基坑降水施工方案.doc

新建铁路珠机城际轨道交通工程拱北至横琴段 横琴隧道进口段基坑降水施工方案目 录1编制说明11.1编制依据11.2编制原则22工程概况22.1区间概况22.2工程地理位置及周边环境52.3地质条件62.4水文地质72.5现场地下管线情况82.6进口段深基坑主要工程量93工程降水特点及应对措施103.1工程的重点和难点103.2施工对策114 降水主要参数设定及风险分析124.1风化层对基坑突涌分析124.2风化层减压降水分析144.2.1基坑降水水文地质概念模型144.2.2基坑降水数值模拟144.2.3基坑降水设计计算164.3坑内浅层井布设184.4坑外浅层应急井194.5 降水设计工作量194.6 地面沉降预测204.6.1地面沉降计算原理204.6.2减压降水引起的地面沉降预测244.6.3减压降水引起的地面沉降控制措施245 施工组织安排255.1 降水施工组织机构255.1.1施工组织机构255.1.2 各职能部门职责255.1.3 主要管理人员及管理部门职责265.2 成井施工工艺及技术要求275.2.1成井工艺流程275.2.2成井设备选型275.2.3 成井施工技术要求275.2.4成井施工控制表285.3施工设备及材料计划295.3.1 主要材料295.3.2 施工主要设备305.3.3 劳动力组织305.3.4 施工进度计划305.4 降水运行组织315.4.1 降水运行计划315.4.2 降水试运行315.4.3 降水正式运行315.5 封井组织325.5.1减压深井封井325.5.2 坑外井封井345.5.3 浅层井封井355.6抽水试验部署355.6.1试验目的355.6.2试验要求365.6.3试验内容及具体365.6.4试验报告要求366 质量保证措施376.1质量目标376.2质量保证体系376.3技术组织措施376.4工程质量技术保证措施386.5隐蔽工程的质量保证措施387 安全保证措施397.1安全管理目标397.2安全保证体系及管理组织397.3安全管理职责407.4安全管理措施417.5 为本工程设立安全生产预案427.6 安全防护措施437.6.1 施工用电安全保证措施437.6.2 机械安全保证措施447.6.3 地下管线的保护措施457.6.4 其他安全保证措施457.6.5 主要施工项目安全技术措施457.7 突发事件分析及预防措施517.7.1 管线损坏的预防处理517.7.2 台风灾害的预防528 环境保护措施528.1 环境保护目标和内容538.2 施工期间环境污染控制目标和指标538.3 环境保护工作的内容538.4 建立环境保护体系，分阶段对环保进行程序化管理548.4.1 环境保护体系558.4.2 严格作业程序分阶段对本工程的环境进行程序化管理569 工期保证措施5710 文明施工保证措施5811 施工季节性保障措施5911.1 台风、雨季施工保障措施5911.2夏季高温施工保障措施6011.3 冬季寒冷季节施工保障措施6112 应急预案6212.1总则6212.1.1制定预案的原因和目的6212.1.2预案要达到的目标6212.2抢险组织机构6312.2.1抢险领导小组成员6312.2.2施工单位主要人员联系电话6312.2.3监理业主及社会有关方面联系电话6312.2.4抢险物资及设备6312.2.5具体抢险方案6412.2.6应急抢险物资6913 附图701编制说明1.1编制依据1、根据铁四院提供的2014年4月珠海市区至珠海机场城际轨道交通工程拱北至横琴段施工图设计图，新建铁路珠海市区至珠海机场城际轨道交通工程拱北至横琴段横琴隧道第一、六册进口段DK2+300.000DK2+748.926围护结构设计图。2、有关的现行施工规范、设计规范、规程标准。相关规范、规程：（1）广东省建筑地基基础设计规范（DBJ5-31-2003）（2）高速铁路设计规范（试行）（TB 10020-2009）（3）建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）（4）铁路隧道设计规范(TB10003-2005)（5）混凝土结构设计规范(GB50010-2010)（6）基坑工程手册，中国建筑工业出版社，2009.11（7）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）（8）铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）（2009版）（9）基坑降水手册，中国建筑工业出版社，2006.04（10）岩土工程勘察报告（11）地下工程防水技术规范（GB50108-2008）（12）铁路隧道防排水施工技术指南（TZ331-2009）（13）供水水文地质勘察规范(GB50027-2001)（14）城市地下水动态观测规程（CJJ76-2012）（15）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）（16）盾构法隧道施工及验收规范（GB50446-2008）（17）混凝土结构耐久性设计规范（GB/T 50476-2008）（18）广东省建筑基坑支护工程技术规程（DBJ/T 15-20-97）国家、铁路总公司（原铁道部）颁布的现行相关设计规范、施工技术规范、各种试验(检验)、检测标准(规程)。