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商务区核心区地下交通环廊工程降水设计及施工方案

XXXX商务区核心区地下交通环廊工程

XXXX地质工程有限公司

广州白云机场水电施工方案XXXX商务区核心区地下交通环廊工程

XXXX地质工程有限公司

§2工程地质与水文地质条件 6

2.1场区地貌及周边环境 6

2.2场区区域地质构造条件 6

2.3工程地质条件 7

2.4水文地质条件 8

3.2基坑抗突涌验算 10

3.3基坑降水的可行性 11

3.6基坑涌水量的估算 13

3.7降水井、集水井深度及井结构 15

§4降水对周围环境影响的评估与监测 18

5.1施工组织结构的建立 19

5.2施工组织结构的启动与高效运作 21

5.3施工组织高效运作保障措施 21

§6降水井成井施工 22

6.2成井设备及材料准备 22

6.3施工现场准备 24

6.4降水井施工工艺流程 24

§7降水运行管理 28

7.1降水维持施工工艺流程 28

7.2降水运行保障措施 29

7.3降水运行管理 30

7.4沉降控制措施 31

9.1用电应急预案 32

9.2降水井应急预案 34

9.3突发性机械故障的处理和预防措施 35

9.4突发性暴风雨灾害的预防措施 35

§10计算书及附图 37

附图1．水位预测等值线图 37

附图2．降幅预测等值线图 37

附图3．沉降预测等值线图 37

附图4．含水层埋深分布示意图 37

附图5．降水井及集水井平面布置图 37

附图6．降水井及集水井井结构图 37

XXXX商务区核心区地下交通环廊工程降水设计及施工方案

XXXX中央商务区建设投资股份有限公司拟在王家墩商务区兴建核心区地下交通环廊工程Ⅱ标段项目，本次施工范围主要包含商务西路南侧、泛海路西侧、匝道5和匝道6。

其中环廊Ⅱ标周边在建工程主要为武汉中心项目，其基坑放坡开挖已至环廊范围内，根据业主进度计划，本环廊工程与其同槽施工完成后回填覆土至设计地面。其余沿线主要为农田，现状无道路、管线设施。

根据设计院提供的有关资料，拟开挖地下环廊二期基坑呈“L”形，主环(K0+750.00~K1+140.00)长为390m，开槽宽度约为51.65（距原武汉中心支护桩边），基坑开挖面积约27191m2,场地目前地面标高约为22.00m左右，地下环廊底板底绝对标高在9.305~11.535m之间，主环基坑相对开挖深度约为10.465～12.695m，开挖最深处泵房底板底（K1+010.00）绝对标高为8.55m，开挖深度为13.45m。基坑围护结构拟采用大面积多级放坡开挖结合重力式水泥土挡墙的支护方案。

为保证地下环廊土方开挖及结构施工的无水作业环境，根据上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司提供的设计图纸，对基坑支护降水提出的技术要求如下：

1、采用坑内管井降水与明沟排水相结合，基坑开挖前须进行坑内降水，将坑内水位降至坑底下1m。

2、采用中深井降水，保证坑内水位位于坑底以下1m。抽水管井井管直径0.25m。井管总长35m，实管20.0m，滤管15.0m。沿坡顶和坡底纵向15m布置降水井，靠近武汉中心侧坑内可利用既有武汉中心管井进行降水。

3、降水井在基坑开挖前4周必须施工完成，并开始降水。

根据设计院相关要求结合我方复核验算，同时参考临边武汉中心项目的实地开挖现状及施工处理经验，本降水方案设计的重点在原设计院要求的基础上进行优化设计：即采用深井降水对地下孔隙承压水进行减压治理，采用止水帷幕结合集水井对上部富水性较强的粉质粘土及粉土层间滞水进行有效封堵、疏干和抽排。

§2工程地质与水文地质条件

2.1场区地貌及周边环境

工程场区原为XXXX机场，场区较为开阔，周边除东北侧在建的武汉中心项目外，无其它明显建（构）筑物。

2.2场区区域地质构造条件

武汉位于淮阳山字型构造南孤西翼，主要受控于燕山期构造运动，表现为一系列走向近东西至北西西的线型褶皱，以及北西、北西西、北东和近东西的正断层、逆断层及逆掩断层。

市区分布地层有古生界砂岩、页岩、灰岩及泥岩；中生界的砂砾岩、砂岩、页岩及泥岩；新生界的粘性土、砂、砂砾岩等，志留系页岩常组成背斜轴部，背斜两翼依次为泥盆、石炭、二叠、三叠各岩层。三迭系地层常组成向斜的槽部。由于强烈的南北向压应力作用，形成了东西向的紧密褶皱，并伴随压扭性断裂。在南北向主应力支配下，还发育有其它次一级的构造，即北北东及北北西两组张扭性断裂。

