【【降水方案】地下二层岛式站台车站基坑工程降水初步施工方案】

1、【降水方案】地下二层岛式站台车站基坑工程降水初步施工方案】目录 1 前言. . .1 1 1.1基坑概况 . 1 1.2环境概况 . 2 1.3基坑工程等级 . 2 2 工程地质和水文地质. .3 3 3 降水设计依据与目的. .7 7 3.1降水设计依据 . 7 3.2降水目的 . 7 4 基坑降水风险分析. .9 9 4.1疏干降水风险分析 . 9 4.2减压降水风险分析 . 9 5 基坑降水设计. .14 5.1 设计原则 . 14 5.2 降水设计方案拟定 . 14 6 三维非稳定地下水渗流数值分析. .18 6.1含水层分布及水力特征 . 18 6.2三维非稳定地下水渗流模型的建立

2、. 18 6.3减压井数量计算 . 22 6.4 减压降水设计小结 . 23 6.5降水井工作量统计 . 25 7 7 专项降水验证试验要求. .27 8 8 基坑降水对周边环境沉降分析. .29 8.1 降压诱发沉降计算原理 . 29 8.2 降压诱发沉降预估 . 29 8.3 减压降水引起的地面沉降控制措施 . 30 9 9 、管井构造与成井技 术要求. .32 1 9.1 管井构造 . 32 2 9.2 成井技术要求 . 32 10 、管井构造与成井技术要求. .33 1 10.1 管井构造 . 33 2 10.2 成井技术要求 . 33 11 、成井施工工艺. .34 1 11.1 工

3、艺流程 . 34 2 11.2 前期准备工作 . 35 11. 3 3 成井施工 . 35 1 14 1.4 特殊过程质量控制要求 . 37 12降水运行管理. .38 12.1 基坑降水运行管理 . 38 2 12.2 常规管理要求 . 40 13 基坑工程承压水事故案例、风险源辨识与控制 和应急预案.41 13.1引言 . 41 13.2承压水危害的表现形式和相关案例 . 41 13.3.基坑工程承压水风险源辨识 . 43 13.4基坑工程承压水风险技术控制措施 . 44 13.5应急预案 . 47 14 、封井要求. .49 14.1 封井原则 . 49 14.2 坑内降压井封井方案 .

4、 49 15 、施工现场组织. .54 1 15.1 项目经理部组成及职责 . 54 2 15.2 作业人员组成及职责 . 56 16 、施工进度计划及工期保证措施. .57 1 16.1 施工进度计划 . 57 2 16.2 工期保证措施 . 57 17 、施工机械配备. .60 18 、附图. .60 基坑工程降水方案 1 1 前言1.1 1基坑概况金港路站位于金湘路与金港路间的的锦绣东路下方，沿锦绣东路东西向布置，为地下二层岛式站台车站，车站中心里程 SK35+872.146，主体规模 338m×19.14m（内径），站台中心处顶板覆土约 2.95m，底板埋深约 16

5、.39m，站中心轨面标高为-10.550m。标准段基坑深度约 16.39m，两侧端头井坑深约为 17.6218.30m。1 号出入口位于车站东北侧，基坑深度约 9.46m，2 号出入口与 2 号风亭合建，位于车站东南侧，基坑深度约 9.6m，3号出入口位于车站南侧，基坑深度约 9.5m，4 号出入口位于车站北侧，基坑深度约 9.46m。车站基坑工程性质如表 1-1 所示。表 表 1 1- -1 1基坑 工程性质表工程部位基底标高（m m ）开挖深度（m m ）墙趾标高（m m ）止水帷幕深度（m m ）西端头井（11/1 轴）-13.541 17.821 -27.720 32.000 标准段（

6、1/12 轴）-11.773-11.624 16.05315.904 -25.720 30.000 西端头井（24 轴）-13.624 17.904 -27.720 32.000 标准段（421轴）-11.855-12.446 16.13516.726 -25.720 30.000 标准段（2136 轴）-12.446-12.385 16.726 -25.720 30.000 东端头井（3638 轴）-14.217 18.497 -28.720 33.000 1 号出入口 -5.32 （落深坑-8.47）9.46 （落深坑12.61）-5.860-17.860 10.00022.000 2 号