3、我单位现有人员的施工管理水平、技术水平、科研水平，机械设备配套能力以及资金投入能力。1.2编制原则施工方案应完全满足业主要求和符合施工现场实际施工需要以及施工技术规范，确保工程安全、优质、按时完成。1、遵守设计 服从甲方、遵守设计，严格执行甲方提供的工程图纸及文件，并且满足国家现行施工规范要求。2、确保工期严格按所规定的施工工期，根据本工程的特点和要求，在保证质量、安全可靠的前提下合理安排施工工序，优化施工组织，各工序紧密衔接，避免不必要的重复工作，以保证施工连续均衡有序地进行，确保施工工期并力争提前完成。3、质量第一确立质量目标、制定创优规划、严格按照质量体系运作，以工作质量确保每道工序和每项工程的工程质量。4、安全第一、预防为主确立安全工作目标、完善规章制度、层层签订安全生产责任状，强化安全教育和安全管理，狠抓现场各项规章制度、措施的落实，确保安全生产目标的实现。5、科学管理从实际出发，系统的、合理的安排施工的程序和顺序，做到布局合理、突出重点、全面展开；正确选用施工方法，科学组织，均衡生产。在实事求是的基础上，力求技术先进、科学合理和经济适用；在确保工程质量标准的前提下，积极采用新技术、新工艺、新机具、新材料和新方法。作好人力、物力、机械综合调配，组织均衡生产，降低工程成本。6、文明施工坚持自始至终对施工现场的全过程进行严密监控，以科学的方法实行动态管理，并按动、静结合的方法精心布置和规划施工现场，保护周围环境。严格施工管理，开展文明施工活动，做到文明施工，争创标准化施工现场。2工程概况2.1区间概况橫琴隧道进口1#工作井，位于珠海市市区南湾大道，前部为隧道进口，后接1#工作井，线路左侧临前山水道，多为工业厂房。隧道起迄里程：DK2+300.000DK2+750.126，全长0.45km，双洞单线，明挖法施工。横琴隧道进口段包括U型槽266m、明挖暗埋段160.7m、盾构工作井23.3m，此范围与南湾互通斜交，隧道上方有主线桥左幅、右幅，A、B、F匝道及F匝道路基，临近C匝道桥梁，如下图2.1-1所示。图2.1-1DK2+300-DK2+750明挖段平面布置图1、明挖U形槽段长266m，宽度从小里程往大里程渐渐变大，最窄14.335m，最宽19.162m；基坑开挖深度最浅4.256m，最深9.242m； DK2+300DK2+363围护结构采用放坡开挖+ 5501000搅拌桩基底加固支护体系，DK2+363DK2+453围护结构采用钢板桩+ 5501000搅拌桩基底加固支护体系，DK2+453DK2+566围护结构采用800钻孔桩及1000钻孔桩+ 800600旋喷桩支护体系；内支撑采用609 t=16钢管撑，U型槽段标准断面如下图:图2.1-2。图2.1-2DK2+300.005-DK2+566U形槽段主体结构标准断面图2、明挖矩形段长160.7m，宽度从小里程往大里程渐渐变大，最窄19.026m，最宽22.369m；基坑开挖深度最浅9.242m，最深13.435m；围护结构采用1000钻孔桩；桩外侧设置单排800600咬合旋喷桩，内支撑采用609 t=16钢管撑，标准断面如图2.1-3。图2.1-3DK2+566-DK2+726.721主体结构标准断面图3、1#井里程为DK2+726.721-DK2+750.126, 1#井长23.4m，宽度29.8m，基坑平面呈长方形，开挖深度16m，共计开挖土方1万m3， 1#井小里程为明挖基坑，大里程为盾构区间。围护结构采用12001400钻孔桩；桩外侧采用 800mm600旋喷桩止水帷幕，支撑采用混凝土撑和609，t=16钢支撑。双洞单线盾构工作井标准断面图如图2.1-4。图2.1-4 双洞单线盾构工作井标准断面图基坑开挖深度由浅入深，工作井开挖深度约16m，隧道中段一雨水泵房深约15m。