据区域地质构造资料，武汉地区的大地构造均属古老的地质构造。无第四纪全新世活动迹象。拟建建筑场地处于一个地质构造运动相对稳定的地带，无大的构造断裂分布，下伏基岩为志留系泥岩，属非可溶岩。因此，拟建场区地质构造稳定性良好，适宜工程建设。

以灰黑色淤泥为主，富含有机质，具腐臭味。场地内局部分布。

含铁锰质氧化物、白云母。大部分场地分布。

含铁锰质氧化物、白云母。局部含少量粉土、粉砂。大部分场地分布。

含铁锰质氧化物、白云母及有机质。局部含少量粉土、粉砂。大部分场地分布。

含铁锰质氧化物、白云母。粉土含量约20～30%。该层为过渡层，场地内不均匀分布。

含石英、长石、云母等，粉土为中密状，粉砂为松散状，粉质黏土为软塑状。该层为过渡层，场地内大部分地段分布。

含铁锰质氧化物、白云母及少量有机质。呈透镜体分布于（3）层中。

砂粒矿物成分主要为石英、长石，含白云母。局部夹中密状粉土。场地内大部分地段分布。

砂粒矿物成分主要为石英、长石，含白云母，局部夹粉土。分布较均匀。

含铁锰质氧化物、白云母。局部夹少量薄层粉土、粉砂。呈透镜体不均匀分布于（4）层中。

按埋藏条件及武汉中心基坑开挖揭示，本场地地下水主要为上层滞水、地下承压水两种类型。

孔隙承压水主要赋存于场地下部的（3）、（4）单元层粉土、砂类土中，与长江有较密切的水力联系，其水位变化幅度受长江水位涨落影响，年变幅3.0~4.0m，标高17.0～21.0m左右，水量较大。勘察期间（2010年7月），实测场地承压水位于地表下3.5m，相当于标高18.5m。

根据场地地勘资料，承压水含水层顶板为（3）单元层埋深约在地面下9.80~18.80m（顶板绝对高程为13.32~3.79m），根据不利钻孔揭示，部分地段坑底已至（3）层粉土、粉砂夹粉质粘土承压水层中（勘察23——23剖面K172~K178号钻孔），故需采用基坑内管井降水措施，降水深度宜降至基坑底下1.00m。根据设计文件要求，为确保坑底稳定，降低坑底承压水头高度，根据开挖深度的分区采用减压、疏干降水治理地下承压水。

考虑本地下环廊基坑开挖期间将跨越丰水期，参考周边临近工程，施工期间地下水位标高取值19.00m。

根据场区抽水试验求取的水文地质参数：粉砂层的渗透系数K=14.18m/d，影响半径R=220m。

一般基坑工程随着开挖深度增加，承压含水层中的承压水对隔水顶板的水压逐渐增大，坑底部隔水顶板土体随之变薄，土体自重应力逐渐减少，当开挖达到一定深度，承压水水压超过顶板土体自重应力或挖穿顶板土体时，就会产生涌水、流砂，形成地下水水患。因此，对于地下承压水必须给予足够的重视，以防造成安全事故及经济损失。

本次施工地下环廊地面绝对标高为22.00m左右（整平揭示后临坑坡肩地面标高为19.50m~20.00m），承压水含水层(3)层粉土、粉砂夹粉质粘土顶板绝对标高为3.79m（C163号钻孔）～13.32m（K173号钻孔），埋深在地面下9.80~18.80m之间，承压水位根据勘察报告，按绝对标高19.00m考虑，埋深约在地面下3.00m左右，高出隔水底板5.68m左右（最薄弱处）。

根据设计文件要求，地下环廊大部分结构底板底绝对标高在9.305~11.535m之间，基坑的开挖深度（相对于地面标高22.00m）在12.695～10.465m之间。

由于场区含水层顶板起伏较大，大部分地段基底已揭穿承压含水层顶板，小部分区域下伏尚存在一定厚度的隔水底板。为确保坑底稳定，降低坑底承压水头高度，本层地下承压水分区采用疏干、减压设计。