7、出入口及风亭 -5.42 （落深坑-8.67）9.62 (落深坑12.87) -13.240-16.570 17.44020.770 3 号出入口 -5.30 （落深坑-8.30）9.50 (落深坑 12.5) -5.800-16.800 10.00020.000 4 号出入口 -5.40 （落深坑-8.55）9.46 (落深坑12.61) -5.940-17.940 10.00020.000 1 号风亭 -5.40 （落深坑-7.00）9.54 (落深坑-15.800-18.800 10.00023.000 基坑工程降水方案 2 11.14) 说明：主体基坑自然地面设计标高为 +4.280m

8、 。1.2 2环境概况拟建车站主要位于锦绣东路地下，该路之下现已敷设有各种市政管线。该车站北侧分布着两座厂区，其中，西北角厂区为已建成投产的上海联合包装装潢有限公司，东北角厂房为在建项目，隶属于超高速包装机组专项数字化工厂；拟建场地东侧附近已建金港路；场地南面紧邻架空高压线走廊，其下现为空地，局部长有植被；场地西侧则靠近已建金湘路路口。总体而言，周边环境复杂。本车站建设时应重视周边环境条件，主要为：北侧 1 号出入口紧邻超高速包装机组专项数字化工厂在建厂房，4 号出入口距离上海联合包装装潢有限公司厂房最近处约22.0m；主体结构南边线紧邻架空高压线走廊，两者最近处约为 14.0m，拟建 2 号

9、、3 号出入口及 1 号、2 号风井则处于高压线走廊之下；拟建车站东侧端头井距离金港路30.035.0m 左右，西侧端头井距离金湘路 40m 左右。另外，拟建 1 号风井南侧约为 8.0m开外分布有水塘，其宽度约为 11.0m。拟建场地周边环境图见下图1-1。图1 1- - 1车站周边环境图1.3 3基坑工程等级1.3 3 .1 基坑工程安全等级本工程开挖深度 15.9m18.6m，根据上海市基坑工程技术规范，基坑工程安全等级可划分为：一级。基坑工程降水方案 3 1.3 3 .2 基坑工程环境保护等级基坑主体 环境保护等级为二级。即基坑开挖期间，地面最大沉降量≤0.2%H，围护结

10、构最大水平位移≤0.3%H，H 为基坑开挖深度。2 2工程地质 和水文地质1、地层分布情况 经本次勘察揭露，在深度55.45m范围内地基土属第四纪晚更新世及全新世沉积物，主要由粘性土、粉性土和砂土组成，分布较稳定，一般具有成层分布的特点。按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异，根据上海市工程建设规范岩土工程勘查规范（DGJ08-37-2012）相关条款，可划分7个主要土层，其中第层可划分2个亚层，第1层及第1层可细分为2个次亚层，第层中含有夹层，第1-1层下不局部分布透镜体状粉土层第1t层。拟建场地地基土分布自上而下详述如下：第1-1 层杂色杂填土，局部地面为砼地坪，砼厚约

11、为 310cm，道路区域为柏油路面，其下一般为碎石路基，局部夹煤渣，局部夹少量粘性土。第1-2 层杂色素填土，以粘性土为主，偶含碎石，植物根茎等杂物，局部夹有机质。第层褐黄色灰黄色粉质粘土，层顶埋深约 1.002.70m，层厚 0.501.80m，静力触探 Ps 平均值约为 0.66MPa，含氧化铁斑点及铁锰质结核，土自上至下逐渐变软，可塑软塑状态，中等高等压缩性。该层在填土较厚区段缺失，分布不连续。第层灰色淤泥质粉质粘土，层顶埋深约为 2.203.60m，层厚 3.707.40m，静力触探 Ps 平均值约 0.59MPa，含云母，有机质条纹，夹薄层粉性土，呈流塑状，高等压缩性。场地内遍布。该

12、层中部局部以粉性土为主，故划分出j 层。第层灰色淤泥质粘土，层顶埋深约 9.0010.00m，层厚 8.29.3m，静力触探 Ps平均值约 0.67MPa，含云母、有机质，局部下部夹贝壳碎屑，土质相对均匀，呈流塑状态，高等压缩性，场地内遍布。第1-1 层灰色粘土，层顶埋深约 18.0018.60m，厚度 4.66.5m，静力触探 Ps 平均值约 0.98MPa，含云母、有机质及贝壳碎屑，随深度增加土性逐渐趋好，局部底部渐变为粉质粘土，呈流塑软塑状态。场地内遍布。第1t 层灰色灰绿色粘质粉土夹粉质粘土，层顶埋深约 23.6024.00m，层厚基坑工程降水方案 4 2.43.2m，静力触探 Ps