图2.1-5 开挖工况与围护工况纵向剖面图表2.1-1 区间开挖深度及围护结构主要类型表序号区间开挖深度hs(m)围护结类型围护结构底深度1DK2+330DK2+4220-5钢板桩8.02DK2+422DK2+4526.00钢板桩13.73DK2+452DK2+4827.00钻孔桩+旋喷桩止水11.94DK2+482DK2+5127.80钻孔桩+旋喷桩止水13.75DK2+512DK2+5428.70钻孔桩+旋喷桩止水16.56DK2+542DK2+5669.30钻孔桩+旋喷桩止水19.07DK2+566DK2+5829.80钻孔桩+旋喷桩止水22.68DK2+582DK2+62210.80钻孔桩+旋喷桩止水21.09DK2+622DK2+65711.70钻孔桩+旋喷桩止水19.510雨水泵房15.00钻孔桩+旋喷桩止水19.511DK2+657DK2+69212.60钻孔桩+旋喷桩止水21.012DK2+692DK2+72613.40钻孔桩+旋喷桩止水22.613DK2+726DK2+750工作井16.00钻孔桩+旋喷桩止水27.0根据本段的周边环境、工程地质、水文地质及基坑埋深，明挖基坑DK2+542.926DK2+748.926安全等级为一级。2.2工程地理位置及周边环境本段明挖段基坑工作井端头位于南弯南路东侧铺路边缘，原有加油站，非常婚礼会所等周边建筑物均已拆除，现状为港珠澳大桥珠海连接线南湾互通施工工地，隧道两侧分布南湾互通的主线及匝道桥梁桩基，桩基与围护结构净距3.910.0m.桩基直径1.2m、1.5m、1.8m、2.0m。2.3地质条件场地上覆人工填土层(Q4ml)、第四系全新统海陆相交互沉积层（Q4mc），下伏基岩为燕山期侵入岩-花岗岩（2-3），具体地层描述如下：人工填土层(Q4ml)人工填土（杂填土、素填土）杂色，潮湿，松散稍密，成分复杂，表层多有2040cm道路砼，主要成分为粘性土、花岗岩碎石块局部含建筑垃圾等。广泛分布于隧道范围内，揭示层厚1.26.1m，平均层厚3.52m。第四系全新统海陆相交互沉积层（Q4mc）1-1淤泥、淤泥质黏土（Q4mc），灰色深灰色，流塑，土质均匀、细腻，局部富集贝壳碎屑及砂。广泛分布于全线前段，揭示层厚0.44.0m，平均层厚2.04m；埋深2.020.0m,平均埋深4.85m。推荐地基基本承载力0=40kpa。12-3粉质黏土（Q4mc）褐黄色、棕红色等，可塑，局部夹薄层砂类土。全线大多数地段均有分布，揭示层厚1.023.3m，平均层厚4.28m；埋深2.9521.0m，平均埋深8.03m。推荐地基基本承载力0=120kpa。22-4粉质黏土（Q4mc）褐黄色褐红色，硬塑，局部夹大量石英砂，少数夹少量碎石。全线大多数地段有分布，主要位于基岩面之上。揭示层厚1.216.8m，平均层厚7.07m；埋深1.727.8m，平均埋深11.66m。推荐地基基本承载力0=150kpa。33-1中砂（Q4mc），褐黄色、灰白色等，松散，饱和，其成分为石英。分布不均，揭示层厚1.56.0m，平均层厚3.43m；埋深1.29.05m，平均埋深5.1m。推荐地基基本承载力0=90kpa。43-2中砂（Q4mc），褐黄色、灰白色等，稍密，饱和，其成分为石英。局部分布，揭示层厚2.79.0m，平均层厚6.17m；埋深8.018.30m，平均埋深11.55m。推荐地基基本承载力0=110kpa。54-1粗砂（Q4mc），褐黄色、灰色等，松散，饱和，局部夹黏土及少许砂类.分布不连续,揭示层厚1.05.0m，平均层厚2.75m；埋深2.07.8m，平均埋深4.18m。推荐地基基本承载力0=110kpa。64-2粗砂（Q4mc），褐黄色、灰色等，稍密，饱和，局部夹黏土及少许砂类.分布不连续,揭示层厚1.658.5m，平均层厚4.45m；埋深4.616m，平均埋深10.19m。推荐地基基本承载力0=150kpa。 75-3砂砾（Q4mc），褐黄色、灰色等，中密，饱和，夹黏性土。仅少量地段揭示，揭示层厚3.66.4m，平均层厚5.38m；埋深7.69.1m，平均埋深8.45m。推荐地基基本承载力0=200kpa。基岩下伏基岩为燕山期侵入岩-花岗岩（2-3），岩性较为简单，性质差异相对较小。基岩根据岩石风化程度及强度可分为全分化带、强风化带、弱风化带。各分化带岩性特征如下：花岗岩（2-3），全风化（W4），灰白色、褐黄色等，岩芯已风化成砂土状，矿物成分主要为石英、长石和云母。岩面起伏较大，分布不连续，揭示层厚0.347.0m，平均层厚14.39m；埋深2.034.0m，平均埋深17.86m。推荐地基基本承载力0=200kpa。1花岗岩（2-3），弱风化（W2），青灰色、灰白色等，弱风化，中粗颗粒结构，块状构造，节理裂隙较发育，岩质坚硬，层面埋深起伏较大，分布不连续，揭示层厚0.522.3m，平均层厚6.18m；埋深3.054.0m，平均埋深22.05m。推荐地基基本承载力0=1000kPa。