一、前言
城市地下空間的開發(fā)利用，已經(jīng)成為世界性的發(fā)展趨勢(shì)，并以此作為衡量城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。在政府最新的“十三五”規(guī)劃中，建設(shè)城市地下管廊、管網(wǎng)已經(jīng)被確定為要實(shí)施的100個(gè)重大項(xiàng)目之一。在未來十幾年內(nèi)，北京淺層地下空間將得到充分發(fā)揮，并向深層地下空間發(fā)展，北京地區(qū)已經(jīng)迎來了地下空間建設(shè)的高潮。其中，地鐵建設(shè)、深基坑開挖，將是主要的利用深層地下空間的方式，是城市地下空間開發(fā)的重點(diǎn)。這些項(xiàng)目實(shí)施過程中，將會(huì)遇到淺層開挖很少遇到的承壓水問題。對(duì)承壓水考慮不當(dāng)，將導(dǎo)致工程無法順利實(shí)施，或者造成嚴(yán)重的工程事故。
對(duì)地下水的控制處理，主要為兩大思路，一個(gè)是“降”，包括降低水位，降低水頭壓力；第二個(gè)為“堵”，即采用帷幕的方式將承壓水封擋在開挖范圍之外。
本文通過北京CBD核心區(qū)地下水控制施工實(shí)例，將以上兩種方式的綜合運(yùn)用進(jìn)行匯總。
二、CBD核心區(qū)概況
北京CBD核心區(qū)建設(shè)用地范圍 北京CBD核心區(qū)位于國(guó)貿(mào)立交橋東北角，北至光華路，東至針織路，南至建國(guó)路綠化帶，西至東三環(huán)輔路。南北向長(zhǎng)度600m，東西向長(zhǎng)度500m，占地面積30公頃。
核心區(qū)規(guī)劃建筑面積約為150萬平方米，建成后將成為集寫字樓、酒店、會(huì)展中心、文化娛樂等設(shè)施為一體的高檔商務(wù)區(qū)。
建設(shè)用地主要包含地下市政公共空間及17個(gè)二級(jí)開發(fā)地塊組成。其中被譽(yù)為北京第一高樓的“中國(guó)尊”，總高度528m，位于整個(gè)建筑群的中軸線上，基坑深度37.8m，為北京第一深基坑。
地下市政公共空間由5個(gè)管廊及地下空間主體組成，其中管廊埋深19m，主體部分埋深27m。 其余17個(gè)二級(jí)地塊基坑深度25m ～ 38m不等 。
擬建場(chǎng)區(qū)工程及水文地質(zhì)情況 對(duì)本項(xiàng)目基坑開挖有影響的地下水主要為潛水和承壓水①和承壓水②，潛水和承壓水①直接影響基坑開挖，承壓水②將導(dǎo)致中國(guó)尊的基底發(fā)生突涌現(xiàn)象。
三、承壓水控制設(shè)計(jì)方案
1、地下公共空間地下水控制設(shè)計(jì)
整個(gè)CBD核心區(qū)的建設(shè)進(jìn)度總布局是先施工地下公共空間及管廊部分，后開發(fā)各二級(jí)地塊，地下空間及管廊部分結(jié)構(gòu)竣工后將為各二級(jí)地塊提供交通通道及臨時(shí)材料堆場(chǎng)，為二級(jí)地塊開發(fā)服務(wù)。
地下管廊基底最大埋深為19m，占地面積21600㎡，基底位于潛水水位以下約2m；地下空間主體部分基底位于卵石⑥層，占地面積77000㎡，埋深為27m，受到潛水和第一層承壓水的影響，基底位于第一層承壓水水頭以下約6m。
北京地區(qū)從2008年開始，為保護(hù)地下環(huán)境及節(jié)約水資源，限制進(jìn)行地下水開采，對(duì)工程項(xiàng)目必須要進(jìn)行抽水的，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行專家論證；根據(jù)地質(zhì)條件，當(dāng)滿足帷幕隔水技術(shù)不可行或者經(jīng)濟(jì)不合理?xiàng)l件時(shí)，才可以進(jìn)行降水施工。
經(jīng)過分析，地下空間受潛水及第一層承壓水的影響，基底以下5m范圍內(nèi)沒有隔水層，符合帷幕隔水技術(shù)不可行條件，可以采取管井降水措施。
另一方面，地下空間四周若采用帷幕隔水，則需要在紅線范圍內(nèi)或者在二級(jí)地塊范圍內(nèi)施工地連墻，其位于基底以下的嵌固深度達(dá)到10m以上，十分不經(jīng)濟(jì)；同時(shí)由于拆遷不到位，地連墻也不能形成封閉。經(jīng)過多次的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析，在2011年1月，組織專家進(jìn)行降水方案專項(xiàng)論證，最終確定管井降水方案。
管廊部分：主要受潛水影響，按照線性基坑潛水完整井全部疏干模型計(jì)算Q1；（K=50m/d）
