张爱平、聂志理、黎小辉

（北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068）

0 引言

轨道交通建设项目属于重大市政基础设施工程，根据城市的整体交通与用地规划，线路多采用地下敷设方式，属于大型地下工程。地下工程建设时，如工程结构位于地下水位以下，地下水的恰当处理将是工程安全施工的重要保障。常用的地下水处理有降水和堵水两种方法，暗挖法施工的地下工程通常采用降水方法，将地下水抽排至市政管网或附近的河湖。

近年来，随着同时期建设的轨道交通项目增多，线路埋深越来越大，地下水抽排越来越多。为保护地下水资源，减少工程建设项目的降水规模，2017年北京市出台《北京市水资源税改革试点实施办法》[京政发（2017）36 号]，对工程建设抽排的地下水征收水资源税。为加强水资源保护，贯彻执行水资源节约与合理开发利用的指示精神，轨道交通领域应积极推动不降水（少降水）的相关堵水试验工作。

北京在建轨道交通线路的车站工程大多采用暗挖法施工，为减少地下水的抽排数量，自2018年起，北京轨道交通建设管理单位着手选择部分暗挖工程工点，试验研究应用洞内超高压喷射搅拌桩、洞内咬合桩、车站（联络通道）冷冻法、深孔注浆等暗挖工程堵水新工艺。

北京地铁19 号线一期金融街站为堵水新工艺试验工点之一，对于地下水的处理，招标阶段采用降水方案，实施阶段变更为车站侧壁洞内咬合桩与基底洞内超高压喷射搅拌桩组合的堵水方案。

1 金融街站的工程概况

1.1 总体情况

北京地铁19 号线一期南起新宫站，终至牡丹园站。金融街站是地铁19 号线一期的中间站，位于北京市西城区复兴门内大街和闹市口北街交叉口北侧，沿闹市口北街南北向敷设。车站为岛式站台，全长317.6m，标准段宽度为25.3m，高16.87m。车站为双层双柱三跨结构，采用暗挖PBA 工法施工，共设置4个出入口及疏散口、2 组风亭、2 个安全出口、1 个无障碍出入口、1 个换乘通道及4 个竖井和横通道。

根据详勘资料，车站施工场地内有2 层地下水，分别为潜水（二）、潜水（微承压）（三）层。潜水（二）含水层分布在第⑤层卵石的底部，潜水（微承压）（三）层赋存于第⑨层卵石及以下卵石、砂层中。地下水特征情况详见表1。

表1 地下水情况表

1.2 招标阶段的降水方案

金融街站于2015年完成招标，招标图纸中采用地面管井降水方案处理地下水，降水井分别布置在车站主体、附属结构的外围，并分别形成封闭的降水单元，涌水量计算参数以及降水井设计参数分别见表2、表3。

表2 金融街站涌水量计算参数表

表3 金融街站降水井设计参数表

1.3 实施阶段的堵水方案

为积极响应北京市不降水（少降水）的政策要求，2018年，金融街站地下水处理的实施方案变更为车站侧壁咬合桩与基底超高压喷射搅拌桩相结合，将地下水阻隔在车站结构外围的堵水方案（见图1），侧壁由直径1000@1600mm 的边桩（钢筋混凝土灌注桩）变更为直径900mm@1200mm、咬合厚度300mm 的洞内咬合桩（咬合膨润土砂浆桩＋钢筋混凝土桩），用于侧壁堵水。车站基底利用基坑底部的粉质黏土及粉细砂地层，采用直径1500@1200mm、咬合度为300mm、排距950mm 的超高压喷射搅拌桩（压力40±2MPa）进行堵水封底，旋喷桩体高度为3～5m，与底板间预留2.94～5m 原状土。

图1 金融街站的堵水方案剖面图

2 堵水新工艺的施工情况介绍

2.1 洞内咬合桩的施工情况

金融街站洞内咬合桩由膨润土砂浆桩和钢筋混凝土桩间隔布置，相互咬合搭接形成具有挡土和堵水作用的连续桩墙。 咬合桩桩径为900mm，间距1200mm，相邻桩的咬合厚度为300mm。咬合桩采用“跳三打一”法施工，先施工膨润土砂浆桩，后施工钢筋混凝土桩，施工顺序如图2 所示，单桩的施工流程如图3 所示。膨润土砂浆桩桩体材料采用M7.5 膨润土砂浆，7 天后抗压强度为2～8MPa，抗渗性能渗透系数≤1×10～6cm/s，在达到堵水效果的同时，便于钢筋混凝土桩切削钻孔。钢筋混凝土桩桩体采用C30 钢筋混凝土。金融街站洞内咬合膨润土砂浆桩桩共计613 根，总桩长13189m，钢筋混凝土桩共计580 根，总桩长16528m。