场区附近无对隧道有明显影响的地质构造。2.4水文地质1地表水隧道沿线临海，地表水极其丰富，多为海水。2地下水拟建隧道范围内，根据地下水的分布特征，可分为第四系松散岩类孔隙水、深部基岩裂隙水。主要赋存于场区浅部人工填土及其下部砂类地层中，水量丰富，富水性好。砂土及花岗岩全风化层透水性强。砂土层中地下水大部分具有承压性。 位于下伏燕山期侵入岩-花岗岩（52-3）地层中，基岩裂隙水主要靠上层的孔隙水沿基岩裂隙下渗补给，水量贫乏。第四系孔隙潜水人工填土层透水性差异较大。填土为碎石或花岗岩碎块地段，透水性较强；填土以黏性土为主的地段，透水性较弱。第四系孔隙潜水主要受大气降水竖向入渗补给，同时与地表水体互为补给。地下水受潮汐影响较大，稳定水位埋深1.52.5m。承压含水层，主要分布在砂类土中，上部隔水顶板多为黏性土，受气候、潮汐影响不明显，主要接受潜水入渗补给，同时接受上部地表水补给，侧向迳流缓慢。基岩裂隙水主要赋存于岩层风化带及节理裂隙中，接受上部孔隙水的补给，水量贫乏，水动力条件微弱。隧道沿线地层的渗透性，收集附近区域相关水文地质资料，结合地区经验综合分析，提供各岩土层渗透系数见表1。现场Jz-12-珠北8、Jz-12-珠北52两孔抽水试验结果显示：该段砂层的渗透系数为0.931.8m/d。地层渗透系数综合取值建议如下表2.4-1：表2.4-1 地表渗透系数表地层编号土层名称渗透系数 (m/d)地层编号土层名称渗透系数 (m/d)(1)1-1淤泥、淤泥质黏土，流塑0.001(2)4-1、2、3粗砂，松散中密2.0(1)2-3、4黏土、粉质黏土，可塑硬塑0.02(2)5-1、3砾砂，松散、中密3.0(2)3-1、2中砂，松散稍密1.5(5)1花岗岩全风化2.02.5现场地下管线情况横琴隧道进口段位于南湾南路东侧辅路边缘， 地下管线主要有城市给水管道、雨水管道、污水管道，电力沟、通信管路等，需在施工前完成管线迁改。具体管线分布情况见表2.5-1。表2.5-1：进口段管线分布统计序号管线类型斜交角度（）埋深（m）管径型号（mm）备注一备注二1给水管190.8300顶埋深2给水管支线-710.81002个给水井盖顶埋深3雨水管192.34001个雨水井盖底埋深4雨水管192.4800底埋深5雨水管支线-711.12001个雨水井盖底埋深6移动通讯190.92001001/2顶埋深7新建电力沟-81.65100016502个电力井，10条电缆两条电信底埋深8通信排管-80.86004001/24顶埋深9电信通信-430.82001001/2未迁改，一个交换箱顶埋深10电力沟-43110001000未迁改6条管线底埋深11给水管-431.9600顶埋深12给水管支线571.93001个给水井盖顶埋深13给水管支线570.452001个给水井盖顶埋深14给水管支线570.92002个给水井盖顶埋深15污水管573.74001个污水井盖底埋深16雨水方沟-432.6200012001个雨水井盖底埋深17雨水管支线5734001个雨水井盖底埋深18雨水管支线5724002个雨水井盖底埋深2.6进口段深基坑主要工程量表2.6-1：进口段深基坑主要工程量序号名称单位数量备注1钢板桩根2365600m2钻孔桩根55512189m3旋喷桩根108424495.91m4桩基钢筋t7255C45水下混凝土m375006C45混凝土m3168297C20垫层混凝土m31022.748细石混凝土防水保护层m3340.919C20喷射砼m3103.2210钢支撑m3865.6609，t=16mm11工字钢m2380I56a12H型钢根256HN700*300*13*2413挖土方m38640014降水井数量口173工程降水特点及应对措施3.1工程的重点和难点根据本工程围护结构特征和本场地的地质水文地质特征，本基坑工程的安全极大程度上依赖于基坑降水的成功与否，这使得降水设计的可靠性十分重要。含水层分析：根据勘察资料，本工程场地下伏潜水、承压含水层以及基岩裂隙水含水层。其中，潜水以松散碎石、碎砖、瓦砾以及局部夹粉性土的粉质粘土层为主，主要含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢。静止水位埋深约为0.5m左右。承压含水层为砂质粉土，局部以粉砂为主，含水量较为丰富，埋深较浅，处于基坑开挖范围内，开挖过程中，一旦该层水处理不当，将引起坑内流砂、管涌等现象，可能危及基坑安全。下部含水层主要考虑全风化层（W4），以砂为主，含水介质颗粒较大，层厚较大，地层渗透性良好，含水丰富。