沈阳地铁九号线汪河路站降水施工方案.docx
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沈阳地铁九号线汪河路站降水施工方案
目录
一、编制说明-1-
1.1编制原则-1-
1.2编制依据-1-
1.3参考文献-2-
1.4专家意见落实情况-2-
二、工程概况-2-
2.1工程位置-2-
2.2结构与含水层关系-2-
2.3施工方法-2-
2.4地质概述-2-
2.5气象概况-3-
2.6地下水埋藏情况及补给、径流、排泄条件-4-
2.7各层土的渗透系数-4-
2.8含水层渗透系数-5-
三、降水难点分析与对策-5-
3.1车站底板隔水层影响降水效果-5-
3.2车站管线改移与狭小场地影响降水排水布置-5-
3.3降水区域影响基坑开挖-6-
3.4车站无抗拔桩与冬季施工加大降水成本-6-
3.5季节气候对车站主体施工降水影响-7-
四、降水专项方案设计-7-
4.1降水设计目的-7-
4.2降水相关参数确定-7-
4.3设计计算-8-
4.4降水井结构设计-11-
4.5降水井抽水实验-11-
4.6降水井设计优化-11-
4.7降水排水设计方案-12-
4.8降水监测方案-13-
4.9降水配电系统设计-15-
4.10其它设计-16-
五、降水施工安排与技术要求-16-
5.1施工方法-16-
5.2施工思路-16-
5.3施工准备-16-
5.4管井井身结构误差-17-
5.5成井注意事项-17-
5.6管井填料-17-
5.7洗井控制-17-
5.8抽水控制-17-
六、辅助降水施工措施-18-
6.1端头加固与降水井干扰措施-18-
6.2局部异常水处理措施-18-
6.3底板潜水残留水处理-18-
6.4基底凹槽集水处理-19-
七、应急预案-19-
7.1沉降超限应急方案-19-
7.2停电应急方案-19-
7.3机械故障应急方案-20-
八、停止降水方案-21-
8.1施工结构抗浮计算-21-
8.2车站地下负二层施工停泵方案-21-
8.3冬季施工停泵方案-21-
九、降水设施的后期处理-22-
9.1抽水设施拆除-22-
9.2降水井回填-22-
9.3路面处理-22-
9.4其它事项-22-
汪河路站降水施工专项方案
一、编制说明
1.1编制原则
1.1.1根据现场降水实验参数，再结合车站结构特点、场地环境、水文地质条件。
按照因地制宜，不墨守成规，做到具体情况具体分析，以求达到最佳的降水效果。
1.1.2优先釆用技术工艺成熟、施工效率高、成本较低、风险较低、简单的管井降水方法。
1.1.3排水设计必须首先详细调查施工场地附近城市地下排水管网现状，拟用排水管的现状特征数据。
设计时尽量均匀分配以减少对城市管网的压力，预留雨季正常排水量。
1.1.4选择降水方法即要技术上简单易行，又要经济合理，能达到预期降水目的。
必须以“安全至上、质量第一”为准则，必须制定各项应急预案措施。
1.2编制依据
1.2.1施工图纸
A、汪河路站围护结构图纸；
B、《汪河路站岩土工程勘察报告（详细勘察阶段）》；
C、汪河路站降水专项设计图纸。
1.2.2技术规范
A、地下铁道设计规范（GB50157-2003）；
B、建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T111–98）；
C、城市轨道交通工程质量安全检查指南（试行）；
D、建筑工程机械施工现场供电安全规范（GB50194–2002）；
E、《沈阳市地铁九号线首批开工段降水排水方案研究》。
1.3参考文献
A、《沈阳地铁建设中的地下水处理方案研究》；
B、《沈阳地铁二号线奥体中心站降水方案》；
C、《沈阳地铁一号线某标段降水施工质量控制》。
1.4专家意见落实情况
方案已按专家论证会评审意见修改。