13、平均值约 2.96MPa，含云母，土质不均，稍密状态，中等压缩性。仅分布于场地东北角勘探孔 S29XJ6、S29XZ7 及 S29XJ8 部位。第层暗绿草黄色粉质粘土，层顶埋深约 22.8026.90m，层厚 1.65.3m，静力触探 Ps 平均值约为 2.23MPa，含氧化铁斑点，局部层底附近夹少量粉性土，呈可塑硬塑状态，中等压缩性。场地内遍布。第1-1 层粘质粉土，层顶埋深约 27.0029.30m，层厚 1.34.2m，静力触探 Ps 平均值约 6.43MPa，含云母，局部夹砂质粉土及粉质粘土，中密状态，中等压缩性。场地内遍布。第1-2 层粉砂，层顶埋深约 28.9032.70m，层厚

14、8.314.8m，静力触探 Ps 平均值约 11.89MPa，含云母，颗粒成分以长石、石英为主，局部夹粉性土及少量细砂，中密密实状态，中等压缩性。场地内遍布。第2 层粉砂，层顶埋深约 40.4043.80m，静力触探 Ps 平均值约 17.03Mpa，含云母，颗粒成分以长石、石英为主，局部夹少量细沙，密实状态，中等压缩性。场地内遍布，本次在勘查深度 55.45m 内未钻穿该层。2、（微）承压含水层分布情况 本工程中，潜水含水层地下水水位埋深 0.31.5m，微承压水主要赋存于1t 层，该含水层水位埋深一般在 35m，承压水主要赋存于层中，该含水层水位埋深一般在315m，本次勘查监测该层水位埋深

15、 5.98m。(1)潜水 潜水分布于浅部土层中，补给来源主要有大气降水入渗及地表水径流侧向补给，其 排泄方式以蒸发消耗为主，上海地区浅部土层中的潜水位埋深，一般离地表面 0.31.5m，年平均地下水水位埋深离地表面 0.50.7m。由于潜水与大气降水和地表水的关系十分密切，故水位呈季节性波动。勘察期间测得的地下水静止水位埋深一般为 0.951.70m，绝对标高为 3. 622.73m,平均静止水位标高为 3.11m。（2)微承压水 微承压水赋存在第1t 层粘质粉土夹粉质粘土中，该层呈透镜体状分布，仅存在于拟建场地东北角地段，分布范围较小，厚度相对较薄。根据上海地区工程经验，该类透镜体状微承压水

16、位埋深一般在 35m,低于潜水水位，并呈周期性变化。（3)承压水 基坑工程降水方案 5 对本工程有影响的承压水分布于第层粉性土、砂土层中，根据上海地区的区域资料，承压水埋深一般在 312m，低于潜水水位，并呈周期性变化。本次勘察期间布罝了 1 个承压水水位埋深观测孔，测量得第层承压水的水位埋深为 5.98m （相应标高约-1.45m），勘察期间承压水水位观测曲线详见图 2-1。图2-1 S29XG1承压水位观测水位 根据勘察资料和围护设计资料，本工程场地土层和含水层典型分布情况如图1-5和1-6所示。 基坑工程降水方案 6 图 2-1基坑北侧典型地质纵剖面图图 2-2基坑南侧典型地质纵剖面图

17、综上所述，本工程场地土层地质特点是基坑浅层分布有较厚的 、 层 淤泥质 粘性土（中间为 夹 ）粘质粉土层），该两 层土属高压缩性、高含水量、流变的软土，物理力学； 性质相对较差； 坑底位于 1 1- -1 1 层粘土中；基坑 深层 t 1t 粘质粉土夹粉质粘土层 分布不均 ，仅在基坑东北角有出露 ； 1 1- -1 1 粘质粉土夹粉质粘土弱含水层水压大而渗透性小，降水难度大，下部为深厚的 1 1- -2 2 粉砂层、2 2 粉砂 层， 水文地质条件复杂。基坑工程降水方案 7 3 降水设计依据与目的3.1 1降水 设计依据（1）基坑工程技术规范DG/TJ08-61-2010 （2）建筑地基基础设

18、计规范GB50007-2011 （3）岩土工程勘察规范DGJ08-37-2012 （4）建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012 （5）建筑与市政降水工程技术规范JGJ/T111-98 （6）建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2013 （7）市政地下工程施工质量验收规范DG/TJ08-236-2013 （8）建筑基坑工程监测技术规范GB50497-2009 （9）供水水文地质手册 （10）上海轨道交通 14 号线工程详勘 7 标金港路站岩土工程勘察报告（详勘）上海岩土工程勘察设计研究院有限公司（XX.02）（11）基坑围护设计图纸（XX.04）上海市隧道工程轨道交通设计研究院 3.

