尹 剑

(中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏南京210000)

泥水盾构以其快速、安全、稳定、适合大断面隧道施工、对地表沉降控制精度高、无需用气压法施工等优点广泛适用于城市地铁、水下隧道的施工[1-3]。而始发井、接收井的施工往往是盾构工程的重点难点，尤其是过江隧道，隧址区地下水位高，基坑施工过程中必须采取有力措施降低基坑水位，以防止承压水头过高而导致坑底渗透破坏等工程安全问题。故基坑降水方案的设计尤为重要。

国内外学者对基坑降水技术展开了大量研究。定培中等[4]对比了多种基坑降水方法，研究发现传统的降水方法都能很好的解决深大基坑的降水问题，降水施工方案的设计离不开对基坑地层参数的准确把握；游洋等[5-7]采用数值模拟的方法研究了深基坑降水技术；余小国[8]分析了深基坑降水方案设计的影响因素；骆祖江等[9]以某塔楼深基坑为依托工程，结合理论分析和数值模拟，对塔楼深基坑降水的三维非稳定渗流场和降水疏干过程进行了分析，同时借助现场原位测试对模型参数进行了校正，优化了深基坑降水设计和施工方案。

综上，国内外学者对深基坑降水技术的研究上取得了显著的成果，但对过江隧道高水位深基坑降水技术的研究还较少，本文以常德沅江盾构隧道接收井深基坑为例，通过实地考察，结合北岸地质条件、基坑围护结构特点，并参考相关基坑降水设计规范，对江北段接收井深基坑进行降水方案设计，并借助数值模拟进行验证，研究成果可为类似工程提供参考价值。

1 工程概况

如图1所示，沅江隧道工程是常德市一条沟通沅江南北两岸的重要过江通道，隧道全长2 240m，采用11.75m大直径泥水盾构由南向北施工，于江北侧设置盾构接收井。江北一期基坑开挖计划工程量30 403m3，二期基坑开挖计划工程量26 161m3，三期基坑开挖计划工程量4 152m3。本文主要进行江北一期基坑和二期基坑的降水方案设计。

图1 常德沅江隧道工程总平面布置

据地勘资料，江北基坑土方开挖范围地质分布依次为杂填土、粉质黏土、卵石圆粒、粉细砂等，其中一期基坑范围内地面以下约27m位置存在一层③-2粉土，最大厚度约11m，最小厚度约7m，渗透系数小可做为基坑底部隔水层；二期基坑无相对隔水层。基坑地质剖面如图2所示。

根据抽水试验，隧址区地下水按赋存方式主要分为第四系上层滞水、围岩孔隙水，地下水埋深为3.5～4.0m，整平路面标高为32.5m，水位标高28.5～29m。

图2 隧道江北段工程地质剖面

2 降水井结构设计

降水井结构设计需考虑需降水深、隧址区地下水位、地下水特点、现有设施等因素，借鉴以往工程案例综合考虑后，坑内、坑外降水井设计为：

一期坑内降水井设计井深28m，根据开挖深度不同，基底以下分别设置6m、12m滤管；降水井泥孔径550mm，采用φ273mm、壁厚3mm钢管，下设1m沉淀管，滤料为瓜子石，回填滤料至滤管以上3m附近。二期坑内降水井设计深度25m，滤管设置为12m，钢管采用φ325mm，壁厚3mm钢管，下设1m沉淀管，滤料为瓜子石，回填滤料至滤管以上3m附近。

沅江10年一遇枯水期最高水位标高约+34.55m，最高洪水位能达到39.86m，且地下水位与沅江水位关系密切，降水方案设计时，坑内降水井布置按照初始水位标高+30m考虑，为防止沅江水位上涨、汛期施工或围护结构渗漏量过大造成坑内水位无法降至安全水位。在坑外按间距约15m，共布置24口坑外备用井，必要时启动坑外备用井进行辅助降水。坑外井距离基坑外缘约5m，现场可根据实际情况调整，便于土方运输及降水井管理。综合考虑后，具体设计如图3所示。

图3 降水井结构设计示意

3 降水方案设计

结合北岸地质条件、基坑围护结构特点，并参考相关基坑降水设计规范，江北段降水设计方案为：

(1)一期基坑地下连续墙墙身，穿过③-2层粉土层，进入③-5圆砾层中；坑内地下水补给来源主要为坑外地下水通过③-2粉土层的越流补给，降水设计充分利用地下连续墙及下部③-2粉土弱透水层的阻水作用，在坑内布置降水井将上部含水层水位降低至基底以下1m，防止底板涌水流砂、保持底板的稳定，同时对开挖范围内土体进行疏干，方便坑内施工作业。

(2)二期基坑地下连续墙段设计为悬挂式帷幕，利用地下连续墙对地下水绕流作用，采用坑内降水；二期围护桩段，围护结构进入含水层较浅，围护结构止水绕流作用小，同时考虑便于后期维护，将降水井布置于坑外。

(3)为防止沅江水位上涨引起地下水位上升以及地下连续墙在施工过程中出现缺陷引起坑外地下水补给量增大导致坑内水位无法降至设计要求，在坑外布置备用降水井，必要时开启坑外降水井进行辅助降水。