二、工程概况
2.1工程位置
汪河路站场地位于沈阳市于洪区大通湖街与汪河路交叉口。
地形变化平缓，地面标高介于37.47～39.21m之间。
地貌类型为浑河高漫滩及古河道。
汪河路站沿大通湖街近似呈南北向展布。
2.2结构与含水层关系
地质与车站结构剖面图见附图。
各部位结构板底标高统计表表1
区间段
水位标高
自然地面标高
基底标高（m）
基底水位最小降深（m）
车站主体
29~30m
38~39m
21
10
出入口
27
3
2.3施工方法
车站主体结构釆用明挖顺作法施工。
3号出入口、4号出入口局部为暗挖，其余出入口采用明挖。
2.4地质概述
1、第四系全新统人工填筑层（Q4ml）①
地面主要由黏性土砂类土组成，局部含少量建筑垃圾、生活垃圾，马路地段表层为沥青路面，沥青路面下为碎石垫层，分布不均。
2、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q42al）③
主要位于车站主体结构，从上到下依次为：
③-5-2细砂：
灰褐色，局部黄褐色，石英-长石质，浑圆形，均粒结构，颗粒级配差，湿，稍密，位于车站中部，长约50米，厚约3米。
③-9-3圆砾：
主要由结晶岩组成，颗粒呈微风化状，亚圆形，混粒结构，坚硬，颗粒级配好，一般粒径2-20mm，约占总质量的70%，最大粒径80mm，充填约20%的混粒砂和黏性土，局部为卵石层，稍密～中密，局部密实，主要位于车站主体。
3、第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q41al+pl）④：
主要位于基坑底2米以下，从上到下依此为：
④-1-33粉质黏土：
灰褐色，含铁锰质结核，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇震反应无，可塑～硬塑，主要位于车站底板下约1米，不连续，最大厚6米。
④-6-4中砂：
黄褐色，石英-长石质，亚圆形，均粒结构，颗粒级配差，含少量黏性土，湿，水下饱和，中密～密实，局部存在。
④-7-4粗砂：
黄褐色，石英-长石质，亚圆形，均粒结构，颗粒级配差，含少量黏性土，湿，水下饱和，中密～密实，连续分布，较厚。
2.5气象概况
沈阳市地处北温带，多年平均气温为7.9℃，多年月平均最高气温为24.6℃（7月），最低月平均气温为-11.4℃（1月）极端最高气温为38.7℃（1952.7.18〉，极端最低气温-33.1℃（2001年）。
沈阳市多年平均降水量598.9mm，降水多集中在7、8月份，降水量占全年降水量的50%以上。
年降水量最大为1055mm（1953年），最小为402.2mm（2001年），年平均降水日数为91.6曰。
沈阳市多年平均蒸发量1494.6mm，蒸发主要集中在4、5月份。
年最大蒸发量为1844.4mm（1961年），最小为1132.6mm（1976年）。
沈阳霜期开始于10月上旬，结束于4月下旬，平均为210天左右，无霜期155天左右，标准冻结深度1.20米。
2.6地下水埋藏情况及补给、径流、排泄条件
沈阳市区在地貌上属浑河冲洪积扇，主要含水层位于冲洪积扇上部，岩性以砾砂、圆砾为主。
冲洪积扇首部（市区东部）颗粒较大，向西沉积颗粒逐渐变细,至市区西部（冲洪积扇尾部）含水层中黏性土夹层逐渐增多，含水层由单层结构渐变为双层结构、多层结构。
该车站沿线路仅存在一层地下水，赋存于圆砾、砾砂等强透水层中，按埋藏条件划分，属第四系孔隙潜水。
由北向南随着含水层厚度逐渐增加，富水性也逐渐增大。
根据勘察进行的水文地质试验结果表明，YSA11水文地质试验点〔大通湖街碧桂园内〉含水层厚度约40m，在垂向上含水层的渗透性尚存在差别，含水层上部黏土颗粒含量少，渗透性较强，下部黏土颗粒含量多，渗透性相对较差。