按开挖到垫层底时，按承压水头标高19.00m时根据相关规程规范进行抗承压水突涌稳定性验算：

式中(ty——坑底突涌抗力分项系数，对于大面积普遍开挖应大于1.2；对于局部承台分别开挖，应大于1.0；

D——坑底至承压水层顶板的距离；

(——D范围内土的平均天然重度；

Hw——承压水水头高度；

根据突涌验算，坑底突涌抗力分项系数及降水要求见下表：

计算结果表明，在基坑施工开挖过程中，极易发生承压水突涌或管涌问题，为保证该基坑开挖及底板施工的顺利进行，必须对场地承压水进行有效治理。

3.3基坑降水的可行性

在基坑开挖过程中，应根据地下水的类型、基坑开挖深度、周边的环境及场地的地层结构等条件来选取合理有效的治理方法，通常采用疏导、封堵或封导相结合几种方式。使基坑施工期间始终处于干燥状态，并在控制不产生地下水水患、不影响工程进展、不危害周边环境的基础上，考虑减少防治费用与缩短工期。

2、降水：根据含水层特点及基坑开挖深度可采用轻型井点或管井降水，根据工程降水的实际降深是否进入含水层可分为疏干降水和减压降水。

3、隔渗：采用竖向隔渗（落底式竖向帷幕）、水平隔渗或两者结合的周底隔渗。

4、隔渗（悬挂式竖向止水帷幕）、降水和明沟排水相结合的综合治理。

为保证XXXX商务核心区地下交通环廊工程结构施工的顺利进行，必须对场地承压水进行有效治理，武汉地区近几年大量的成功经验表明，深井降水作为治理承压水是一项行之有效、质量便于控制的常用方法，根据设计文件要求，为确保坑底稳定，降低坑底承压水头高度，本方案采取深井降水措施治理该层承压水，同时在一级平台处设置集水井对上部层间水体进行疏干，以确保基坑开挖工作面的干燥及结构的顺利施工。

1、《XXXX商务区核心区地下交通环廊工程岩土工程勘察报告》；

2、《武汉中心岩土工程勘察报告》；

3、上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司提供的《XXXX商务区核心区地下交通环廊工程基坑围护设计方案》相关资料；

7、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120/99；

8、《供水水文地质手册》；

9、“天汉深基坑设计软件”；

1、对于场区深层承压水采用深井降水进行处理，根据场区隔水顶板的埋深情况，对于基底已揭穿含水层顶板地段降水设计按疏干法考虑，基坑底板底尚未揭穿含水层顶板区域，降水设计按减压法考虑。

3、综合该区地层特性及周边存有在建施工项目的特点，考虑利用武汉中心项目的部分降水井，故在本基坑的外侧：南侧和北侧坡肩布置一排降水井，与武汉中心已有降水井平面大致呈对称布设，确保降水施工的效果。

4、及时降低下部承压水层的水头高度，防止基坑深挖过程中发生突涌现象；

5、本次设计参数根据2010年7月场区抽水试验成果以及武汉中心降水的实测资料综合进行确定，后期降水井施工过程中应注意成井地层的变化特征，并随时进行群井抽水试验，以便进一步核定水文地质参数优化和调整设计方案。

3.6基坑涌水量的估算

式中：Q——基坑涌水量(m3/d)；

K——含水层渗透系数（综合取值14.18m/d）；

R——抽水影响半径（取值220m）；

r0——环形井点系统的引用半径；

根据计算所得到的基坑涌水量：

普挖至底板底时Q=37857.37m3/d=1577.39m3/h；

挖至泵房底板底时Q=40229.63m3/d=1676.23m3/h。

如果单井抽水量设计为50m3/h，并考虑一定的安全储备，则共需的井数为35口。该方案技术合理，造价经济，避免了超降，有利于控制降水对周边环境造成的沉降影响。井位的实际布置情况详见“降水井平面布置图”。

利用“天汉软件”进行多种井位与流量情况下的试算，以确定最合理的降水方案。经设计验算，该段根据周边环境条件，采取在基坑坡肩布置降水井29口（降水井间距30m左右），另利用武汉中心既有降水井6口，能满足降深要求。

施工期间应根据承压水的水位、基坑开挖深度、开挖处的土层地质条件等因素综合考虑降水，在满足基坑不发生突涌的前提下，尽量少抽水。降水维持过程中，考虑不同地段开挖深度的不同，应根据挖土程序的需要及地下环廊主体的施工进度，合理调整抽水井开启数量：可采用局部施工地段集中开启部分降水井，而适当关闭其它区域部分降水井，具体开启数量以现场实测水位降深加以控制调整。

另对于上部杂填土中的滞水及粉质粘土、粉土夹层中的层间水体，为防止基坑开挖后，侧向出现淅土流砂的现象，诱发边坡垮塌基坑安全事故，采用在基坑一级平台处布置37口集水井（集水井间距17m左右），提前抽排疏干，保证基坑土方开挖及结构的顺利施工。