(4)二期围护桩段，最大开挖深度约5m，位于本次现场实测地下水位线附近，考虑开挖较浅、工期短，建议在枯水期快速施工，降水井布置时，适当考虑地下水位变幅的影响。

(5)基坑降水开挖过程中应密切关注，坑外水位变化，及地面沉降情况，当一、二期坑内降水导致坑外水位下降超过沽水期低水位时，对坑外备用井进行回灌，防止粉土层沉降对周边环境产生影响。

受基底下部弱透水层粉土③-2层影响，降水过程中基坑内外地下水渗流十分复杂，呈为三维流，此类工程，利用JGJ120-2012《建筑基坑支护技术规程》中的解析公式已无法适用，需借助数值法进行分析计算。数值计算可模拟不同复杂条件下的地下水流状况，能有效解决因隔水帷幕等对地下水流动造成的影响[10]。

4 数值计算

4.1 模型参数

数值计算中地层渗透系数的取值尤为关键，直接关系到实际情况与数值模型的拟合度，同时影响深基坑涌水量计算结果。本文地层渗透系数取参考常德沅江详勘报告及抽水试验报告，如表1所示。考虑围护结构的渗漏，取其渗透系数为0.05m/d，根据现场抽水测试结果，并考虑地下水季节性变幅，设计水位为高程30m。

表1 模型参数取值

4.2 模型建立

模型采用六面体网格剖分，在水平方向上采用非等距矩形网格剖分(基坑开挖区域附近网格加密)，模型大小为1 000 m×1 000 m，加密区网格划分为1×1，非加密区网格划分为50×50；垂向上根据围护结构深度再进行剖分，如图3所示。围护结构模型中，二期地连墙模型深度为28.6 m，如图4所示。

图4 三维模型网格剖分

图5 围护结构模型

4.3 抽水井设置

在软件中，抽水井可设置过滤器的长度、层位、抽水量等参数，与实际降水井具有很强的对比性，模型中抽水井设置如图5所示。其中一期基坑单井出水量取，600～800 m3/d；二期地下连续墙段单井出水量约为1 800 m3/d，二期围护桩段降水井单井出水量取2 200 m3/d。

4.4 涌水量及水位预测

4.4.1 一期施工

一期基坑工作井段开挖底板标高约为14.0 m，水位需降至标高13.0 m，水位降深17.0 m(初始水位标高取30 m)。如图6所示。通过模型运算分析，水位降至安全水位时，坑内总涌水量约6 000 m3/d，坑外水位降至29.0 m，最大水位降深1.0 m，设计单井抽水量约600～800 m3/d，一期基坑施工共布置12口坑内降水井(2口水位观测兼备用井)(图7)。

图6 模型中降水井概化

图7 一期施工水位标高等值线

4.4.2 二期地下连续墙段

二期地下连续墙段水位降深最深的位置为雨水泵房附近，降水设计按水位降深最深考虑，雨水泵房处开挖底标高18.33 m，安全水位标高为17.33 m，水位降深为12.67 m(初始水位标高为30 m)。如图8所示，通过模型计算，2期降至安全水位时二期地下连续墙段基坑涌水量为30 600 m3/d，其中坑外水位降至27 m，水位降深3 m。二期基坑单井出水量设计取1 680 m3/d(70 m3/h)，坑内设计采用φ325 mm管材，基坑内共需布置22口降水井(含3口备用井)。

图8 二期地地下连续墙施工水位标高等值线

4.4.3 二期围护桩段

二期围护桩段安全水位标高为26.4 m(开挖底标高27.4 m)，水位降深3.6 m(初始水位标高取30 m)。如图9所示，通过模型计算，降至安全水位时，基坑涌水量为20 800 m3/d，基坑水位等水位线图。二期围护桩段降水井采用φ325 mm钢管井，单井出水量取2 160 m3/d(90 m3/h)，基坑外共需布置12口降水井(含2口备用井)。

图9 二期地围护桩施工水位标高等值线

5 结语

本文依托常德市沅江盾构隧道接收井作为工程背景，通过实地考察，结合北岸地质条件、基坑围护结构特点，并参考相关基坑降水设计规范，对江北段接收井深基坑进行降水方案设计，并通过模型数值验算，得到结论：

(1)基坑降水至安全水位标高时，一期坑内涌水6 000 m3/d，设计单井抽水量约600～800 m3/d，可配备12口降水井，其中2口备用；二期地下连续墙段基坑涌水量为30 600 m3/d，设计单井出水量设计取1 680 m3/d，可配备22口降水井，其中3口备用；二期围护桩段基坑涌水量为20 800 m3/d，设计单井出水量取2 160 m3/d，基坑外共需布置12口降水井。

(2)基坑降水至安全水位标高时，一期坑外水位降深约1.0 m，2期坑外水位降深约3.0 m。采取该降水方案，坑外水位降深小，对环境影响较小，降水方案合理可行。

(3)降水过程中需加强对周边沉降监测，若坑外水位下降超过沽水期低水位时，应对坑外备用井进行回灌。