局部存在雪融化入渗形成的上层滞水。
勘察期间各勘探孔均遇见地下水，地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在7.10～9.40m。
地下水水温10～12℃。
地下水主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给。
无地下水的人工开釆排泄。
主要排泄方式为向下游径流运移，即地下水流向总的方向是由东向西。
2.7各层土的渗透系数
勘察过程中，对于黏性土、粉-细砂、中-粗砂等能够取得原状土的地层选取部分土样进行了室内渗透试验，渗透系数较小。
对于砾砂、圆砾不能取得原状土的地层，渗透系数根据《建筑地基基础技术规范》DB21/907-2005和《工程地质手册》（第四版）提供的经验数值，参照地层中含黏性土多少确定。
地面至车站设计底板下6～10m内各层土的渗透系数及渗透性见表：
地基土渗透性表表2
岩土编号
岩土名称
渗透系数K（m/d）
透水性类别
③-9-3
圆砾
80.0
强透水
④-1-33
粉质黏土
5.8×10-3
4
不透水
④-5-4
细砂
6.0
中等透水
④-6-4
中砂
10.0
强透水
④-7-4
粗砂
25.0
强透水
2.8含水层渗透系数
根据试验点YSA11（孔深40.0m）。
地下水位埋深8.0m。
含水层厚度大于40.0m。
在该孔进行的抽水试验，结果是该处含水层渗透性较好，地下水补给较充分，水量较丰富。
三、降水难点分析与对策
3.1车站底板隔水层影响降水效果
难点分析：
本工程地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在7.1～9.4m，在19.80m处（车站底板下）存在一层粉质粘土，最大厚度达到5m，局部存在凹槽。
开挖前通过降水井需要疏干上部潜水难度较大。
降水后水压力差容易造成开挖底隆起。
施工对策：
⑴采用“小间距、小泵量”管井降水技术。
杜绝采用传统“大间距、小泵量、单井大降深”降水方案。
⑵采用深井钻穿隔水层，把水位降到最低基底0.5米以下。
⑶采用在基坑内挖坑集水抽排。
⑷车站两端无隔水层地段采用加密降水井间距提高降水深度。
3.2车站管线改移与狭小场地影响降水排水布置
难点分析：
车站西侧进行交通导改后只有6米，然后把φ800、φ400自来水管改移到此位置，加上自身有一条φ800自来水管。
车站东侧为主体施工道路，2号出入口后期施工，对降水井布置有较大影响。
施工对策：
⑴采用“分区设计”降水方案，把车站主体先形成一个封闭降水区域；
⑵采用“明暗相结合”排水方案，即车站东侧为降水井采用暗埋式排水，西侧采用明排；
⑶车站西侧降水井采用人工探孔3米避开管线，然后安设护筒后，最后再钻孔。
3.3降水区域影响基坑开挖
施工难点：
车站长217m，最宽为27m，无法对开挖区域进行封闭降水，开挖方向即使超前抽水，开挖面地下水也容易向基坑内渗流。
施工对策：
⑴提前20天对首段开挖区域进行降水；
⑵首段开始开挖，启动超前50米降水；
⑶首段开挖到底后，启动整个基坑降水形成封闭降水区域。
把水位观测孔施工成降水井，并安设水泵，通过水位测量，一旦水位降不下，立即增加水位观测孔抽水。
3.4车站无抗拔桩与冬季施工加大降水成本
施工难点：
车站主体长，地下水位高，开挖前需要提前全面启动抽水；
⑵主体在冬季将面临停止施工，但降水井不能停止抽水；
⑶车站没有设抗拔桩，需要主体回填后才能停止降水，抽水抽水时间长。
施工对策：
⑴加强水位监测，减少开挖前降水井数量；
⑵加快主体施工进度，冬季前完成站厅层侧墙施工，减少抽水深度；
⑶加快工序调整，顶板回填前开始施工出入口，缩短整体降水时间。
3.5季节气候对车站主体施工降水影响
施工难点：