3.7降水井、集水井深度及井结构

3.6.1降水井、集水井的深度

因抽取承压水的目的是为了降低承压水位，故在具体降水过程中要尽量减少抽水量，同时又要保证降水井的含砂量不超过有关规范要求。由于场区地质条件变化较大，结合场区实际地质条件，降水井采用中深井，深度暂定为35m。

考虑集水井主要目的为疏干上层粉质粘土及粉土夹层中的层间水体，故集水井深度暂定为12m。

降水井（W1~W29）：

1、井壁管：0～2m为实管，2～10m为滤水管，10～15m为实管，15～35m为滤水管，井壁管直径均为250mm，实管侧壁密封无孔隙，滤水管侧壁钻孔，孔径18mm，孔距5cm，呈梅花桩型交错布置。滤管外包缠12目铁丝网一层，60目尼龙网三层，尼龙网包扎完毕后用铁丝捆绑牢实。

2、滤料围填：井管与孔壁之间2～35m围填滤料，反滤料为直径2～3mm的绿豆砂。

3、粘土封孔：在滤料围填面以上（0～2m）采用风干粘土球填至地表，并做好井口管外的封闭工作。

集水井（J1~J37）：

1、井壁管：0～12m全孔下置滤水管，滤水管管侧壁钻孔，孔径18mm，孔距5cm，呈梅花桩型交错布置。滤管外包缠12目铁丝网一层，60目尼龙网三层，尼龙网包扎完毕后用铁丝捆绑牢实。

2、滤料围填：井管与孔壁之间0～12m全孔围填滤料，反滤料为直径2～3mm的绿豆砂。

本次降水设计施工不另行布置观测井，采用施工过程中尚未开启的降水井和集水井兼着观测井使用。

3.7.1设计参数的校核

降水井施工过程中应进行单井及群井抽水试验，对前期设计参数进行校核，并对后期施工方案进行优化调整。

降水井全部施工完毕后，应进行群井联动试验，再次验证降水效果是否满足本设计要求。

3.7.2降水井的开启时间

为保证基坑在开挖过程中不发生突涌，根据上式取最不利钻孔进行计算，按承压水位19.00m考虑，当抗突涌分项系数小于1.2时，即降水井井群应在基坑开挖至地面下4.90m(绝对标高17.1m)时逐渐启动。

3.7.3降水井的维持运行

根据地下水位的变化情况、土方开挖及结构施工的总体安排，考虑不同的施工工况，将降水运行细化为3个施工段，具体运行方案如下（水位按丰水期19.00m考虑）：

1、开挖深度在0~4.90米范围内，不需要开启降水井，即地下水承压水位位于开挖面以下或位于开挖面以上但不具备产生突涌的条件。开挖期间主要通过集水井、集水坑对坑内明水及雨季积水进行抽排，保证土体干燥，方便土方开挖和外运。

2、开挖深度在4.90~10.465米范围内，根据实测水位及上覆隔水层的厚度逐渐开启降水井井群进行抽排。

3、当基坑开挖至地面下10.465~12.695~13.45m（环廊端头及泵房底板底结构施工），开启大部分或全部降水井，降水井的启动尽量采用对称、均匀交错的方式开启。

4、如基坑开挖期间地下水较低，则应根据实测地下水位、土方的开挖深度，采用信息化施工管理皖2005J112住宅防火型烟气集中排放系统皖2005J112.pdf，可在基坑不产生突涌前提下合理开启部分降水井进行减压。

基坑底板施工完毕并达到一定强度后，为减小降水井井管对结构施工造成影响，以及减弱长期抽水对周边产生的沉降，根据施工季节的地下水位，在充分考虑底板混凝土强度并满足抗浮设计的基础上，合理调配开启井群的数量，待结构自身压重与承压水的顶托力平衡后才可停止全部深井降水。

§4降水对周围环境影响的评估与监测

基坑开挖及降水后，承压水位降低将使周边土层产生附加荷载而导致相应的沉降，对周围建筑物及市政设施会构成不同程度的危害。鉴于此，对可能发生的危害程度做出正确的评估是非常必要的。根据相关技术规定，估算因降水而引起的地面最大沉降量可用下式计算：

式中ΔSw—为承压水水位下降引起的地面沉降量；

Ms—取经验数值0.25～0.90；

δwi—为承压水下降引起i层的附加应力(kPa)；

AP-158-CA-2017-01标准下载Δhi—为i层厚度(cm)；

Esi—为i层的压缩模量(MPa)。