19、2 2降水目的（1）防止基坑内部纵坡坡面和坑底的渗水，保持坑底干燥，便利施工。（2）增加内部边坡和坑底的稳定性，防止边坡上或坑底的土层颗粒流失。基坑开挖至地下水位以下时，周围地下水会向坑内渗流，从而产生渗透力，对边坡和基底稳定产生不利影响。此时采用井点降水的方法，可以把基坑周围的地下水位降至开挖面以下，不仅能保持坑底干燥、便利施工，而且消除了渗透力的影响，防止流砂产生，从而增加了边坡和基底的稳定性。（3）减少土体含水量，有效提高物理力学性能指标，可增加被动区土抗力，从而提高支护体系的稳定性，减少支护体系的变形。（4）提高土体固结程度，增加地基土抗剪强度。降低地下水位，减少土体含水率从而提高土体

20、固结程度，减少土中孔隙水压力，增加土中有效应力，相应的土体抗剪强基坑工程降水方案 8 度也可得到增长。因此，降低地下水位亦是一种有效的地基加固方法。（5）降低下部承压含水层承压水水位，减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止基坑底部突涌的发生，确保施工时基坑的抗突涌稳定性。基坑工程降水方案 9 4 4基坑降水风险分析本场地地下连续墙深入至 1-1 层，坑内主要承压含水层为 1t 微承压含水层、 1-2层粉砂层。主体基坑地下连续墙将 1t 层完全隔断，在此种情况下，基坑降水风险主要表现在止水帷幕存在缺陷的情况下，坑内潜水含水层及微承压含水层降水对坑外含水层的影响。主体基坑地下连续墙未深入 1-2 层

21、、 2 层，在此种情况下，基坑降水风险主要表现在层承压含水层降水造成的坑外地下水位下降，从而引发基坑周围土体沉降、周边建（构）筑物变形的风险。4 4 .1 疏干降水风险分析本工程主要软弱土层为第层灰色淤泥质粉质粘土、第层灰色淤泥质粘土和第1-1 层灰色粘土，其中淤泥质土层含水量高、孔隙比大，土质软弱，高压缩性，具有高灵敏度、低强度的特点。若不采取措施降低土层含水量，将造成开挖面软弱、积水等不良现象，影响开挖面上的施工，较大的含水量也使得土体自立性差，影响开挖效率。4 4 .2 减压降水风险分析坑底下有承压水存在，开挖基坑减小了含水层上覆不透水层的厚度，当它减少到一定程度时，承压水的水头压力能顶

22、裂或冲破基坑底板，造成突涌。突涌的表现形式为：（1）基底顶裂，出现网状或树状裂缝，地下水从裂缝中涌出，并带出下部的土颗粒。（2）基坑底发生流砂现象，从而造成边坡失稳和整个地基悬浮流动。（3）基底发生类似于沸腾的喷水现象，使基坑积水，地基土扰动。因此，需要通过管井的减压降水来降低水压力，降低基坑工程施工风险。但基坑内减压降水产生附加应力，土层压缩固结导致地面沉降，从而引发周边环境问题。故减压降水一方面需要保证基坑的安全，另一方面，还必须密切关注周边环境的安全。4 4 .2.1基底抗突涌验算根据上海市工程建设标准基坑工程技术规范(DG/TJ08-61-2010)关于基坑抗承基坑工程降水方案 10

23、压水稳定性验算的相关规定，基坑开挖面以下存在承压含水层且其上部存在不透水层时，应按下列公式验算开挖过程中此不透水层的抗承压水稳定性。å£i IRYwk sh p ggg1 图 图 4 4- - 1基底抗突涌稳定验算简图式中，γ s ;承压水作用分项系数，取 1.0； Pwk;承压含水层顶部的水压力标准值（kPa）； γ i ;承压含水层顶面至基坑底间各土层的重度（kN/m3 ）； h i ;承压含水层顶面至坑底间各土层的厚度（m）； RYg;抗承压水分项系数，取 1.10 进行计算； 根据详细勘察报告，第1t 粘质粉土夹粉质粘土层为微