⑴该车站主要位于绿化带，雨季施工，降水渗透较大，降低后水位波动较大，加大降水难度；
⑵冬季施工气温较低，抽水管面临冻结。
施工对策：
⑴地面硬化后在基坑设防淹圈，使雨水及时排入雨水管网；
⑵冬季施工连续抽水，保证降水水位稳定和排水管不冻。
四、降水专项方案设计
4.1降水设计目的
⑴确保水位降到底板以下0.5米，使基坑在开挖期间无水作业，从而有利于提高进度。
⑵提高土体固结强度，增加土中有效应力，减少支护体系变形，确保开挖安全。
⑶杜绝桩间涌砂和基坑涌水，保证各种管线安全；
⑷合理控制降水，减少抽水量，保护水资源，降低施工成本。
4.2降水相关参数确定
4.2.1渗透系数（K）选取
地面至车站设计底板下10m内各层土的渗透系数及渗透性见表：
地基土渗透性表表2
岩土编号
岩土名称
渗透系数K（m/d）
透水性类别
③-9-3
圆砾
80.0
强透水
④-1-33
粉质黏土
5.8×10-3
4
不透水
④-5-4
细砂
6.0
中等透水
④-6-4
中砂
10.0
强透水
④-7-4
粗砂
25.0
强透水
根据车站水文地质选取最大含水层渗透系数取80m/d。
4.2.2水位降深（Sw）确定
按照把水降到基坑底板1米计算，始发端头井降深为10米，标准断面为8.5米,整个车站统一按降深10米考虑。
4.2.3含水层厚度（H）确定
由于基底下2米局部有隔水层，标准断面含水层厚度平均为13米，始发端头无隔水层，由于下部为中砂，地下8米才有地下水，含水层厚取32米。
4.3设计计算
4.3.1降水影响半径计算
影响半径釆用公式
计算。
其中：
R——影响半径（m）；
Sw——水位降深（m），按照基坑深度范围内含水层全部疏干考虑；
H——含水层厚度（m），基坑四周钻孔揭露含水层厚度的最大值40m；
K——渗透系数（m/d）；
代入参数计算R=1131m。
4.3.2基坑的假想等效半径计算
r0——基坑的假想等效半径（
）=44.1m；
A——基坑管井所包围的平面面积6104㎡。
4.3.3基坑涌水量计算
基坑涌水量为：
=48000m3/d
式中：
S——设计水位降深；
K——渗透系数m/d；
H——水层厚度取；
R——抽水影响半径
r0——基坑的假想等效半径；
图3-1基坑涌水量模型
4.3.4单井出水量计算
单井出水量计算公式为：
=120×3.14×0.2×5.5×4.3=1782m3/d
式中：
——过滤器有效长度（m）；
r——过滤器半径（m）；
K——渗透系数（m/d）。
4.3.5降水井数量计算
n=1.1Q/q=4800×1.1/1782=29.6眼，取30眼。
4.3.6降水井间距计算
D=L/n=486÷30=16.2m。
4.3.7降水井深度计算
=17+1+1+2+5.5+0.5=27m
式中：
——降水井深度（m）；
——基坑深度（m）:
HW1=17m；
——基坑底部至地下水位的要求距离（m）：
HW2=1m；
——
，
为水力坡度，取1/15,
为降水井排间距的1/2（m）：
HW3=0.9m,取1m；
——降水期间地下水位变幅（m）：
HW4=2m；
——降水井过滤器工作长度（m）：
HW5=4.5m；
——沉沙管长度（m）：
HW6=0.5m。
4.3.8基坑降水深度验算
式中：
H：
含水层厚度，m；
S：
基坑水位降深，m；
Q：
基坑涌水量，m3/d；
：
某点到各井点中心距离，m；
R0：
R+r0，m；
R：
影响半径（m）；
r0：
基坑等效半径。
按30眼降水井计算得S=11.7m﹥10m，满足设计要求，不用调整降水井数量。
4.3.9降水井出水能力检验
对降水井的数量要进行核算，选择降水系统中抽水受干扰最大的井点按下式进行验证。
其中：
Y0——井点管进水长度（m），即过滤器工作长度；
Y——基坑中心底降水要求以下的含水层厚度，Y=H-S,S为基坑中心设计降水深度（m）；
