取得了很大成功，有效地保证了施工安全。但伴随而来的是由降水施工引起的地面沉降问题，降水沉降如何形成、对既有建筑有多大影响或危害、怎样避免和控制是人们十分关心和亟待探索解决的问题。

北京地铁7号线双井站埋深31.0m，结构施工需将潜水疏干，将承压水基本疏干。设计采用管井封闭降水，设计141眼井，井深43m。按潜水和承压水完整井计算车站主体排水量达18145m3/d。因该区域含水层主要为中粗砂层，颗粒较细但水量丰富，不能有效疏干会造成暗挖施工时坍塌、流砂等严重危害，地铁十号线施工时劲松、双井、国贸地区就出现过严重的地面沉降问题。本文结合工程实际经验，对降水引起地面沉降原因和如何防治的问题进行总结和探讨。

1 工程概述

北京地铁7号线双井站位于北京市朝阳区，紧邻北京市CBD核心区。车站位于广渠门外大街、广渠路与东三环中路交叉口东侧，与既有10号线双井站T型换乘，10号线路为南北走向，2008年通车运营，7号线路沿广渠路东西走向（图1）。

本站为地下两层双柱三跨岛式车站，站台宽度14m。车站主体长度237.6m，标准段宽23.1m，总高16.1m，有效站台中心处拱顶覆土厚约14m，结构底板埋深约31m。施工场区主要分布两层地下水，对结构施工均有影响（图2）。车站站中轨面标高8.714m，标准段结构底标高7.0m，结构施工受潜水、承压水影响，需将潜水层疏干，将承压水层降至结构下1.0m。

图1 北京地铁7号线双井站平面示意图

图2 双井站工程地质剖面图

2 降水方案及设计参数

按潜水和承压水完整井模型，对本站的基坑排水量进行计算，计算结果见表1。

根据勘察资料、现场施工场地条件、地下管线情况、现场构筑物影响等多方面因素的分析，确定降水方案为：车站主体，采用封闭式管井降水方案；施工竖井前期单独封闭降水，后期与车站共同封闭降水。

表1 双井站排水量计算表

3 降水沉降分析

3.1 降水沉降原因分析

造成降水沉降的影响因素较多，综合分析本工程场区地质条件、周边环境条件、施工工艺等方面因素，主要有如下几点：①在成井过程中采用反循环成孔工艺，地表以下浅部回填土被水浸泡和大量抽吸地层颗粒都会引起地面沉降；②由于城区老地下管线长年渗漏，在管线附近的回填土地层中形成饱和水囊，长期浸泡下的地层非常松软，降水施工中将饱和水释放出来后，松软地层立刻发生变形引起地面沉降；③由于降水抽取地下水时，在水动力作用下将地层细颗粒带出，随着时间推移，范围不断扩大，地层中孔隙加大到一定程度后将重新按最适合稳定的方式重新组合，这样就产生了地面沉降；④由于降水抽取地下水，含水层排水后土颗粒承受的有效应力增大，这种附加应力使土产生固结，并通过地层向上传导，引起周围地面产生沉降。

上述因素都会引起地面沉降，但因含水层排水后产生的固结沉降作用最大。

3.2 降水固结沉降计算

本站降水群井抽水时，场区周边潜水和承压水水位降深预测见图3、图4，按沉降理论结合地区经验计算的各重要建筑物预测沉降值见表2至表4。

可以看到，由降水引起的沉降不容小视，计算漏斗中心最大降水沉降值为20.5mm，远大于周边建筑沉降控制要求。而降水漏斗作用造成的同一建筑的差异沉降更加危害建筑物的安全，必须采取有效措施加以防治。

图3 潜水含水层降深等水位线预测图

图4 承压水含水层降深等水位线预测图

表2 既有地铁10号线沉降点计算表

表3 造纸厂家属楼（14层）沉降点计算表

表4 造纸厂家属楼（6层）沉降点计算表

4 工程措施

4.1 施工中针对性措施

（1）地层细颗粒流失控制措施

对成孔施工时循环液抽吸地层颗粒、抽取地下水时带出地层细颗粒的不利影响，在降水井结构设计、施工工艺等方面考虑几项措施：① 成孔施工采用反循环工艺，为保证钻进过程中水流循环及保存钻孔出渣，不出现因地层漏浆造成塌孔的情况，垒砌单井体积1.5倍的泥浆池；钻孔通过易塌孔的流砂层或泥浆漏失严重的地层时，调高泥浆比重至1.1～1.3。② 根据不同地层选择相应的滤料和滤网。双井站设计采用无砂水泥管外壁包80目尼龙网，考虑到地层颗粒较细，填2～4mm滤料防止出砂，滤料要求具有一定的磨圆度，含泥量（含石粉）≤3%。③ 无砂水泥井管接头对正连接，用塑料布包裹严密后帮条绑扎牢固，防止接口处出砂，保证抽水含砂量控制在充许范围内，有效控制了抽水出砂引起的沉降。④ 抽水维护期间每月对排水口取样进行化验，取样比例10%，保证降水排水粗砂含量＜1/5万，中砂含量＜1/2万，细砂含量＜1/1万，发现超标井立即停止抽水并作相应技术处理，达标后方可使用。