开挖工况分析：本工程基坑开挖由浅及深，最深工作井达到16m，地下工程施工延续时间较长，基坑排水周期较长，排水量较大，排水设施要求较高，需要制定与本工程实际相符的排水措施，降水井井结构与井平面布置设计时需考虑与地下结构协调。整个基坑开挖过程中，围护结构理论上将上部砂层隔断（局部区域位隔断），承压含水层地下水将由承压水转为潜水。较深区域开挖过程中，基底接近下部风化砂层，对基坑有突涌风险，要求减压处理，对减压的控制应按“按需降水”控制，降水难度大。围护分析：基坑采用钢板桩和钻孔灌注桩+高压旋喷桩止水，基坑围护大部分嵌入承压含水层下部粘土层中，形成落底式止水帷幕，理论上能将坑内外的潜水、承压水坑内外水力联系切断，形成良好的隔水边界。但考虑到围护施工过程中存在可能影响其对含水层隔水效果的不确定因素，对承压水处理仍需慎重对待。基坑开挖过程中，密切注意围护止水效果，在坑外适当位置考虑观测井兼应急备用，减少抽降该层地下水对坑外环境造成的影响。全风化层分析：全风化层主要考虑基坑开挖比较深的区域，开挖面接近风化层，存在突涌风险，严格按需降水，对该层应进行抽水试验，确定水头高度以及水文参数。3.2施工对策分层降水：对于浅部开挖深度范围内的潜水以及逐渐由承压潜水的承压水，考虑围护结构已对其有一定的隔水效果，且其与下伏的裂隙水之间存在粘土层，水力联系不密切，对其采用管井进行疏干处理，控制地下水水位在基坑开挖面以下1.0m，为基坑开挖作业提供良好的环境。对下部全风化层的裂隙水，考虑地层埋置深度较大，围护结构没有对其进行的隔水处理，在坑内采用减压井进行“按需降水”，保证基坑安全及施工顺利进行。水位监测：在基坑内适量布置含水层的水位观测井，根据地下水位监测结果指导降水运行。基坑外侧适量布置水位观测井，监测内部抽水后坑外水位变化情况。坑外应急观测井：鉴于基坑局部开挖深度大，坑内大幅度、大范围、长时期的抽降地下水，将使得围护内外的水头差较大，对围护的质量将是极大考验。需在坑外适当位置布置砂层应急观测井，加强水位观测，判定止水结构的效果，必要时利用回灌井人为抬升地下水水位，减缓沉降变形。按需降水：降水运行过程中，随着开挖深度的加大，对基岩全风化层的控按“按需降水”控制，降水难度大。但必须遵循“按需降水”原则，控制承压水的水位满足开挖时的安全要求，不得超降。减少降水对周边环境。施工配合：在基坑外侧布置集水总管或排水沟，将地下水统一外排至坑外市政排水管道。地下挖土作业人员视野受限，挖机容易碰触或者挖断坑内降水井，因此必须加强对降水井采取切实有效的保护措施。降水井需采用强度较高、厚度较大的4mm壁厚管材；降水井尽量布置在支撑附近，便于固定及保护；另需设置坑内应急备用降水井，以策安全。后浇带预留时间较长，深度较大，后期降水井运行的时间会加长。建议后浇带浇筑时适当增加浇筑厚度，提高强度，减少坑内降水井运行的时间以及数量；加密后浇带附近降水井的布井密度。（待后浇带位置确定后再做调整）堵漏配合：围护体止水效果决定工程降水成败，现场应有专业阻漏单位，配备足够的材料设备及人员。同时，降水单位必须积极配合，在紧急情况下，能有效协阻漏单位。生产性抽水试验：在基坑正式开挖施工之前，需进行生产性抽水试验，可根据坑内外水位变化情况，初步检验止水帷幕对浅层潜水、承压含水层，排查渗漏点，采取相应补强措施。建议对风化层承压水应进行抽水试验，确定出水量及水头高度。4 降水主要参数设定及风险分析4.1风化层对基坑突涌分析基坑底面设计标高以下存在全风化层，开挖过程中，必须有效控制全风化层水头埋深，防止基坑发生突涌事故，因此，必须进行基坑突涌稳定性分析。基坑底板抗突涌稳定条件：在基坑底板至含水层顶板之间，土的自重压力应大于含水层顶板处的承压水顶托力，可按下式进行承压水位控制：式中： F -安全系数（取1.05）hs -基坑开挖深度（m）D -安全水头埋深值（m）H -含水层顶板埋深值（m）s -基坑底板至含水层顶板间的土层重度的层厚加权平均值（本工程取18.00kN/m3）w -地下水的重度（10.00kN/m3）取本工程基坑下伏基岩全风化层初始水头埋深为2.5m，层顶最浅埋深18.0m。根据上式计算，开挖深度hs对应的安全水位埋深D，抗突涌稳定性计算结果统计详见下表4.1-1： 表 4.1-1 基坑开挖深度hs与安全水头埋深D对应关系表序号区间开挖深度hs(m)安全承压水头埋深D(m)降深量(m)1DK2+300DK2+4220-5.02DK2+422DK2+4526.00-2.573DK2+452DK2+4827.00-0.864DK2+482DK2+5127.800.515DK2+512DK2+5428.702.066DK2+542DK2+5669.303.090.597DK2+566DK2+5829.803.941.448DK2+582DK2+62210.805.663.169DK2+622DK2+65711.707.204.7010雨水泵房15.0012.8610.3611DK2+657DK2+69212.608.746.2412DK2+692DK2+72613.4010.117.6113DK2+726DK2+750工作井16.0014.5712.07基坑开挖深度超过临界挖深时9.0m时，需对下部W4风化承压水进行处理。