崔台育，刘宇欣，滕炳麓，王兴作，申一顺，许腾文

(沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110000)

1 引言

基坑降水是基槽开挖时必要采取的措施。魏小寒等[1]按照国家相关政策以某阳光小区基坑降水用水方案为例，对其基坑降水水资源量分析计算，所取用的地下水可以拦蓄利用或排入河道补充浅层地下水。杨天忠等[2]、Pahl-Wostl C等[3]对如何有效地保护与利用基坑降水中的水资源进行讨论，规范了建筑工程降水对水资源产生的浪费及破坏问题使基坑降水做到少排、减排、不浪费。南晓飞[4]根据黄水闸工程基坑开挖较深及地下水资源较为丰富等特点，在满足工程建设情况下对基坑降水合理利用、分配及管理进行研究讨论。Kranz R等[5]解决了工人生活用水问题、环保降尘问题、材料养护用水需求等相关问题，部分水资源还可充当农业用水，为施工企业降低了成本，落实了“节水优先”方针。黄树利等[6]认为如今绝大多数工地几乎仍然采用市政自来水作为施工用水，且施工中用水效率较低，浇(洒)水方式仍是目前大多数所采取的方式，地下水作为废水被排走。工程易出现耗水过高、效能低下、用水过量等问题。通过对基坑降水中的地下水资源及雨水进行回收利用可有效提高用水效率。郭枫[7]、桑明辉[8]等认为目前基坑工程中的地下水资源分为两类，控制环境和水资源保护型，且环境保护型相关研究较少并进行研究。马涛等[9]认为连续墙接缝在局部位置下有薄弱点，为消除危险因素及降低施工过程中的风险，对局部地方采取加固处理。

因此，本文以沈阳市地铁4号线沈阳北站疏干排水的用水方案为例，进行了有关基坑降水水资源量的分析与计算。使基础工程顺利实施，且在合理取用水资源的情况下使工程项目经济效益最大化，在不影响环境的情况下合理排水。

2 基本情况

本次研究项目共包括1座主体车站和6处附属工程包含2个风道、3个出入口及1处换乘通道。项目基坑降水期用水主要分为生产用水和生活用水。根据实际情况，将沈阳市的沈河区、铁西区、和平区、大东区、皇姑区、于洪区、浑南区、沈北新区、辽中区、苏家屯区作为本文分析范围，综合围绕工程项目周边，沈阳市各区域内进行具体且有效的分析。

本次取水以基坑降水井群中心为圆心，以适当的外延后半径R=1000 m的圆形范围作为取水影响范围，影响范围是3.14 km2，基坑外排水经新建排水主管排入新开河，本次研究划定的排水影响区域为排水入新开河位置下游10 km范围。

3 地质条件及合理性分析

3.1 区域水文地质条件分析

沈阳市地铁4号线沈阳北站工程范围内的地下水赋存于中粗砂及砾砂等土层中，按埋藏的条件划分，属第四系孔潜水，地下水主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给。本项目场地内含水层厚度H=(实测地下水位标高隔水层顶板标高)=26.0-9.7=16.3 m。沈阳市蓄水工程总库容为6.30亿m3；引水工程供水能力1.24亿m3；提水工程供水能力0.70亿m3；调水工程总的供水能力为487亿m3；全市共有浅水井947万眼供水能力22.06亿m3。沈阳市多年平均蒸发量月分配情况见图1。

图1 沈阳市多年平均蒸发量月分配

3.2 取用水量合理性分析

为保证挖掘机与工人在基坑之内无水作业并提高土体强度，防止基坑开挖面发生坍塌，减少基坑开挖底板隆起和围护结构的变形量，保证基坑周围建筑物、道路及设施安全，以及主体结构达到一定的抗浮能力前，需对场地基坑进行降水及取用水合理性分析。

由于场地内地下水位较高，为保证基坑范围内含水土层开挖的干法施工及主体结构的安全施工，需进行基坑降水，具体情况如下：

(1)根据实测结果，场地地下水为水位埋深约为20 m，相当于标高为26 m，车站主体基底标高为9.997 m，则地下水位高于基坑底。

(2)需将地下水位降低至基坑底(包括集水坑)以下0.5 m。根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》(JG112016)第52.1节规定[10]：基坑范围内的地下水位降至基础垫层以下应不小于0.5 m，另根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》(JGJ1112016)第517条规定[10]，满足本工程项目地下结构施工的要求，本项目取用水是必要且合理的。

4 基坑降水水资源量计算

4.1 基坑水位降深的计算

根据工程特点，采用多种地下水控制方法相结合的形式。车站主体拟选用“地下连续墙+坑内疏干+坑外泄压”的降水方法。

根据降水工期及要求，车站主体与E出入口降水，需将基坑外水位降至标高20 m处，以起到坑外泄压作用，工期较长，考虑一定的地下水涨幅，基坑水位降深详见表1。

表1 本项目基坑降水情况一览

4.2 基坑涌水量的计算

根据基坑降水井布置情况，综合确定场地含水层为均质含水，基坑涌水量技等效大井法，公式按潜水完整井公式进行计算，根据潜水完整井计算公式[12]得：

(1)

式(1)中:K为渗透系数(m/d)；Q为基坑降水的总涌水量(m3/d)；R为降水影响半径(m)；Sd为基坑内水位降深(m)；H为潜水含水层厚度(m)；r0为沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积等效圆的半径(m)。

4.3 附属结构涌水量计算

由于附属结构1号风道、2号风道、换乘通道、F出入口、H出入口基坑支护结构与既有地下结构距离较近，无法封闭布置降水井，故根据场地情况布置情况，降基坑处地下水位降至基坑底0.5 m。