图2 咬合桩施工顺序

图3 单桩的施工流程

2.2 洞内超高压喷射搅拌桩的施工情况

金融街站的超高压喷射搅拌桩主要用于车站基底堵水，对渗透系数和成桩质量要求较高，借鉴从日本引进的MJS（Metro Jet System）工法，采用自主研发适用于洞内低净空的国产化引孔、喷浆机械（见图4、图5），采取超高压、大流量、大直径的施工工艺，分为引孔和喷浆两个施工工序施工。

图4 引孔钻机

图5 喷浆钻机

引孔的施工流程包括引孔机就位、钻进引孔、引孔测斜、下PVC 管、提钻成孔、引孔机移位等。喷浆的施工流程包括旋喷钻机就位、下喷头及喷杆、喷浆、拔喷管及拔喷头、喷浆机移位等。引孔、喷浆的施工流程分别见图6、图7。

图6 引孔施工流程图

图7 喷浆施工程图

封底超高压喷射搅拌桩直径1500mm，间距1200mm，咬合度为300mm，共计8079 根，桩体旋喷高度3～5m，旋喷加固土体体积43574.72m3。另外，施工参数分别为：水泥浆的水灰比0.8，旋喷桩提钻速度4～5cm/min，转速8～10r/min，注浆压力38MPa，喷浆量180L/min。

3 堵水与降水方案的技术经济对比分析

针对金融街站处理地下水的降水方案（招标方案）与堵水方案（实施方案），将从技术、经济、社会意义三个方面开展对比分析。

3.1 技术对比分析

从地下水处理方案对车站施工工期的影响开展对比分析，采用降水方案与堵水方案的车站施工顺序图分别见图8、图9。降水方案的降水管井布置在车站结构外围，从地面打设，施工速度较快，可同步施工车站主体未入水的结构工程，车站主体入水部位施工时能做到及时抽排地下水，不影响车站主体结构的工期。堵水方案的洞内咬合桩与洞内超高压喷射搅拌桩为车站结构施工的组成部分,如图1 所示，与降水方案相比，车站结构侧壁由间隔布置的边桩变更为咬合桩，车站基底增加超高压喷射搅拌桩。位于水位以下的土方需待车站基底的超高压喷射搅拌桩施工完成，形成封闭的堵水帷幕后，方可开挖。依据车站的工期筹划，降水方案和堵水方案的车站工期分别为37个月和43 个月。

图8 降水方案车站施工顺序图

图9 堵水方案车站施工顺序图

从地下水处理方案对土方开挖的影响效果对比分析，经过北京轨道交通建设多年的实践，降水施工技术比较成熟，能依据地下水的埋藏条件、涌水量大小，通过调整抽水时间、水泵功率等，保证土方不带水作业，确保开挖安全。采用堵水方案时，金融街站车站主体结构土方开挖至地下水位线以下时，车站侧壁咬合桩桩体出现夹泥且局部存在渗漏水点，特别是土方开挖至⑨卵石地层时，车站侧壁和基底渗漏水量及流速随着开挖深度出现加大现象，对桩体侧壁渗漏水点辅以注浆封堵，并对基底积水进行疏干处理，土方开挖最终顺利完成。

3.2 经济对比分析

3.2.1 降水方案的地下水处理造价

针对金融街站招标时采用的降水方案，招标工程量清单中设置了“降水工程”和“堵水工程”两项清单，并以“项”为计量单位，费用总价包干。合同价款仅在车站出入口数量发生增减、车站主体工法或围护结构发生变化、水文地质条件发生重大变化时可调整。降水工程与堵水工程两项清单的合同金额分别为1154.97 万元和18.11 万元，合计1173.08 万元。金融街站实施阶段未发生上述价款调整的情况，如采用降水方案，则结算的费用与合同金额相同，即1173.08万元。