综上，基坑DK2+300 DK2+542区间开挖过程中，满足抗突涌验算，该区域不需进行全风化层降水处理，DK2+542 DK2+750区间应考虑全风化层降水。坑内减压降水幅度非常大，降水运行过程中，需严格遵循“按需降水”原则，加强对坑外地下水水位的监测。4.2风化层减压降水分析根据上述基坑突涌稳定性安全验算结果，必须对全风化含水层采取有效的减压降水措施，才能防止产生基坑突涌破坏。为了有效降低和控制全风化含水层的水头， 确保基坑开挖施工顺利进行，必须进行专门的水文地质渗流计算与分析。根据拟建场地的工程地质与水文地质条件、基坑围护结构特点以及开挖深度等因素，本次设计采用了三维渗流数值法进行计算，为减压降水设计与施工提供理论依据。4.2.1基坑降水水文地质概念模型本次全风化减压降水设计中，考虑到降水过程中，上覆含水层将与下伏含水层组之间将发生一定的水力联系，因此，将上覆含水层、砂层以及下伏深层全风化含水层组一起纳入模型参与计算，并将其概化为三维空间上的非均质各向异性水文地质概念模型。为了克服由于边界的不确定性给计算结果带来随意性，定水头边界应远离源、汇项。通过试算，本次计算以整个基坑的东、西、南、北最远边界点为起点，各向外扩展约300m，即实际计算平面尺寸为1000800m2，四周均按定水头边界处理。4.2.2基坑降水数值模拟4.2.2.1 地下水运动数学模型根据上述水文地质概念模型，建立下列与之相适应的三维地下水运动非稳定流数学模型: 式中：； ； ；为储水系数；为给水度；为全风化含水层单元体厚度；为潜水含水层单元体地下水饱和厚度。分别为各向异性主方向渗透系数；为点在时刻的水头值； 为源汇项；为计算域初始水头值；为第一类边界的水头值；为储水率 ；为时间；为计算域；为第一类边界。对整个渗流区进行离散后，采用有限差分法将上述数学模型进行离散，就可得到数值模型，以此为基础编制计算程序，计算、预测降水引起的地下水位的时空分布。4.2.2.2 渗流数值模型建立根据已有的岩土工程勘察报告、水文地质条件、钻孔资料，模拟区平面范围按下述原则确定：以基坑为中心，边界布置在降水井影响半径以外。1、 含水层的结构特征根据研究区的几何形状以及实际地层结构条件，对研究区进行三维剖分。根据研究区工程地质及水文地质特性等信息，水平方向将水文地质概念模型剖分为242行、194列。2、模型参数特征 根据本工程的勘察资料、抽水试验报告及相关工程资料，对模型进行赋值。3、水力特征地下水渗流系统符合质量守恒定律和能量守恒定律；含水层分布广、厚度大，在常温常压下地下水运动符合达西定律；考虑浅、深层之间的流量交换以及渗流特点，地下水运动可概化成空间三维流；地下水系统的垂向运动主要是层间的越流，三维立体结构模型可以很好地解决越流问题；地下水系统的输入、输出随时间、空间变化，参数随空间变化，体现了系统的非均质性，但没有明显的方向性，所以参数概化成水平向各向同性。综上所述，模拟区可概化成非均质水平向各向同性的三维非稳定地下水渗流系统。模拟区水文地质渗流系统通过概化、单元剖分，即可形成为地下水三维非稳定渗流模型。4、源汇项处理方式1) 减压井处理在Visual Modflow2011中，减压降水井可以设置过滤器长度、出水量等参数。2) 边界条件处理在本次基坑降水模拟中，模型边界在降水井影响边界以外。故可将模型边界定义为定水头边界，水位不变。5、本次减压降水三维渗流模型建立假设条件：1）全风化承压含水层的初始水头埋深2.5m；2) 降水井运行时，考虑围护部分隔水效果及群井效应因素，随着降水井运行时间加长，单井涌水量平均510m3/h。4.2.3基坑降水设计计算根据本工程目前资料，基坑部分区域需要对风化层承压水进行降水处理，考虑到基坑内空间有限，同时围护结构对风化层的隔水效果有限，在局部深坑（雨水泵房和工作井）外侧布置降水井，协同坑内一起减压，所以本工程设计考虑坑内坑外协同减压降水。坑内降水井井深30m ，过滤器2029m，降水井孔径600mm，井管及过滤器外径273mm。坑外降水井井深35m ，过滤器2534m，降水井孔径600mm，井管及过滤器外径273mm。本基坑工作井开挖至最深16.0m时，降幅约12.07m。根据本基坑工程围护结构资料、勘察资料等，建立三维渗流数值模型。