当换乘通道、H出入口开始降水时，主体结构已停止降水，故坑外水位标高按260 m计算，考虑一定的地下水涨幅，则基坑降深详见表2。

表2 五处附属基坑降水情况一览 m

根据裘布衣计算公式计算基坑外的单井出水量，计算公式[12]如下：

(2)

(3)

式(2)、(3)中:Q为降水的总涌水量(m3/d)；K为渗透系数(m/d)，K=71.4m/d；H为潜水含水层厚度(m)；各附属基坑外水位涨幅+1.0 m，隔水层顶板标高97 m；R为降水影响半径(m)；rw为降水井半径，取0.2 m。计算结果见表3。

表3 五处附属基坑降水涌水量计算结果

经上计算，本项目基坑施工降水期总涌水量为786.99万m3+910.38万m3=1697.37万m3。

5 取水及退水影响论证

5.1 取水对水资源的影响

经计算得出施工期间总涌水总量为1697.37万m3，基坑降水主要为第四系孔隙潜水，含水层厚度、埋藏深度较均匀稳定，论证区第四系孔隙水补给来源主要为径流的侧向补给和降水入渗补给。由于项目基坑降水运行时间较短，基坑涌水量较小，故可得出基坑降水对区域水资源的影响时间相对较短，地下水资源量将在降水停止后逐步恢复综上分析，本次项目基坑降水对区域地下水资源状况影响是短历时的、暂时的。

根据地理位置图查明本次讨论区域位于浑河距离为76 km左右，该河段的水功能区为“浑河干河子拦河坝农业用水、饮用水源区”。经计算基坑降水最大影响半径为8321 m，则明确该水功能区位于影响半径范围以外，故此次研究取水对浑河水功能区水质目标及使用功能无影响。由于本次基坑降水为临时工程，水位降深较小，工期较短，工程结束后水位能够逐渐恢复初始水位，不会形成长期降落漏斗，由此可得出本次基坑降水对生态系统影响较小。

5.2 退水(排水)总量、主要污染物浓度及排入规律

(1)基坑降水期退水总量为1966 m3，为保护环境节约用水，故考虑采用生活退水及车辆冲洗退水，退水排入污水管网后最终再排入污水处理厂，降水施工期间利用间断排放的方式经处理达标后再进行排放。

(2)施工期间排水系统统一规划，由降水井、基坑四周集水干管、沉沙设施、计量设备、排水主管等组成，基坑降水期外排水总量为1696.65万m3，主要污染物及浓度:根据监测结果，本次所检测各项指标均优于地表水Ⅳ类质量标准，降水施工期间的排放规律为连续排放。

5.3 退水方案及对水生态的影响

退水考虑采用生活及车辆冲洗退水，排入市政污水管网，应最终排入污水处理厂，处理达标后再进行排放，基坑外排水沉砂后经专项排水管线排入新开河。为确保地下水暗排放，避免污染水体，故考虑设计方案应用现场设置降水井，集水管、沉砂池，并进行覆盖。基坑降水期间整个项目用水共有2处水源：一是市政管网供给，二是基坑降水利用供给，由于基坑降水利用用水量较小，远小于基坑涌水量，可知基坑降水利用水源是可靠的。退水为生活及车辆冲洗退水，退水排入市政污水管网，最终排入污水处理厂，处理达标后排放，因此退水对水生态无影响。

外排水排入新开河，根据监测结果，本次所检测各项指标均优于地表水Ⅳ类质量标准，新开河为城市景观用水，外排水水质优于新开河水质，由此可分析出排水增加了河道生态流量，有利于沿线生态环境的改善，增加水体自净能力，并且增加了景观用水，故基坑排水最终对新开河生态和水质产生积极影响。

5.4 环境保护措施

抽水对建筑基础或地面环境可能产生两个方面的影响：一是抽水导致的水位下降相关问题，使土体的自重应力增加而引起沉降量增大[13]；二是地下水渗流引起的渗透破坏，抽水井在确保不抽取含水层中细小颗粒或产生颗粒运移时，对建筑的基础不会产生影响[14]。因此，建议降水井外包尼龙网密度不宜大于40目，防止含水层细小颗粒被降水井抽出，导致地面和周边建筑物沉降。为防止特殊情况发生，基坑降水前建设施工单位需拟定完整的基坑周边地面和周边建筑物的沉降监测方案并实施。

建立沉降监测网在降水工程实施之前，要根据降水设计中计算的抽水影响范围和该范围内的典型建筑布设沉降监测点，在抽水期间要进行连续沉降监测，若累计沉降量接近预警值时，及时上报且采取必要措施。

6 结论与讨论

通过采用多种地下水控制方法相结合的形式对沈阳市地铁4号线沈阳北站站基坑降水，选用“地下连续墙+坑内疏干+坑外泄压”的降水方法，通过计算得出施工期间总涌水总量。经分析，本可得出结论：

(1)此次研究的项目工程具有阶段特性，施工完成后不再取水，故此工程取水对水生态环境影响较小。

(2)退水在处理达标后再进行排放，同时可对地下水资源进行进一步利用，例如排入河道及补充浅层的地下水等，可对环境产生积极影响。

(3)为避免本工程对环境造成沉降等破坏可采取措施，例如实施建立沉降监测网等方法，且接近预警值及时采取相应措施。

对于不同工程降水和排水对区域水资源、水功能区、生态系统及其他用水对环境产生的影响各不相同，当基坑降水量较大时，实际上可以对地下水资源进行合理利用，当某些地区水资源较为短缺时，还可对该地区地下水资源充分利用如农田灌溉、排入河流、场地除尘、车辆冲洗、混凝土养生等，加强施工管理，全面落实各项水资源保护措施，从各个方面把节水放在优先位置使其减少对水资源浪费，对社会产生良好效益，实现绿色环保目标。