24、承压含水层，该含水层水位埋深约 3.0m；第1-1 粘质粉土层、第1-2 粉砂层、第2 粉砂层为承压含水层，且含水层相互联通，可看作同一含水层，该含水层水位埋深约 5.98m，其中1t 层呈透镜体状分布，仅在拟建场地东北角出现。1、对于第1t 粘质粉土层基坑底板抗承压水突涌稳定性计算 主体基坑开挖接近1t 层，直接降低水位至坑底以下；在附属基坑中，1 号出入口下部出现有1t 层，在此需考虑1t 层对 1 号出入口基坑底板的抗突涌稳定性问题，1t 微承压含水层静水位埋深取 3.0m，水位即标高 1.28。后期正式降水需经实测水位基坑工程降水方案 11 验证计算。其结果见表 4-1。表 表 4 4

25、- - 1对于第 t 1t 层基坑底板抗承压水突涌稳定性计算表工程部位 参考钻孔 含水层顶标高（m）坑底标高(m) 承压水顶托力(kPa) 上覆土压力(kPa) 水位降深（m）控制水位埋深（m）1号出入口 普通开挖 S29XJ6 -19.30 -5.32 226.93 236.08 0 ; 落深坑 S29XJ6 -19.30 -8.47 226.93 183.78 3.93 6.93 注：本工程地面绝对标高+4.28m。当承压水水位埋深取 3.0m （标高 +1.28m ）时， 计算得本工程在1 1 号出入口基坑开挖至标高- - 5.871m 时需要开始进行减压降水。根据详勘资料，1 1 号出

26、入口附属基坑不需要降压，但落深坑开挖超过临界开挖标高，需考虑降压。2、对于第层基坑底板抗承压水突涌稳定性计算 基坑主体下部层顶板在本基坑内有起伏，在两侧端头井高程相差近1m，因此对承压含水层抗突涌稳定性进行分段分析，分为西端头井段（11/1轴）、标准段（1/12轴）、西端头井段（24轴）、标准段（433轴）、标准段（3336轴）、东侧端头井段（3638轴）和各附属基坑，选取各段最不利钻孔作为计算参考值。根据详勘报告，第承压含水层水位埋深5.98m，即水位标高-1.70m。第层基坑底板抗承压水突涌稳定性详见表4-2。表4 4- -2 2对于第 层基坑底板抗承压水突涌稳定性计算表 工程部位 参考钻

27、孔 含水层顶标高（m）底面标高(m) 承压水顶托力(kPa) 上覆土压力(kPa) 水位降深（m）控制水位埋深（m）西端头井（11/1轴）S29XJ1 -23.52 -13.541 240.02 180.71 5.40 11.38 标准段（1/12轴）S29XJ1 -23.52 -11.773-11.624 240.02 210.77212.53 2.502.66 8.648.48 西端头井（24 轴）S29XJ9 -23.07 -13.624 235.07 169.46 5.97 11.95 标准段 （421 轴）S29XJ11 -22.84 -11.855-12.232.54 187.78

28、196.99 3.244.13 9.2210.11 基坑工程降水方案 12 446 标准段（2136轴）S29XJ15 -23.66 -12.446-12.385 241.56 201.57202.58 3.643.55 9.629.53 东端头井（3638轴）S29XJ8 -24.46 -14.217 250.36 180.11 6.39 12.37 1 号出入口 普通开挖 S29XJ6 -24.15 -5.32 246.95 320.34 0 ; 落深坑 S29XJ6 -24.15 -8.47 246.95 272.53 0 ; 2 号出入口及风亭 普通开挖 S29XJ16 -24.21

29、-5.42 247.61 328.11 0 ; 落深坑 S29XJ16 -24.21 -8.67 247.61 274.16 0 ; 3 号出入口 普通开挖 S29XZ11 -24.13 -5.30 246.13 327.21 0 ; 落深坑 S29XZ11 -24.13 -8.30 246.13 277.41 0 ; 4 号出入口 普通开挖 S29XJ3 -23.54 -5.40 240.24 313.24 0 ; 落深坑 S29XJ3 -23.54 -8.55 240.24 260.95 0 ; 1 号风亭 普通开挖 S29XJ11 -22.84 -5.40 232.54 304.14 0