基坑开挖施工时，支撑附近设置减压降水井，经过计算，开挖到底时，坑内需要布置30m深的降水井7口，深坑区域坑外需要布置35m深的降水井8口，经过计算水位可以满足承压水抗突涌稳定性计算的要求。在基坑施工过程中，由于施工现场工序工种繁多，常常出现对降水井保护不力而致其破坏，无法按预期完成降水目的，在满足“按需降水”计算的基础上，需设置坑内降水应急备用井，其数量约占正常运行降水井的20%左右。坑内减压井的运行依赖于实际的水位变化，水位的实时变化指导开挖施工过程中的降压井运行数量及时间等计划，因此需布置坑内水位观测井。在本基坑中，应急备用井及水位观测井适时共用，布置2口观测井井结构同所在区域的降水井。本基坑工程风化层降水井共计17口井，坑内30m，井数9口（含2口水位观测井），坑外井深35m，井数8口。图 4.2.3-1降水井与止水帷幕三维立体图图 4.2.3-24.2.3-3为基坑开挖过程中，执行“按需降水”，水位埋深等值线图及水位降深等值线图。图4.2.3-2 降水运行后预测基坑水位埋深等值线图（单位：m）图. 4.2.3-3 降水运行后预测基坑水位降深等值线图（单位：m）4.3坑内浅层井布设为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量。坑内浅层井数量按下式确定： n = A / a井式中：n 井数(口)； A 基坑需疏干面积 (m2)； a井 单井有效疏干面积 (m2)；以粘性土、砂土为主的含水层中，本次单井有效疏干面积a井取250m2。浅层井布置原则：1、 本基坑工程中，浅层井井深常规要求超过基坑底部不少于5m。2、 坑内采用土体加固时，疏干井需对其进行避让。3、 基坑开挖超过5m以上考虑布置管井降水（区间KD2+422KD2+750），开挖小于5m区域考虑明排方法。疏干井详细分析如下：基坑区域总面积约6250m2，共布置疏干井25口，井深11.0m22.0m。成孔直径需满足井壁至孔壁间填料厚度不小于150mm，施工时井位根据现场实际情况可进行适当的调整。浅层疏干井，必须给予充分的预抽水时间（不少于20天），根据土方开挖进度，将水位控制在基坑开挖面以下0.51.0m。4.4坑外浅层应急井在围护结构出现漏点而致坑外水大量补给坑内，坑内水位持续上升无法保证基坑开挖安全时，可通过坑外应急备用井抽吸坑外水体，减少补给量。坑外水位持续大幅度的下降，进而引起坑外地面沉降变形过大时，开启回灌井施以回灌措施，人为抬升地下水水位，保持坑外水土平衡状态，减缓沉降变形。兼做该区域的水位观测井，以监测坑内抽水时坑外水位变化情况。综上，在本基坑外侧，共布置水位应急观测井16口，井深与基坑内浅层降水井同结构。应急井的井位可视现场情况做调整。4.5 降水设计工作量本工程基坑降水井信息统计如下表 4.5-1所示。 表 4.5-1基坑降水工作量统计表序号区间井类型井深井数开挖深度(m)围护结构围护结构底1DK2+330DK2+4220-5钢板桩8.02DK2+422DK2+452坑内浅层井2116.0013.73DK2+452DK2+482坑内浅层井2127.00钻孔桩+旋喷桩止水11.9坑外浅层应急井2124DK2+482DK2+512坑内浅层井2137.8013.7坑外浅层应急井2135DK2+512DK2+542坑内浅层井3148.7016.5坑外浅层应急井2146DK2+542DK2+566坑内浅层井2159.3019.0坑外浅层应急井115坑内深层减压井1307DK2+566DK2+582坑内浅层井1169.8022.6坑外浅层应急井1168DK2+582DK2+622坑内浅层井31710.8021.0坑外浅层应急井217坑内深层减压井2309DK2+622DK2+657（雨水泵房）坑内浅层井31811.71519.5坑外浅层应急井218坑内深层减压井130坑外深层减压井23511DK2+657DK2+692坑内浅层井21912.6021.0坑内深层减压井13012DK2+692DK2+726坑内浅层井32013.4022.6坑外浅层应急井220坑内深层减压井130坑外深层减压井23513DK2+726DK2+750（工作井）坑内浅层井22216.0027.0坑外浅层应急井222坑内深层减压井330坑外深层减压井4354.6 地面沉降预测4.6.1地面沉降计算原理运用沉降计算理论与太沙基固结理论进行分析，得到降水引起地面沉降的变化规律。(1) 沉降计算理论土中的有效应力：式中，作用在土中任意面上的总应力（自重应力与附加应力）；有效应力，作用于同一平面的土骨架上，也称粒间应力；孔隙水压力，作用于同一平面的孔隙水上。上式即为饱和土有效应力原理的表达式。抽取地下水引起的土层压缩变形反映在土层孔隙的变化，因而，根据土力学原理，由土层孔隙的变化，可以求得土层的压缩变形量。