依据《北京市水资源税改革试点实施办法》[京政发（2017）36 号]的要求，工程建设采用降水方案处理地下水时，需在降水井出水口安装水计量装置，并缴纳4.3 元/m3的水资源税。水资源税未包含在施工合同价款中，由建设单位单独缴纳。依据金融街站的施工工期筹划、降水的地下水位线变化规律以及涌水量参数，计算预估的总抽水量为30852059m3，水资源税需缴纳13266.39 万元。

统筹考虑降水的工程费以及水资源税，金融街站采用降水方案的地下水处理总造价约为14439.47万元。

3.2.2 堵水方案的地下水处理造价

地下水处理由招标阶段的降水方案变更为实施阶段的堵水方案后，车站主体结构的侧壁由边桩（钢筋混凝土桩）变更为洞内咬合桩（咬合膨润土砂浆桩+钢筋混凝土桩），同时车站基底增加了封底的超高压喷射搅拌桩。堵水方案与降水方案车站主体结构的差异费用可以认为是堵水方案下的地下水处理工程造价。堵水方案的结构费用包括咬合膨润土砂浆桩、咬合钢筋混凝土桩、钢筋笼、超高压喷射搅拌桩等四项费用，降水方案的结构费用包括边桩及边桩钢筋笼两项费用。

依据北京2012年预算定额洞内机械钻孔桩相关定额以及金融街站的投标报价开展增补单价分析，咬合膨润土砂浆桩和咬合钢筋混凝土桩的综合单价分别 为1647.6 元/m 和1672.59 元/m，造价分别为2173.02 和2764.46 万元。咬合钢筋混凝土桩钢筋笼的重量2049.482t，采用合同价格计算，造价为1034.01万元。考虑到北京市现行预算定额中无洞内超高压喷射搅拌桩的相关定额，建设单位自主开展了定额的测算分析。综合引孔和喷浆两道工序，以扣除咬合的旋喷土体体积m3为计量单位，金融街站洞内超高压喷射搅拌桩的综合单价为2689.96 元/m3，总造价为11721.43 万元。堵水方案的车站结构费用合计为17692.92 万元。

合同内车站主体结构的边桩及边桩钢筋笼的造价分别为509.62 和309.38 万元，降水方案的结构费用合计为819 万元。降水方案与堵水方案的结构费用差为16873.92 万元，即堵水方案的地下水处理工程造价，见表4。对比堵水与降水两种方案的地下水处理造价，堵水方案高2434.45 万元。

表4 堵水方案的地下水处理工程造价

3.3 社会意义分析

地下水具有重要的资源属性和生态功能，在保障城乡生活生产供水、支持经济社会发展和维系良好生态环境中发挥着重要作用。为保护地下水资源，北京市自2017年起，对工程建设的降水方案施行了更为严格的审批制度，城市排水许可证申请日渐困难。随着北京轨道交通建设项目的增多，如均采用降水方案处理地下水，将面临地下水超采问题。建设项目采用堵水方案处理地下水，可节约地下水资源，产生社会效益。另外，随着轨道交通线网的加密，线路埋深不断加大，周边构筑物环境日益复杂，降水难度越来越大，有些项目甚至可能无法实施降水，被迫只能采用堵水方式处理地下水，因此，研究堵水技术在工程建设项目的应用具有战略意义。

4 结论

总结金融街站降水与堵水两种地下水处理方案的技术、经济、社会意义分析，可以得出如下结论：第一，降水方案与堵水方案均能使土方达到作业条件，但堵水方案因施工技术不成熟存在渗漏水现象，需辅以注浆、疏干等辅助措施，否则可能存在安全隐患。第二，工程建设项目采用降水方案工期短，造价低，更经济。第三，堵水方案将延长工程建设的工期，造价更高，但可节约水资源，并可用于无法降水的项目。从施工安全和工程造价出发，建议轨道交通暗挖工程在满足北京市地下水取用政策的前提下，优先采用降水方案处理地下水，同时针对抽排的地下水开展多元化的再利用，有效降低水资源浪费。从保护水资源以及技术储备出发，建议选择部分工程风险较小的区段继续开展暗挖堵水技术研究，进一步提高堵水施工工艺的施工水平，改善堵水效果的同时，降低超高压喷射搅拌桩等堵水工艺的工程造价，以期为堵水工艺的推广运用提供经济可行性。