30、 ; 落深坑 S29XJ11 -22.84 -7.00 232.54 277.59 0 ; 当承压水水位埋深取5.98m m （标高-1.70m m ）时，经计算，本工程主体基坑开挖超过承压含水 层 临界开挖深度，主体基坑需考虑降压；附属结构开挖未超过 层 临界开挖深度，附属结构不需要考虑降低承压含水 层 水位。主体结构基坑标准段需降低承压含水 层 24m ，端头井需降低 56m 。基坑工程降水方案 13 4 4 .2.2 周边环境风险分析随着坑外地下水位的降低，地基中原水位以下土体的有效自重应力增加，导致地基土体固结，进而造成降水影响范围内的地面和建构)筑物产生不均匀沉降、倾斜、开裂等现象，

31、严重时可能危及其安全和正常使用。本基坑工程环境极为复杂，因此有必要采取相应的技术措施来消除基坑降水对周围环境的影响。本基坑采取局部敞开式帷幕降水，对坑外环境造成一定降深和变形影响，应根据周边环境的变形控制标准以及水勘预测沉降影响成果合理制定地下水控制措施，实现基坑和环境的双安全。基坑工程降水方案 14 5 5基坑降水 设计5 5 .1设计原则针对本工程基坑开挖深度较大、地层结构和降深要求不一、层敞开式降水（ 1t层位于基坑东北角，止水帷幕隔断 1t 层）、上下含水层渗透性和出水量差异大等特点，综合确定以下设计原则：1） 1-1 粘质粉土夹粉质粘土渗透性和出水量较小，滤管应进入下伏 1-2 砂质

32、粉土，以保证单井出水量和降深要求；结合止水帷幕深度，以坑外减压降水为主； 2）备用井的数量应满足规范 20%的要求，并应在降深薄弱处（本工程主要为端头井及标准段落深坑区域）设置观测兼备用井； 3）根据三维模型预测所获得的坑外降深，进行沉降估算； 4）运营过程中，应贯彻执行按需降水； 5 5 .2降水设计方案拟定根据本工程围护结构设计资料、工程地质条件与水文地质条件分析，在本工程施工过程中，既需要对浅部基坑开挖范围内的潜水含水层进行疏干降水，亦需对深部承压含水层进行减压降水，以保障基坑的安全开挖。浅部疏干降水采用钢制真空疏干井，疏干降水须保证在基坑开挖及地下结构施工期间施工作业面的干燥。由于基坑

33、开挖已接近场地巨厚承压含水层组，且止水帷幕无法隔断基坑内外的水力联系，故减压降水直接关系到整个基坑的安全。5 5 .2.1 疏干降水设计方案依据基坑工程技术规范(DG/TJ08-61-2010)对于真空疏干降水管井的技术要求，在粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粘质粉土中，单井有效面积按常规取 200m2 ，孔径不宜小于 600mm。共布设疏干降水井 35 口。疏干井深入层层底，故标准段东北部疏干井井深 27m，标准段内其余疏干井井深 22m，西端头井内疏干井井深 24m，东端头井内疏干井井深 27m。由于疏干降水土层的渗透系数较小（多小于 1.0×10-5 cm/s），疏干降水运

34、行期基坑工程降水方案 15 间随基坑开挖割除暴露与基坑开挖面上部的井管，对于疏干井水位的观测可根据地基基础设计规范（DGJ08-11-2010）采取利用坑内降水井停抽一段时间后测读水位的方法，一般取停抽 24 小时后的恢复水位为场地潜水水位。针对本工程，由于地下连续墙对潜水含水层均进行止水，下覆层粉质粘土为上海地区较好的隔水层，潜水含水层基坑内外水力联系已被隔断，在止水帷幕不存在缺陷的条件下，潜水含水层的疏干降水对坑外环境几无影响。5 5 .2.2 减压降水设计方案5 5 .2.2.1 降水渗流模型及依据根据止水帷幕与含水层的空间位置关系，可将基坑渗流模型分为 3 大类。第一类为帷幕深入并揭穿

35、含水层顶板、将含水层完全隔断；第二类为帷幕未进入含水层；第三类为帷幕进入含水层但未揭穿。三种渗流模型的概念图如图 5-15-3 所示。图 图 5 5- - 1 类基坑渗流模型（封闭式降水）图 图 5 5- - 2 类基坑渗流模型（敞开式降水）基坑工程降水方案 16 图 图 5 5- - 3 类基坑渗流模型（悬挂式降水）针对本工程，下覆承压含水层厚度超过 20m，止水帷幕除基坑中部北侧进入含水层一定深度外，其余区段均未进入含水层，属第二类渗流模型（敞开式降水）。5 5 .2.2.2 2降 压 井 类型 设计本基坑工程主要涉及到 1t 层微承压含水层和层承压含水层，由于其分布极不均匀，需分区分段进