Y‘——基坑中心水位下降值；
计算出y0φ＜Q/n，满足降水要求，因此，降水井间距满足要求。
4.4降水井结构设计
根据沈阳地铁1号线、2号线降水经验，无砂管渗透能力差，容易坏，汪河路站车站降水采用钢筋笼滤水管和水泥管结合，含水层采用钢筋笼滤水管，地面下4米采用钢筋水泥管。
水泵离井底3m。
降水井结构大样图见附图。
4.5降水井抽水实验
4.5.1不同水泵抽水降深实验
为了确保降水效果，在车站端头先施工3眼间距为8米，采用60m³/h、80m³/h两种泵进行抽水，在同样抽水时间为3天情况下，80m³/h泵降深要比60m³/h要深0.5米左右，说明80m³/h泵比较适合改地层降水。
4.5.2不同间距抽水降深实验
选择抽中间降水井，对两侧降水深度进行监测，两侧水位下降基本上相同，采取最端头一眼降水井抽水5天，另一端降水井水位只比中间降水井水位高0.3米。
证明降水井16米间距是合理的。
4.5.3群井抽水影响实验
采用两端降水时，中间降水井降深速度比一端降水快1.5倍，说明群井对抽水量有影响，车站后期抽水量会减少。
4.6降水井设计优化
为了确保降水效果，对降水参数进行调整，车站两端井间距调整为8米，标准段14米；车站两端降水井深度调整为32米，标准段30米；降水井数量由计算30眼增加到38眼。
同时增加8眼应急降水井兼水位观测孔，降水井布设见下图。
调整后参数见下表：
汪河路站降水设计主要技术参数表表3
位置
井类型
井径
（mm）
管径
（mm）
井管类型
井深
（m）
井间距
（m）
滤料
（mm）
车站两端
管井
800
φ400/50
钢筋笼滤水管
32
8
3-7
车站标准段
管井
800
φ400/50
钢筋笼滤水管
30
14
3-7
出入口
管井
800
φ400/50
钢筋笼滤水管
25.0
9~14
3-7
水位观测井
管井
800
φ400/50
钢筋笼滤水管
25.0
50
3-7
4.7降水排水设计方案
4.7.1周边排水现状
大通湖街与车站平行，现状大通湖街上有Ф600污水管和Ф600雨水管道各一条。
污水管管道向北流，埋深约2.9m，无淤泥堵塞，雨水管管道向北流，埋深约4.2m，水流状态好，排水能力较大。
汪河路靠近车站小里程，汪河路上有Ф1500雨水管，水流状态好，排水能力较大。
4.7.2排水经验借鉴
根据1号线、2号线降水经验，实际降水量与估算水量存在差异，现场降水排到排污管，排污才达到60%，排水能力充足。
4.7.3排水接口确定
根据地铁九号线首开段降水排研究和核算，大通湖街雨水管能排放212.62L/S的流量，根据车站地层，降水量估算以最大降水量计算，整个汪河路站全部启动降水最大降排量为205L/S，能够满足汪河路站点降水要求，因此，汪河路站降水排水直接排入大通湖街雨水管内，经排污管向西流入南阳湖雨水泵站，经泵站抽升排入浑河。
备用接口，大通湖街还有一条排污管，可以与降水排水管进行连接，在下雨时可以备用。
4.7.4与相邻标段排水接口协调
由于相邻标段六标暗挖区间也需要降水，根据区间环境，已沟通协调，六标暗挖区间降水排入汪河路雨水管内，从而保证两个标段最高峰排水要求，减少市政排水压力。
4.7.5车站降水排水系统设计
⑴排水管径选择
汪河路站最大排水流量为205L/S，即0.205M3/S，按0.002坡度计算，需要出口管径0.538M，因此，现场排水管选择0.609M的螺旋管。
⑵现场排水管铺设
为了满足顺畅排水和抗压要求，根据施工现场，主排水管排水管线铺设的纵向坡度应可控制在2～5‰以内。
⑶敷设方式
结构施工有影响的排水管线应暗埋于地下，其它位置的排水管线可釆取在地面明铺的方式。
⑷暗埋埋深要求
暗埋管线深度应大于沈阳地区1.2m冻土深度，否则需釆取防冻措施。
地面排水系统在冬季来临前需釆取有效防冻措施。