（2）局部饱和水释放导致地面快速沉降控制措施

局部饱和水囊一般在深6～8m的回填土以上地层中，施工时采用混凝土或钢护筒护井壁，成井后采用粘土封孔，这样避免扰动回填土地层，工程实践证明，这种方法已成功地控制了浅层松软地层沉降问题。本站降水井为避免管井施工造成浅层细颗粒的流失引起沉降，地面施工管井6m深度范围内井管采用壁管（钢壁管或水泥壁管，壁管为非进水管），管外填粘土封井。

（3）地层固结沉降控制措施

土层固结引起的沉降，只要降排水就不可避免要产生，但对不同的地层、排水量大小、排水时间长短，所产生的沉降量的沉降范围有所不同。

从场区水文地质条件来看，降水目的含水层为⑤层中粗砂、园砾和⑦层中粗砂、细砂。⑥层粉质粘土、⑥2层粉土含水量不大，对暗挖施工影响小，而该层p=5，h=7，Ei=10，理论最大沉降值达10.5mm，对该层没有降水的必要。

为了防止降水过程中⑥层粉质粘土，⑥2层粉土失水固结，对井结构涉及该层的部分采取用水泥管和壁管（不透水材质）做井管，管外填粘土球封井的处理方法。

4.2 防止地面沉降综合性措施

（1）沉降监测

双井站降水群井抽水时，其降水影响半径为1417.7m，为了监测降水引起的地面和建筑物沉降，对本站4个象限内的高大和较近建筑物布置了建筑物沉降监测点。在路上位置布设了地面沉降监测点。水准基点与工作基点的联测定为一级，构筑物变形点监测定为二级。

（2）建立地下水动态监测网

由于降水期较长，降水使场区地下水均衡关系发生较大变化，必然对周边环境产生影响。为了较准确地掌握场区地下水动态变化，及时采取必要的处理措施，在降水工程实施的同时，建立了地下水动态监测网。

（3）残留水处理

本站开挖范围内的潜水含水层疏干，但由于受含水层底板凹凸不平的影响，在含水层底部会产生残留水，影响基槽开挖和基础施工。出现这种情况时，为了防止塌方，应放慢挖槽速度，及时在侧壁做盲管导流，并在挖盲沟集水，再将集水排走。导流盲管一般采用长0.5m的φ25 mm塑料管，做成花管并缠80目尼龙纱网。由于在降水过程中不对⑥层粉质粘土，⑥2层粉土中的饱和水进行处理，在隧道开挖的过程中可能会遇到渗水的情况，根据具体的渗水情况，在侧壁做盲管导流排水，情况严重的采取注浆的方法。

（4）局部异常水处理措施

由于双井站周围管线多且复杂，可能存在管线漏水情况，由于具体位置不明，水量大小不明，往往造成隧道初支失稳，给工程带来巨大损失。预防措施如下：① 当遇到地下不明构筑物时不要盲目破坏，先查明构筑物性质以及是否含水；② 当确定地下构筑物含水时，先查明是否有补给水源，断其补给源（引排或封堵），然后将其中的水抽出排走；③ 当以上工作需在基坑内或隧道内进行时，事先准备好临时支护设施和紧急排水设施。

（5）地面沉降处理措施

当通过沉降监测发现建筑物沉降已达到预警标准时，及时查明引起沉降的具体原因，当确认降水形成的区域水位下降是造成建筑沉降的主因时，立即采取回灌措施。本站预先在沉降区域施工了7眼回灌井，回灌井与降水井之间的距离大于5.0m，如情况严重需要大规模时，拟应急采用竖井周边降水井充当回灌井。如果确认降水井质量问题是引起沉降的主因时，对问题井进行停泵处理。

5 工程实际效果

北京地铁7号线双井站降水工程于2011年3月开始施工，2011年5月完成全部降水井施工并开始抽水。降水效果良好，上下层暗挖导洞已基本贯通，降水沉降监测结果符合设计要求。

自2011年3月17日开始对暗挖区北侧最近的两个住宅楼进行降水沉降监测，降水施工开始后，沉降值一直稳定小幅增长，最终大部分监测点稳定在3～4mm，沉降曲线平缓。部分点最大累积沉降达5.1mm，考虑暗挖施工沉降叠加，也属正常范围（图5、图6）。

6 结论

（1）对可能引起沉降几个方面的原因：成孔施工时大量抽吸地层颗粒、施工中释放局部饱和水使地层变形、抽取地下水时带出地层细颗粒、含水层排水后附加应力改变引起固结沉降等分析符合本场区基本情况。

图5 双井站造纸厂家属楼（14层）沉降曲线

图6 双井站造纸厂家属楼（6层）沉降曲线

（2）针对降水施工造成地层细颗粒流失引起沉降的问题，在设计上根据不同地层选择相应的滤料和滤网，考虑了井管接头和定期检测的措施；在施工工艺方面保证循环液和泥浆比重；针对局部饱和水释放导致地面快速沉降的情况，采用成井后粘土封孔的措施，实践中能起到有效作用。

（3）降排水不可避免会产生地层固结沉降，合理地对非降水目的层进行封井处理，既防止了地面沉降，又减少了地下水抽排保护环境，是值得推广的经验。

[1]《工程地质手册》编写委员会. 工程地质手册（第四版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]周载阳. 地下水开采引起地面沉降的机理研究[J].工程勘察，2012，40(3)：22～26.