36、行抗突涌计算。原则上对于不同的承压含水层应单独布设减压井进行减压降水。对于 1t 层分布区域，根据分层抗突涌计算结果： 1t 层分布在基坑的东北侧，且主体基坑开挖接近揭露 1t 层，因此主体基坑采用直接疏干的方式进行降水；层在西端头井处需降压为 5.405.97m，标准段 1/12 轴需降压 2.502.66m，标准段 433 轴需降压 3.244.13m，标准段 3336 轴需降压 3.643.55m，东西端头井需降压 6.39m。针对层单独布设降压井进行减压降水。5 5 .2.2.3 3降水井深度设计降水井深度愈浅，坑外承压水的绕流路径越长，则对坑外环境的影响越小。故此，减压降水井的深度设

37、计亦是确保环境安全的关键因素。降压井的深度一方面需考虑井内外的水头损失（即井损），另外一方面，需考虑到抽水至观测井之间的水力梯度漏斗可达到安全水位。本工程基坑普遍开挖深度 16.618.5m（局部落深更大），端头井控制层水位埋深为 11.3812.37m，初步确定西侧端头井内的降压井井深 38m，东侧端头井内降压井深度为 40m。标准段控制水位埋深 8.4810.11m，初步控制井深 40m。图 图 5 5- - 4降水井井损示意图基坑工程降水方案 17 5 5 .2.2. 4 降水井数量计算基坑降水是一个典型的地下水向井的三维渗流问题，实际的基坑降水问题属于典型的定降深变流量问题，但由于地下

38、水动力学中还没有简明的非稳定流条件下的干扰井群变流量井流计算方法，现行的井点降水设计，主要采用干扰井群定流量稳定井流公式，显然不能反映基坑实际渗流场随时间的变化情况。另外，在应用解析法需要对场地的地质条件进行概化，当地质条件过于复杂时，这种概化可能引起失真，例如，基坑降水影响范围内的含水层由多层渗透性差异较大的土层所组成时，解析法通常需要采用综合渗透系数来描述其宏观特征，但这样就忽视了真实水流的运动规律，计算结果可能有较大误差，而且解析法难以处理计算边界不规则或者边界条件比较复杂的情况。井结构与井数确定详见下文数值模拟计算。5. 2.3 3附属结构降水设计本工程附属结构开挖深度1112m，经计

39、算，1号出入口附属基坑需针对 1t 层进行减压降水，其余基坑下部为出露 1t 层，1号出入口附属基坑内落深坑控制 1t 层水位埋深为6.93m，根据地层分布情况初步确定降压井深度为29m；其余附属基坑均不需要减压降水。附属基坑按常规布设浅部疏干井。基坑工程降水方案 18 6 6三维非稳定地下水渗流数值分析6 6 .1 含水层分布及水力特征为进行全面的基坑降水渗流分析及制定合理的基坑降水技术方案，需建立关于本基坑工程降水的水文地质物理模型及数值分析模型，在此基础上进行基坑降水渗流分析与设计计算，以检验井结构设计的合理性与降深的效果好坏来综合确定井的深度与井的数量，同时预测基坑降水对周边地下水的渗

40、流影响。6 6 .2 三维非稳定地下水渗流模型的建立6. 2.1 三维非稳定地下水渗流数学模型地下水流和土体是由固体、液体、气体三相体组成的空间三维系统，土体可以模型化为多孔介质。因此求解地下水问题就可以简化为求解地下水在多孔介质中流动的问题，可以用下述地下水渗流连续性方程及其定解条件来描述地下水的三维非稳定渗流规律。水文地质参数参考详勘报告。根据与本场地相适应的水文地质条件，可建立下列与之相适应的地下水三维非稳定渗流数学模型: ïïïîïïïíìG Î =W Î =W Î&

41、#182;¶= - ÷øöçè涶¶¶+÷÷øöççè涶¶¶+ ÷øöçè涶¶¶G=1 100) , , .( . . . . ). , , , ( ) , , , () , , .( . . . . ). , , ( ) , , , () , , .( .1