依土的压缩系数定义式中，负号代表随着有效应力的增量，孔隙比e逐渐减少，下面推导孔隙比e与土层变形的关系。设土体初始高度为S0，变形后高度为S，土层压缩变形，上图表示了土层高度、孔隙比、土粒体积和孔隙体积之间的关系，由于固体颗粒的体积Vs变化很小，通常假定不变，故有：从上式得出： 用代替，有，则 (1)根据定义 式中：土体垂向总应力；孔隙水压力；假定保持不变，则 而依水头的定义假定水体重力密度w保持不变，则 或 (2) 即有效应力的增加量可用水头的减少量来表示。把（2）式代入（1）式有： (3)可见，当水位降深相等时，即不变，土层的压缩变形量与原始厚度、初始孔隙比和土层压缩系数有关。依定义土体的侧限压缩模量，所以土层的压缩变形量，与水位降深、压缩模量和土层的初始厚度有关。若共有N层土层，则总的沉降量为：式中：为经验系数。(2) 太沙基固结理论1925年太沙基建立单项固结基本微分方程，并获得了一定初始条件和边界条件下的解析解。考虑多层土体，厚度H，含土层n层，土层i的厚度，竖向渗透系数，压缩模量均已知，包含单面排水和双面排水两种情况。并从理论上说，给定初始条件和边界条件就可以运用数学方法即可解出定解。Schiffman在1970年曾就恒载作用下多层土体的一维固结问题进行了分析。分层土体的太沙基求解考虑变荷载作用下分层土体的固结微分方程为：方程的求解条件：同时，与均质地基的求解不同，多层地基的求解条件要考虑各个土层层与层交界面的连续性条件：即在分界面上的一点的孔压相对于分界面上下两层土是相同的，流量也是相同的。满足方程一切求解条件的解为：进而，通过求解超越方程等形式将式中有关参数求解，可得变荷载作用下分层土体的固结微分方程的理论解。求得各个点的孔压值后，便可以继续求得各层土的平均固结度：相对于整个分层土体而言，按孔压定义的平均固结度：4.6.2减压降水引起的地面沉降预测由于基坑开挖比较深，降水运行周期相对较长，委托方尚未提供施工进度安排，暂时预估降水持续时间为60天。根据建立的沉降预测模型，本基坑工程降水运行完成后，降水引起的坑外环境地面累积沉降等值线图见下图，基坑外沉降约15mm左右。图 4.6.2-1 开挖降水引起的累积地面沉降预测分布图4.6.3减压降水引起的地面沉降控制措施（1）临近建筑物和地下管线的减压井抽水时间应尽量缩短，按需降水。（2）采用信息化施工，建议对坑内外观测井水位进行实时跟踪监测，发现问题及时调整抽水井数量及抽水流量，进行按需降水。 （3）环境监测资料应及时报送降水项目部，以绘制相关的图表、曲线，调控降水运行程序，确保基坑开挖安全和环境安全。（4）在降水井群施工完成后，应及时进行试运行，详细制定降压降水的运行方案。 （5）在降水运行过程中随开挖深度逐步降低承压水头，根据试运行得到的结果，按开挖深度确定井群的运行。在控制承压水头足以满足基坑稳定性要求的前提下，尽量减小承压水位降深，以减小和控制降水对环境的影响。（6）对各种管线、需要保护的建筑、围护体等，必须由专业监测单位进行监测。（7）基坑施工过程中，如上部止水帷幕发生渗漏或严重渗漏，应及时采取封堵措施，以避免导致基坑外侧浅层潜水位发生较大幅度下降以及由此加剧坑外的地面沉降。（8）成井后及时试抽水，验证围护体对浅层含水层的隔水性，一旦发现坑内抽水后，坑外水位降比较大时，应查找围护结构渗漏点。（9）当坑外观测井内的水位下降超过自然变化的最大值时，应加密监测次数。5 施工组织安排5.1 降水施工组织机构5.1.1施工组织机构根据工程需要，结合我单位实际情况，择优选调有城市轨道施工经验、符合招标人要求的管理和技术人员组成分部，全面负责本标段所有工程的施工组织管理工作。 图5.1-1施工组织机构图5.1.2 各职能部门职责施工技术部负责施工全过程的技术方案制定、技术指导、质量监督检查、质量管理，负责施工测量、监控量测和工程试验工作。安质部负责安全检查、管理、安全技术方案及安全操作规程制订、安全交底、贯彻质量标准。物资设备部负责物质采购、供应、管理和机械设备的管理、维修、保养工作，保证机械设备的正常运转。计合部负责施工图预算、内部承包核算、上级报表、资金管理、成本控制工作。综合办公室负责内部行政管理、外部协调、施工安全管理工作。5.1.3 主要管理人员及管理部门职责项目经理职责：全面履行承包合同，按项目对本工程施工期间的人、财、物进行全面的独立的组织管理。优质、安全、高效的完成合同规定的任务。项目副经理职责：对现场施工各种资源进行合理调配组织，按总体施工布置，组织完成各项施工任务，并负责安全管理和质量管理工作。在项目经理因事短时离开工地时，受项目经理委托代行经理职责。总工程师职责：在本工程施工中全面负责实施性施