⑸暗埋井设置
暗埋井井口做检查井，以便水泵维修和进行水位观测。
暗埋出水管、支管和主管之间应釆取措施（如单向阀连接），防止停泵时发生水倒灌现象。
⑹沉淀池与排水口设置
沉淀池应建结构范围外的市政雨污管线接口前，同时设置排水口工作井（检查井）。
4.8降水监测方案
4.8.1建立地下水动态监测网
由于降水期较长，降水使场区地下水均衡关系发生较大变化，必然对周边环境产生影响。
为了较准确地掌握场区地下水动态变化，及时釆取必要的处理措施，在降水工程实施的同时，建立地下水动态监测网，监测点的布设应掌握以下原则：
⑴在抽水影响半径以内呈放射状布设观测孔，并对地下水动态变化进行及时分析；
⑵在开挖方向前方设置水位监测孔，当地下水监测数据发生急剧变化应及时分析原因（如水泵损坏、地下含水构筑物突然破裂漏水或区域地下水位上升等），采取相应的处理措施；
⑶不同含水层位布分层观测孔取水样孔，防止因抽地下水带出地层细颗粒物质造成地面沉降，抽水含砂量必须严格控制。
抽出的水含砂量必须保证：
粗砂含量<1/5万；中砂含量<1/2万；细砂含量<1/1万；
⑷在车站负二层施工完成段布置水位控制降水井。
4.8.2降水沉降监测
⑴水位降深值
通过群井干扰抽水模型预测绘制基坑周边水位降深等值线，确定降水影响范围和不同的水位降深值。
⑵降水范围构筑物允许最大沉降值
基坑周边降水影响范围内无建筑物，只有两根改移给水管线，埋深1.7米，材质为钢管。
根据结构分析和查规范，该管线允许最大沉降值为20mm。
⑶降水沉降值预测
水位变化产生的附加应力引起土层的竖向变形属一维变形问题，因此沉降计算釆用一维变形计算模型。
地面沉降计算模型见下式：
式中：
s———最终沉降量（mm）；
△P———水位变化施加于土层上的平均荷载（KPa）；
Hi———计算土层的厚度（m）；
Ei———土层的压缩模量（MPa）。
利用上述公式计算降水引起的地面沉降为0.50～3.50mm。
⑷降水沉降预警值控制
由于降水沉降预测值远小于管线允许沉降值，按照三级报警，预警值按最大允许值80%控制，所以，降水沉降监测预警值控制在24mm。
4.9降水配电系统设计
4.9.1水泵选择及功率
根据现场降水实验，水泵工效按80%计算，各井安设水泵见下表：
降水井内安装水泵一览表表4
建筑名称
井号
井数
泵量（m3/h）
备注
车站端头
J1-1～J1-6、J2-1～J2-6
12
80
1、均采用潜水泵；
2、泵量应随降水情况进行适当调整；
车站
J3-1～J3-26
26
80
出入口
J4-1～J4-12
12
60
应急井
SWGC1～8
8
80
本次降水方案设计共有降水井管井50眼。
应急降水井8眼，根据计算釆用200QJ80-50-15KW-15A潜水泵做为降水用泵。
降水用电总功率为870KW。
4.9.2电源设计
总电源由四个地点提供，引入后进入一级配电箱构成电源的总控制系统，然后均衡地分配给二级配电箱来对各降水井点进行控制。
所用两级配电箱均釆用正规厂家生产的产品并带有漏电保护装置，线路全部釆用TN━S保护系统。
电缆全部釆用YC型铜芯橡胶护套绝缘电缆。
配电箱需编号，加安全栅栏和防雨措施，悬挂警示标牌，明敷线路须架空。
降水配电系统示意图详见附图。
4.9.3自动控制设计
车站负二层施工完后，负一层施工已需要降水，但抽水量小，降水为了保护水资源，减少抽水量，每隔2眼降水井需要安设自动监控系统控制降水水位。
4.10其它设计
4.10.1车站与暗挖区间端降水设计
车站与暗挖区间接头处为暗挖大断面，降水井需要特殊设计，根据标区间降水施工来定，如果进度与本车站同步，就与区间降水形成闭合，如果车站先施工，就在端头增加一眼降水井形成闭合降水区域
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