42、z y x t z y x h t z y x hz y x z y x h t z y x hz y xthTEWzhkz yhky xhkxtzz yy xx式中：îíì=潜水含水层承压含水层ySSE ；ïîïíì=潜水含水层承压含水层BMT ；MSS s =； S 为储水系数；yS 为给水度； M 为承压含水层单元体厚度 ( ) m ； 基坑工程降水方案 19 B 为潜水含水层单元体地下水饱和厚度 ( ) m 。z z yy xxk k k , , 分别为各向异性主方向渗透系数 ( ) d m/ ； h 为点

43、 ）（ z y x , , 在 t 时刻的水头值 ( ) m ；W 为源汇项 ( ) d / 1 ；0h 为计算域初始水头值 ( ) m ； 1h 为第一类边界的水头值 ( ) m ； sS 为储水率 ( ) m / 1 ； t 为时间 ( ) d ； W 为计算域； 1G 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，应用 Visual Modflow 软件建立地下水三维渗流模型，计算、预测抽水引起的地下水位的时空分布。6 6 .2.2 三维非稳定地下水渗流数值模型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

44、下述原则确定：以试验区为中心，边界布置在抽水井影响半径以外。本次建模范围约为1200m×870m（考虑后期基坑降水模拟），从上到下分为浅部粘性土层、层粘土隔水层层、层承压含水层 3 个大层，其中含水层中考虑到滤管位置又细分成多层。（1）含水层的结构特征及网格剖分 本次数值模拟计算采用含水层三维模型，其剖分情况见图 7-17-3。基坑工程降水方案 20图 图 6 6- - 1 数值模型 三维立体 图图 图 6 6- -2 2数值模型平面剖分图基坑工程降水方案 21 图 图 6 6- -3 3数值模型垂向剖分图（2）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

45、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。（3）模拟期及应力期确定 数值模拟的模拟期和相应计算周期示试验不同而设定不同值，在每个计算周期中，所有外部源汇项的强度保持

46、不变。（4）源汇项处理方式 试验井处理 在Visual Modflow中，抽水井可以设置过滤器长度、出水量等参数，与实际数据具有很强对比性。 边界条件处理 模型边界定义为定水头边界，水位不变。帷幕与降压井深关系如图 6-4 和 6-5 所示。基坑工程降水方案 22 图 图 6 6- -4 4含水层深度帷幕平面示意图图 图 6 6- -5 5滤管与帷幕深度关系图（横剖面）6 6 .3 减压井数量计算根据上述水文地质数值模拟计算结果，基坑不同部位减压降水情况如下：层减压降水 根据减压设计思路，由于主体基坑止水帷幕进入层但未隔断，层降水属于敞开减压降水，主体基坑采用坑外结合坑内降压的方式布井。针对西

47、端头井，层承压含水层水位降深不少于 6m，标准段水位降深不低于 4m，东端头井水位降深不低于 6.5m。经过模型计算，共需布置 13 口降压井对承压含水层降水减压，各段降水模拟结果见图6-6。基坑工程降水方案 23图 图 6 6- - 6 金港路站承压井模型计算地下水降深云图 （ 单位：m m ）根据上述模型计算，西端头井内水位降深 6.07.0m，标准段水位降深 4.05.0m，东端头井降水减压时，东端头井内水位降深 7.08.0m，满足水位降深要求，此时基坑北部上海烟草机械有限公司和上海烟草机械有限公司最大降深约为 4.5m，基坑南侧220V 高压电线杆下水位降深 5.0m。4 6.4 减

48、压降水设计小结上文根据地层分布情况分区段进行了承压水抗突涌计算，并经过数值模拟计算对井结构和井数量进行了验算，同时考虑在基坑内布设一定量的备用兼观测井，以观测坑内承压含水层水位，必要时应急开启以降低承压水层水位。减压降水设计结果详见表 6-1和 6-2。基坑工程降水方案 24 表 6-1层承压水减压降水设计汇总表 工程部位 参考钻孔 含水层层顶标高（m）底面标高(m) 承压水顶托力(kPa) 上覆土压力(kPa) 水位降深值（m）控制水位埋深（m）设计井深/滤管位置（m）井号 西端头井 （11/1 轴）S29XJ1 -23.52 -13.541 240.02 180.71 5.40 11.38 38/ (3037）Y01 标准段 （1/12 轴）S29XJ1 -23.52 -11.773-11.624 240.02 210.77212.53 2.502.66 8.648.48 40/ (3139) Y03 西端头井 （24 轴）S29XJ9 -23.07 -13.624 235.07 16