地下空間主體部分：受潛水及承壓水影響，潛水部分按照均質(zhì)潛水層完整井計(jì)算Q2；
承壓水部分按照均質(zhì)含水層承壓水完整井計(jì)算Q3；（K=80m/d）
Q=Q1+Q2+Q3 =36000m³/d
降水井深度參數(shù)：管廊部分井深度25m，間距8m；地下空間部分井深度36m，不穿透下部隔水層；基坑中部設(shè)置疏干井，深度36m；
降水沉降影響計(jì)算：利用分層總和法計(jì)算降水對(duì)地表沉降的影響，因含水層主要為卵石，地表最大計(jì)算沉降量為11.5mm；
降水井設(shè)計(jì)結(jié)果：
降水井平面布置
降水井剖面示意圖 2、二級(jí)地塊地下水控制設(shè)計(jì)
二級(jí)地塊基坑大部分深度為32m左右，其中“中國(guó)尊”深度為38m，基底進(jìn)入第一層承壓水頭以下達(dá)到11m，如果采用管井降水，單個(gè)項(xiàng)目(占地面積約1萬㎡) 估算涌水量為14萬m³/d，其中“中國(guó)尊”基底還受到第二層承壓水對(duì)基底造成突涌的影響，因此，必須采取帷幕措施。
二級(jí)地塊帷幕布置圖
二級(jí)地塊帷幕布置示意圖 四、承壓水控制施工方案
1、承壓水控制施工方案
通過理論計(jì)算，采用數(shù)量眾多的降水井降低大面積的承壓水是可行的；但如此大規(guī)模的排水，給周邊市政管線帶來很大壓力；
實(shí)際上，由于拆遷不到位，整個(gè)基坑不能形成整體大面積開挖，而只能分段、分區(qū)塊進(jìn)行開挖，由此，在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況，還采取了以下施工措施：
①分段封閉：局部拆遷到位可以進(jìn)行施工的區(qū)域，在開挖范圍四周施工降水井，形成小區(qū)塊的封閉區(qū)域；
②臨時(shí)封閉：對(duì)拆遷區(qū)域不能連接成片的情況，采取臨時(shí)封閉的措施，及施工臨時(shí)降水井以形成降水封閉區(qū)域；待拆遷范圍逐步擴(kuò)大時(shí)，再隨時(shí)降水井，擴(kuò)大封閉范圍。
通過上述措施，將地下空間降水分為兩部分：北區(qū)和南區(qū)，降水面積由最初的430×187㎡整體降水調(diào)整為分塊降水，拆遷完成之前，北區(qū)降水面積15500㎡，南區(qū)降水面積8000㎡，拆遷后降水面積56900㎡。
拆遷完成后，由于前期降水施工時(shí)間較長(zhǎng)，地下水位已經(jīng)形成較為穩(wěn)定的漏斗，地下水的補(bǔ)給和抽取已經(jīng)達(dá)到平衡，抽水量較最初計(jì)算時(shí)有較大減小，降水施工難度大大降低。
2、施工監(jiān)測(cè)
采用上述設(shè)計(jì)及施工方案后，地下水得到有效控制?；有纬煞忾]抽水后，持續(xù)抽水90天，承壓水水頭降至基底以下，基底得以干槽施工。
持續(xù)抽水兩年后，基坑周邊最大沉降量為10.9mm。
五、地下水綜合利用
地下水是一種寶貴的資源，而工程降水往往造成大量的水源流失，為貫徹綠色施工理念，節(jié)約水資源,施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了儲(chǔ)水箱及加壓罐，將抽取的地下水用于以下幾方面：結(jié)構(gòu)施工養(yǎng)護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)灑水降塵、車輛沖洗、工地周邊道路沖洗、消防用水、市政綠化，日平均節(jié)約自來水使用量350t。
六、結(jié)論與思考
1.通過理論計(jì)算，采用管井降水，能夠解決超大超深基坑承壓水對(duì)施工的影響，但需要考慮大量抽排地下水對(duì)周邊環(huán)境及排水系統(tǒng)的影響；
2.采用管井降水方式控制地下水，應(yīng)當(dāng)做好地下水的綜合利用，如結(jié)構(gòu)施工養(yǎng)護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)灑水降塵、車輛沖洗、工地周邊道路沖洗、消防用水、市政綠化等；
3. 地下水是一種寶貴的資源，需要加以合理保護(hù)利用；在條件許可的情況下，應(yīng)盡量采用帷幕隔水的方式，以節(jié)約地下水資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色、文明施工。
（整理自2016年海峽兩岸巖土工程/地工技術(shù)交流研討會(huì)分會(huì)場(chǎng)報(bào)告，匯報(bào)人：李紅軍）
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